EP3526525A1 - Procede de regulation d'une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation - Google Patents

Procede de regulation d'une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation

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EP3526525A1
EP3526525A1 EP17787236.3A EP17787236A EP3526525A1 EP 3526525 A1 EP3526525 A1 EP 3526525A1 EP 17787236 A EP17787236 A EP 17787236A EP 3526525 A1 EP3526525 A1 EP 3526525A1
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EP
European Patent Office
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closed circuit
compressor
refrigerant
heating
loop
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17787236.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Régis BEAUVIS
Laurent Delaforge
Jugurtha Benouali
Patricia Gardie
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25B2700/2116—Temperatures of a condenser
    • F25B2700/21161—Temperatures of a condenser of the fluid heated by the condenser

Definitions

  • the invention relates to a method of regulating a heating, ventilation and / or air conditioning loop of an air flow intended for a passenger compartment of a motor vehicle
  • a vehicle is commonly equipped with a heating, ventilation and / or air conditioning system to modify the aerothermal parameters of a flow of air penetrating inside a passenger compartment of the vehicle.
  • the installation comprises a heater, ventilation and / or air conditioning device delimited by a housing and capable of controlling the flow of air prior to its introduction inside the passenger compartment, according to the requirements of the user.
  • the installation includes a heating loop, ventilation and / or air conditioning inside which circulates a refrigerant.
  • Such a loop can conventionally operate according to "a mode
  • the loop When the loop operates in the "heat pump mode” also called “heating mode", it is found that when the air temperature outside the vehicle is low, for example below -10 ° C, the power of The available heat is not sufficient to meet the needs of the user.
  • the available heating power is about 2700 W while the heating power needed to satisfy the needs of the user is estimated at 5000 W.
  • the object of the present invention is to propose a method for regulating a heating, ventilation and / or air conditioning loop making it possible to remedy the disadvantage mentioned above.
  • the subject of the invention is thus a method of regulating a heating, ventilation and / or air-conditioning loop of an air flow intended for a passenger compartment of a motor vehicle inside which a refrigerant circulates, said loop 5 comprising at least one compressor and a condenser, the loop being configured to operate in heat pump mode according to a first closed circuit comprising the compressor and the condenser, the loop being configured to circulate the fluid in a second closed circuit in which the fluid passes successively at least the compressor and then the condenser by partially circuit- ing the first closed circuit while undergoing expansion before crossing again the compressor,
  • control method comprising a step, said pumping step, in which the loop is configured so that the refrigerant circulating in the first closed circuit is directed from the first closed circuit in the second closed circuit.
  • the invention consists in exploiting an expansion of the fluid which is reinjected into the compressor without being cooled beforehand. This allows
  • the available heating power can reach 4000 to 5000 W.
  • the invention comprises a step subsequent to the pumping step, the so-called priming step, in which the
  • First closed circuit and the second closed circuit are disconnected from each other.
  • a water pump of the second closed circuit is deactivated.
  • a blower for setting the air flow for the passenger compartment is deactivated.
  • the method comprises a step subsequent to the initiation step, said step of ramping up, during which the heating loop is configured so that the air flow that feeds the cabin and is heated by a heating radiator fed by a flow of water set in motion by the water pump.
  • the method comprises a step subsequent to the power-up step, said step of power stabilization, during which the flow rate of the air flow heated by the radiator is increased. heating the second closed circuit and / or a water flow of a water pump of the second closed circuit.
  • the priming step is triggered when a pressure of the refrigerant in a heat exchanger of the first closed circuit decreases until a pressure threshold value is reached.
  • the step of ramping up is triggered when a pressure of the refrigerant at the outlet of the
  • the compressor of the second closed circuit becomes greater than a first pressure threshold value.
  • the power stabilization stage is triggered when a refrigerant pressure at the outlet of the compressor of the second closed circuit becomes greater than a pressure threshold value.
  • the power stabilization step is triggered when a water temperature flowing in a water pump of the second closed circuit is greater than a threshold temperature value.
  • the pumping step is triggered when an outside temperature is between a first temperature and a second temperature.
  • the refrigerant circulates from a heat exchanger via an expansion device and an evaporator of the first closed circuit in the compressor of the second closed circuit and then in a condenser and an expansion member of the second closed circuit.
  • the refrigerant flows from the compressor into the condenser of the second closed circuit, said at least one connection and disconnection valve being configured in the disconnected position of the first closed circuit of the second closed circuit.
  • the invention also relates to a thermal pre-conditioning method of a passenger compartment of a motor vehicle, comprising a control method as described above.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a
  • FIG. 2 is a view of the installation of FIG. 1, according to a first mode of operation
  • FIG. 3 is a view of the installation of FIG. 1, according to a second mode of operation
  • FIG. 4 is a view of the installation of FIG. 1, according to a third mode of operation
  • FIG. 5 is a view of the installation of FIG. 1, according to a fourth mode of operation
  • FIG. 6 is a timing diagram of a method of regulating the installation
  • FIG. 7 is a view of the installation of FIG. 1 in a pumping step of the process of FIG. 6,
  • FIG. 8 is a view of the installation of FIG. 1 in a step initiating, ramping up or power stabilizing the process of FIG. 6,
  • FIG. 9 is a view of the installation of FIG. 1 equipped with pressure and temperature sensors for carrying out the process of FIG. 6, and FIG. 10 illustrates an evolution of various parameters during the process of FIG. regulation of Figure 6.
  • Figure 1 illustrates a heating, ventilation and / or air conditioning system
  • heating, ventilation and / or air conditioning 1 capable of modifying the aerothermal parameters of an air flow F intended to penetrate a passenger compartment of a vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
  • the installation of heating, ventilation and / or air conditioning 1 includes a heating, ventilation and / or air conditioning unit 2 able to control the air flow
  • the apparatus 2 is delimited by a housing 3, for example made of polymer material, and comprises a blower 4 located inside the housing 3 and able to generate the air flow F from at least one inlet 5 towards at least one exhaust port 6 made in the housing 3, the flow of air F from the orifice
  • the heating, ventilation and / or air conditioning system 1 comprises:
  • a heating, ventilation and / or air-conditioning loop 7 inside which a refrigerant circulates such as a refrigerant known under the name R134a or R1234yf;
  • the heating, ventilation and / or air-conditioning loop 7 comprises a condenser 9, a heat exchanger 10 able to form a condenser or an evaporator, an evaporator 11, a first expansion member D1, a second expansion member D2, a third expansion member D3, a compressor 12, a fluid reserve cylinder R, a first stop valve V1, a second stop valve V2, a third stop valve V3, a fourth stop valve V4 and a fifth stop valve V5.
  • the condenser 9 is configured to perform a heat exchange between the refrigerant and the heat transfer fluid of the heating circuit 8.
  • the condenser 9 comprises two independent paths, namely a primary path and a secondary path.
  • the primary path is traversed by the refrigerant from a primary inlet 13 to a primary outlet 14.
  • the secondary path is traversed by the coolant from a secondary inlet 15 to a secondary outlet 16.
  • the heat exchanger 10 more commonly called evapo-condenser, can be placed on the front of the vehicle, so as to exchange heat with the outside air E of the vehicle.
  • the evaporator 1 1 is located in the housing 3 of the installation 1 downstream of the pulsator 4 in the direction of flow of the air flow F inside the housing 3, so as to exchange heat with the air flow F intended to enter the passenger compartment of the vehicle.
  • the first, second and third expansion members D1, D2, D3 allow expansion of the refrigerant from the high pressure 20 to the low pressure.
  • Each expansion member D1, D2, D3 is movable between an open position in which the fluid can pass through and is expanded at the outlet thereof, and a closed position in which the fluid can not pass through it, and in other words, the expansion member D1, D2, D3 is sealed regardless of the flow direction of the fluid.
  • Each expansion member D1, D2, D3 may be an electronically controlled expansion valve or a calibrated orifice.
  • the compressor 12 is able to carry the refrigerant at a high pressure.
  • the bottle R also advantageously makes it possible to carry out a separation of liquid / gas phases in order to prevent refrigerant in the liquid state from being admitted inside the compressor 12.
  • Each valve V1, V2, V3, V4, V5 stop is movable between a position open in which the fluid can pass through, and a closed position in which the fluid can not pass through it, and in other words, the valve V1, V2, V3, V4, V5 is tight regardless of the direction of fluid flow.
  • valve V1, V2, V3, V4, V5 is only completely sealed in one direction of circulation of the fluid in the closed position
  • the valve can be associated with a non-return valve to obtain a complete watertightness. whatever the direction of circulation of the fluid.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning loop 7 furthermore comprises:
  • portion refers to any device making it possible to establish a fluidic connection such as for example a pipe, a pipe or a pipe.
  • the portion of the loop 7 between the third branch E3 and the seventh branch E7 and in other words the assembly comprising the twenty-third portion P23, the first expansion member D1 and the twenty-third portion.
  • fourth portion P24 represents a branch of short- circuiting also called bypass branch.
  • branch of short-circuiting a branch that allows the refrigerant to bypass certain components of the heating loop, ventilation and / or air conditioning 7.
  • the heating circuit 8 comprises a pump 17 and a heating radiator 18.
  • the heat transfer fluid exchanges heat with the refrigerant through the condenser 9.
  • the pump 17 is able to circulate the heat transfer fluid in the circuit 8.
  • the heating radiator 18 is located in the housing 3 downstream of the evaporator 1 1 in the direction of flow of the air flow F inside the housing 3, so as to exchange heat with the flow F air to enter the passenger compartment of the vehicle.
  • the apparatus 2 comprises various maneuverable flaps (not shown) located in the casing 3, these flaps making it possible to control the passage of the air flow 15 F through the evaporator 1 1 and / or the heating radiator 18, in upstream of its introduction into the passenger compartment of the vehicle.
  • the heating circuit 8 furthermore comprises:
  • portion refers to any device making it possible to establish a fluidic connection such as for example a pipe, a pipe or a pipe.
  • FIG. 2 illustrates a first mode of operation of the installation 1, also called “heat pump mode” or “heating mode”, in which the refrigerant of the loop 7 circulates in a first closed circuit.
  • the pump 17 is started, the compressor 12 is started, the first valve V1 is closed, the second valve V2 is open, the third valve V3 is open, the fourth valve V4 is closed, the fifth valve V5 is closed, the first expansion member D1 is closed, the second expansion member D2 is closed, the third expansion member D3 is open and the heat exchanger 10 forms an evaporator.
  • the refrigerant passes successively through the compressor 12, the condenser 9, the second valve V2, the third expansion member D3, the heat exchanger 10 forming an evaporator, the third valve V3 and then the R bottle before crossing the compressor 12 again.
  • the heat exchanger 10 recovers heat outside.
  • the flow of air F intended to enter the passenger compartment exchanges heat with the heating radiator 18, and more
  • the air flow F is reheated during its passage through the heating radiator 18.
  • FIG. 3 illustrates a second mode of operation of the installation 1, also called “hot gas mode", in which the refrigerant of the loop 7 circulates in a second closed circuit.
  • hot gas mode a second mode of operation of the installation
  • the pump 17 is started, the compressor 12 is started, the first valve V1 is closed, the second valve V2 is opened, the third valve V3 is closed, the fourth valve V4 is closed, the fifth valve V5 is closed, the first expansion member D1 is open, the second expansion member D2 is closed, the third expansion member D3 is closed.
  • the refrigerant passes successively through the compressor 12, the condenser 9, the second valve V2, the first expansion member D1 and then the bottle R before passing through the compressor 12 again.
  • the fact that following its expansion, the fluid is reinjected into the compressor 12 without being cooled beforehand allows according to the invention to have a cooler refrigerant output compressor 12, a heat transfer fluid hotter and thus in general to have 'greater heating power.
  • the available heating power is 5000 W.
  • the second circuit advantageously has a minimum volume to ensure the most efficient energy transfer possible.
  • the second circuit advantageously comprises a charge buffer which may take the form of a circuit extension, a tank such as the bottle R or other.
  • FIG. 4 illustrates a third mode of operation of the installation 1, also called “air conditioning mode", in which the refrigerant of the installation
  • the refrigerant passes successively through the compressor 12, the first valve V1, the fifth valve V5, the heat exchanger 10 forming a condenser, the second expansion member D2, the evaporator 11, the fourth valve V4 then the bottle R before crossing again the compressor 12.
  • the heat exchanger 10 evacuates heat to the outside.
  • the flow of air F intended to enter the passenger compartment exchanges heat with the evaporator 1 1, and more precisely the flow
  • FIG. 5 illustrates a fourth mode of operation of the installation 1, also called “dehumidification mode", wherein the refrigerant of the loop 7 flows in a fourth closed circuit.
  • the pump 17 is started, the compressor 12 is started, the first valve V1 is closed, the second valve V2 is open, the third valve V3 is closed, the fourth valve V4 is open, the fifth V5 valve is open, the first expansion member D1 is closed, the second expansion member D2 is open, the third expansion member D3 is closed and the heat exchanger 10 forms a condenser.
  • the refrigerant passes successively through the compressor 12, the condenser 9, the second valve V 2, the fifth valve V 5, the heat exchanger 10 forming a condenser, the second expansion member D 2, the evaporator 1 1, the fourth valve V4 then the bottle R before crossing the compressor 12 again.
  • the flow of air F intended to enter the passenger compartment exchanges heat with the evaporator 1 1 and then the heating radiator 18, and more precisely the air flow F is, at first, cooled during its passing through the evaporator 1 1, then in a second time, is heated during its passage through the heating radiator 18
  • the heating, ventilation and / or air conditioning system comprises only the heating loop 7, ventilation and / or air conditioning inside
  • the condenser 9 is located in the housing 3 downstream of the evaporator 1 1 in the direction of flow of the air flow inside the housing 3, so as to exchange heat with the flow of air F intended to enter the passenger compartment of the vehicle.
  • the fluid intended to penetrate the passenger compartment exchanges heat with:
  • the evaporator 1 1, according to the third mode of operation,
  • the internal diameter of the various valves V1, V2, V3, V4, V5 is chosen so as to have a good compromise, in operation, between the pressure of the refrigerant and the amount of refrigerant present in the loop. 7.
  • the internal diameter of the various valves V1, V2, V3, V4 is chosen as follows:
  • the internal diameter of the first valve V1 is between 4 mm and 8 mm, and is for example 6 mm,
  • the internal diameter of the second valve V 2 is between 4 mm and 8 mm, and is for example 6 mm,
  • the internal diameter of the third valve V3 is between 14 mm and 18 mm, and is for example 16 mm,
  • the internal diameter of the fourth valve V4 is between 14 mm and 18 mm, and is for example 16 mm.
  • the first and second stop valves V1, V2 may be replaced by a valve comprising three channels.
  • the fifth valve V5 stop and the third expansion member D3 can be replaced by a specific valve capable of occupying the following positions :
  • a first open position in which the fluid can pass through it and is relaxed at the outlet thereof (first operating mode);
  • a second open position in which the fluid can pass through it and is not relaxed at the outlet thereof (third and fourth modes of operation);
  • the subject of the invention is a method of regulating the second mode of operation, or "hot gas mode" described above.
  • control method 60 advantageously comprises a succession of four steps, namely a first step, referred to as a pumping step, referenced 61, followed by a second step 62, called a priming step, a third step step 63, said ramp-up step and a fourth step 64, said power stabilization step.
  • the first and the second expansion members, D1 and D2 are open.
  • the refrigerant flows from the heat exchanger 10 to the compressor 12 via the shutoff valve V3 and via the evaporator 11.
  • the first closed circuit 100 discharges the refrigerant into the second closed circuit 101.
  • the first closed circuit 100 comprises the heat exchanger 10, the expansion member D2, the evaporator 1 1, the shutoff valves V3, V4 and V5.
  • the second closed circuit 101 comprises the bottle R, the compressor 12, the stop valves V1 and V2, the condenser 9 and the expansion member D1.
  • the shutoff valves V3, V4 and V5 make it possible to connect or disconnect the first closed circuit 100 of the second closed circuit 101. Between the pumping step and the following steps, the shutoff valves V3 and V4 change state when passing from the closed state to the open state.
  • the first and the second expansion members, D1 and D2 are open.
  • the loop operates in "hot gas" mode already described in relation to FIG.
  • the pump 17 operates, so that the water circulates in the condenser 9 and in the heating radiator 18.
  • the pump 17 operates in nominal mode.
  • the water flow rate is between 100 and 250 l / h.
  • the pump 17 is stopped; there is no flow of water in the condenser 9 and the heating radiator 18.
  • the pump 17 operates, so that the water circulates in the condenser 9 and in the heating radiator 18.
  • the pump 17 operates in nominal mode.
  • the water flow rate is between 100 and 250 l / h.
  • the pump 17 operates, so that the water circulates in the condenser 9 and in the heating radiator 18.
  • the pump 17 operates at maximum speed.
  • the speed of the pump will correspond to a water flow of between 300 and 750 l / h.
  • the speed of the blower 4 is preferably a minimum speed.
  • the speed of the blower will correspond to a cabin air flow rate of between 100 and 150 kg / h.
  • the priming step 62 the blower 4 is stopped, so that the cabin is not supplied with air.
  • the speed of the blower 4 is preferably greater than its speed in the pumping step.
  • the speed of the blower 4 is adjusted according to the rise in temperature of the water.
  • the speed of the blower 4 is equal to its speed in the power up step.
  • the speed of the compressor 12 is maximum in each of the pumping 61, priming 62, ramp-up 63 and power stabilization 64 stages.
  • the speed of the compressor is less than a limit speed of acoustic comfort.
  • the speed of the compressor 12 depends on the steps, as will be detailed later.
  • the installation 1 implementing the loop 7 comprises a plurality of sensors.
  • the plant 1 comprises a first refrigerant pressure sensor
  • the first pressure sensor 91 is disposed at the inlet of the compressor in the branch P1 connecting the bottle to the compressor 12.
  • the installation 1 comprises a second refrigerant pressure sensor 92 (PRCO).
  • PRCO refrigerant pressure sensor
  • the second pressure sensor 92 is disposed at the outlet of the compressor
  • the installation 1 also comprises a third refrigerant pressure sensor 93 (PRECO) at the outlet of the heat exchanger 10.
  • PRECO refrigerant pressure sensor
  • the installation 1 also includes a temperature sensor 94 (TAMB)
  • the system 7 also comprises a temperature sensor 95 (TWCDO) configured to measure the water temperature at the outlet of the condenser 9.
  • TWCDO temperature sensor 95
  • the pressure sensor 91 and / or the pressure sensor 93 are replaced respectively by a temperature sensor TRCI and a temperature sensor TRECO.
  • Each of the temperature sensors is in this case configured to measure the temperature of the refrigerant and / or the temperature of the walls respectively forming the branch P1 connecting the bottle R to the compressor 12 and the branch P15 connecting the heat exchanger 10 to the branch E6.
  • the second temperature sensor 91 is not installed.
  • the pressure is calculated on the basis of the measurement of the sensor 93 and a model of low pressure between the outlet of the exchanger 10 and the inlet of the compressor 12, taking into account the loss of load in the branches of the loop.
  • the installation comprises a control unit 96 to which each sensor is connected.
  • the "hot gas" mode is triggered when the outside air temperature is between two temperatures T0 and T1, T0 being less than T1.
  • T0 is of the order of -25 ° C
  • T1 is of the order of -10 ° C.
  • the "heat pump” mode is triggered when the outside air temperature is between the temperature T1, and a third temperature T2, greater than T0.
  • the temperature T2 is of the order of 5 ° C.
  • Ncpr revolutions per minute
  • Upomp expressed in V
  • the "hot gas" mode is advantageously triggered if the following conditions are met:
  • the pressure at the inlet of the compressor possibly measured by the first pressure sensor 91, is greater than a threshold pressure value, denoted PRCImin,
  • the pressure at the outlet of the compressor possibly measured by the first pressure sensor 92 is less than a threshold pressure value, denoted PRCOmaxHP,
  • TWCDOmax a threshold temperature value
  • the outside temperature also measured by the temperature sensor 94, is between the lower threshold value TO and the upper threshold value T1.
  • the threshold pressure value PRCImin is between 0.7 bar and 1.2 bar.
  • the PRCOmaxHP threshold pressure value is between 16 bar and 24 bar.
  • the threshold temperature value TWCDOmax is of the order of
  • the threshold temperature value T0 is of the order of -25 ° C. and the threshold temperature T1 is of the order of -10 ° C.
  • the pumping step 61 starts, depending on the following state of the parameters:
  • valves V1 and V5 are closed while the valves V3 and V4 are open,
  • the voltage across the pump 17 Upomp is set to an UpompHGI value, which advantageously depends on the outside temperature
  • the voltage at the terminals of the pulser 4 Uhvac is set to a value Ublowerl
  • the speed of the compressor 12 Ncpr is set to a value NcprHGI, preferably between 5000 rpm and 7000 rpm.
  • the priming step 92 is triggered, preferably according to the state of the parameters :
  • valves V3 and V4 close
  • the voltage across the pump 12 Upomp is set to a value UpompHG2, advantageously zero,
  • the voltage at the terminals of the blower 4, Uhvac is set to the value UblowerO, preferably zero,
  • the compressor speed 12 Ncpr is set to a maximum value
  • Ncprmax which preferably depends on the speed of the vehicle and / or a request from a user.
  • valves remain in the same state as in the priming step 62,
  • the voltage across the pump 17 Upomp is set to a value UpompHG3, so that the flow of water is advantageously between 1001 / h and 250 l / h,
  • the voltage at the terminals of the blower 4 Uhvac is set to the value Ublower i o HG.
  • the compressor speed 12 Ncpr is set to the maximum value, Ncprmax.
  • TWCDOtarget a threshold temperature value
  • the power stabilization step 64 is triggered, preferably according to the following state of the parameters:
  • valves remain in the same state as in the priming step 62,
  • the voltage across the pump 17 Upomp is set to a value UpompHG4, so that the flow of water is advantageously between 300 l / h and 750 l / h,
  • the voltage at the terminals of the pulser 4 Uhvac is set to a value
  • the compressor speed 12 Ncpr is set to the maximum value, Ncprmax.
  • the speed of the compressor is regulated so that the water temperature TWCDO reaches its TWCDOtarget setpoint, while respecting the limit of the maximum compressor output pressure threshold equal to PRCOmaxHG.
  • the curve 10-1 illustrates the evolution over time of the pressure at the outlet of the compressor 12.
  • the pressure of the refrigerant at the outlet of the compressor 12 increases progressively during the pumping step 61 and then more rapidly during the priming step 62.
  • the pressure decreases before increasing progressively again during the ramp-up 63 and stabilization steps 64.
  • Curve 10-2 illustrates the evolution over time of the blown air temperature in the passenger compartment.
  • the air temperature increases progressively during the pumping step 61 before decreasing during the priming step 62, because of the stopping of the blower 4.
  • Curve 10-3 illustrates the evolution over time of the water flow in the pump.
  • the flow rate of water increases gradually during the pumping step 61 before decreasing during the priming step 62 until it becomes zero due to the stopping of the pump.
  • the speed of the compressor 12 is between 5000 rpm and 7000 rpm
  • the pump flow 17 is of the order of 130 l / h and the flow rate of air in the passenger compartment is set to minimum;
  • the speed of the compressor is of the order of 8500 rpm and the air flow in the passenger compartment is set to a minimum;
  • the speed of the compressor 12 is of the order of 8500 rpm
  • the pump flow 17 is of the order of 150 l / h until the pressure at the outlet of the pump compressor is of the order of 20
  • the speed of the compressor 12 is of the order of 8500 rpm
  • the pump flow 17 is of the order of 600 l / h to maintain the outlet pressure of the compressor at 20 bar and the air flow in the passenger compartment is set to the maximum.
  • the pumping step lasts 3 minutes, the initiation stage lasts 2 minutes and the ramp-up stage lasts 10 minutes.
  • the subject of the invention is also a thermal preconditioning process for a passenger compartment of a motor vehicle, comprising the regulation method 60.
  • the thermal pre-conditioning process allows the vehicle to be thermally prepared prior to use.
  • the method 60 is preferably implemented before a user uses his motor vehicle.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de régulation d'une boucle de chauffage, d'un flux d'air destiné à un habitacle à l'intérieur de laquelle circule un fluide frigorigène, ladite boucle comportant au moins un compresseur et un condenseur, la boucle étant configurée pour fonctionner en mode pompe à chaleur selon un premier circuit fermé comprenant le compresseur et le condenseur, la boucle étant configurée pour faire circuler le fluide selon un deuxième circuit fermé ledit procédé comprenant une étape, dite étape de pompage, dans laquelle la boucle est configurée pour que le fluide frigorigène circulant selon le premier circuit fermé se dirige depuis le premier circuit fermé dans le deuxième circuit fermé.

Description

PROCEDE DE REGULATION D'UNE BOUCLE DE CHAUFFAGE,
VENTILATION ET/OU CLIMATISATION
DOMAINE TECHNIQUE
5 L'invention a trait à un procédé de régulation d'une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un flux d'air destiné à un habitacle de véhicule automobile
ETAT DE L'ART
Un véhicule, notamment un véhicule électrique ou hybride, est couramment î o équipé d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour modifier les paramètres aérothermiques d'un flux d'air pénétrant à l'intérieur d'un habitacle du véhicule. A cet effet, l'installation comprend un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation délimité par un boîtier et apte à contrôler le flux d'air préalablement à son introduction à l'intérieur de l'habitacle, en fonction des 15 exigences de l'utilisateur. Pour modifier la température du flux d'air, préalablement à son introduction dans l'habitacle, l'installation comprend notamment une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide frigorigène.
Une telle boucle peut classiquement fonctionner suivant « un mode
20 climatisation », « un mode déshumidification » ou bien encore « un mode pompe à chaleur ».
Lorsque la boucle fonctionne selon le « mode pompe à chaleur » également appelé « mode chauffage », on constate que lorsque la température de l'air à l'extérieur du véhicule est basse, par exemple inférieure à -10°C, la puissance de 25 chauffage disponible n'est pas suffisante pour satisfaire les besoins de l'utilisateur.
A titre d'exemple, en utilisant un fluide frigorigène R134a ou R1234yf et lorsque la température extérieure de l'air est de -18°C, la puissance de chauffage disponible est d'environ 2700 W alors que la puissance de chauffage nécessaire pour satisfaire les besoins de l'utilisateur est estimée à 5000 W.
30 Le but de la présente invention est de proposer un procédé de régulation d'une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation permettant de remédier à l'inconvénient mentionné ci-dessus. EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention a ainsi pour objet un procédé de régulation d'une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un flux d'air destiné à un habitacle de véhicule automobile à l'intérieur de laquelle circule un fluide frigorigène, ladite boucle 5 comportant au moins un compresseur et un condenseur, la boucle étant configurée pour fonctionner en mode pompe à chaleur selon un premier circuit fermé comprenant le compresseur et le condenseur, la boucle étant configurée pour faire circuler le fluide selon un deuxième circuit fermé dans lequel le fluide traverse successivement au moins le compresseur puis le condenseur en court- î o circuitant en partie le premier circuit fermé tout en subissant une détente avant de traverser à nouveau le compresseur,
ledit procédé de régulation comprenant une étape, dite étape de pompage, dans laquelle la boucle est configurée pour que le fluide frigorigène circulant selon le premier circuit fermé se dirige depuis le premier circuit fermé dans le deuxième 15 circuit fermé.
Lorsque le fluide frigorigène circule selon le deuxième circuit, une grande puissance de chauffage est disponible grâce à l'énergie apportée par le compresseur. L'invention consiste à exploiter une détente du fluide qui est réinjecté dans le compresseur sans être refroidi préalablement. Cela permet
20 d'avoir un fluide frigorigène plus chaud en sortie de compresseur et ainsi de disposer d'une plus grande puissance de chauffage au niveau du condenseur, ceci en exploitant les composants de la boucle servant par ailleurs à ses fonctions classiques et donc sans renchérir son coût, en particulier en comparaison du surcoût d'un dispositif de chauffage additionnel.
25 A titre d'exemple, selon le deuxième circuit, en utilisant un fluide frigorigène
R134a ou R1234yf et lorsque la température extérieure est de -18°C, la puissance de chauffage disponible peut atteindre 4000 à 5000 W.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'invention comprend une étape ultérieure à l'étape de pompage, dite étape d'amorçage, dans laquelle le
30 premier circuit fermé et le deuxième circuit fermé sont déconnectés l'un de l'autre.
Selon une autre caractéristique de l'invention, au cours de l'étape d'amorçage, une pompe à eau du deuxième circuit fermé est désactivée. Selon une autre caractéristique de l'invention, au cours de l'étape d'amorçage, un pulseur de mise en mouvement du flux d'air destiné à l'habitacle est désactivé.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend une 5 étape ultérieure à l'étape d'amorçage, dite étape de montée en puissance, au cours de laquelle la boucle de chauffage est configurée pour que le flux d'air qui alimente l'habitacle et soit chauffé par un radiateur de chauffage alimenté par un flux d'eau mis en mouvement par la pompe à eau.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend une î o étape ultérieure à l'étape de montée en puissance, dite étape de stabilisation de puissance, au cours de laquelle on augmente le débit du flux d'air chauffé par le radiateur de chauffage du deuxième circuit fermé et/ou un débit d'eau d'une pompe à eau du deuxième circuit fermé.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape d'amorçage est 15 déclenchée quand une pression du fluide frigorigène dans un échangeur de chaleur du premier circuit fermé diminue jusqu'à atteindre une valeur seuil de pression.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape de montée en puissance est déclenchée quand une pression du fluide frigorigène en sortie du
20 compresseur du deuxième circuit fermé devient supérieure à une première valeur seuil de pression.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape de stabilisation de puissance est déclenchée quand une pression du fluide frigorigène en sortie du compresseur du deuxième circuit fermé devient supérieure à une valeur seuil de 25 pression.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape de stabilisation de puissance est déclenchée quand une température d'eau circulant dans une pompe à eau du deuxième circuit fermé est supérieure à une valeur seuil de température.
30 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape de pompage est déclenchée quand une température extérieure est comprise entre une première température et une deuxième température. Selon une autre caractéristique de l'invention, au cours de l'étape de pompage, le fluide frigorigène circule depuis un échangeur de chaleur via un organe de détente et un évaporateur du premier circuit fermé dans le compresseur du deuxième circuit fermé puis dans un condenseur, et un organe de détente du 5 deuxième circuit fermé.
Selon une autre caractéristique de l'invention, au cours de l'étape d'amorçage, le fluide frigorigène circule depuis le compresseur dans le condenseur du deuxième circuit fermé, ladite au moins une vanne de connexion et déconnexion étant configurée en position de déconnexion du premier circuit fermé î o du deuxième circuit fermé.
L'invention a également pour objet un procédé de pré-conditionnement thermique d'un habitacle de véhicule automobile, comprenant un procédé de régulation tel que décrit précédemment.
15 DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'une
20 installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation,
- la figure 2 est une vue de l'installation de la figure 1 , selon un premier mode de fonctionnement,
- la figure 3 est une vue de l'installation de la figure 1 , selon un deuxième mode de fonctionnement,
25 - la figure 4 est une vue de l'installation de la figure 1 , selon un troisième mode de fonctionnement,
- la figure 5 est une vue de l'installation de la figure 1 , selon un quatrième mode de fonctionnement,
- la figure 6 est un chronogramme d'un procédé de régulation de l'installation
30 de la figure 1 , selon la présente invention,
- la figure 7 est une vue de l'installation de la figure 1 dans une étape de pompage du procédé de la figure 6,
- la figure 8 est une vue de l'installation de la figure 1 dans une étape d'amorçage, de montée en puissance ou de stabilisation de puissance du procédé de la figure 6,
- la figure 9 est une vue de l'installation de la figure 1 équipée de capteurs de pression et température pour la mise en œuvre du procédé de la figure 6, et 5 - la figure 10 illustre une évolution de différents paramètres pendant le procédé de régulation de la figure 6.
DESCRIPTION DETAILLEE
Structure de la boucle
î o La figure 1 illustre une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation
1 apte à modifier les paramètres aérothermiques d'un flux d'air F destiné à pénétrer dans un habitacle d'un véhicule, en particulier un véhicule électrique ou hybride. L'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 1 comprend un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation 2 apte à contrôler le flux d'air
15 F préalablement à son introduction dans l'habitacle du véhicule.
L'appareil 2 est délimité par un boîtier 3, par exemple en matériau polymère, et comprend un pulseur 4 situé à l'intérieur du boîtier 3 et apte à générer le flux d'air F depuis au moins un orifice d'admission 5 vers au moins un orifice d'échappement 6 pratiqués dans le boîtier 3, le flux d'air F issu de l'orifice
20 d'échappement 6 rejoignant l'habitacle du véhicule.
Selon un premier mode de réalisation représenté sur les figures, pour modifier la température du flux d'air F préalablement à son introduction dans l'habitacle, l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 1 comprend :
• une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7 à l'intérieur 25 de laquelle circule un fluide frigorigène, tel qu'un fluide frigorigène connu sous la dénomination R134a ou R1234yf ;
• un circuit de chauffage 8 à l'intérieur duquel circule un fluide caloporteur.
La boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7 comprend un 30 condenseur 9, un échangeur de chaleur 10 apte à former un condenseur ou un évaporateur, un évaporateur 1 1 , un premier organe de détente D1 , un deuxième organe de détente D2, un troisième organe de détente D3, un compresseur 12, une bouteille R de réserve de fluide, une première vanne V1 d'arrêt, une deuxième vanne V2 d'arrêt, une troisième vanne V3 d'arrêt, une quatrième vanne V4 d'arrêt et une cinquième vanne V5 d'arrêt.
Selon le premier mode de réalisation, le condenseur 9 est configuré pour réaliser un échange de chaleur entre le fluide frigorigène et le fluide caloporteur du 5 circuit de chauffage 8.
Plus précisément, le condenseur 9 comprend deux chemins indépendants à savoir un chemin primaire et un chemin secondaire. Le chemin primaire est parcouru par le fluide frigorigène depuis une entrée primaire 13 vers une sortie primaire 14. Le chemin secondaire est parcouru par le fluide caloporteur depuis î o une entrée secondaire 15 vers une sortie secondaire 16.
L'échangeur de chaleur 10, plus communément appelé évapo-condenseur, peut être placé en face avant du véhicule, de manière à échanger de la chaleur avec l'air extérieur E du véhicule.
L'évaporateur 1 1 est situé dans le boîtier 3 de l'installation 1 en aval du 15 pulseur 4 selon le sens de circulation du flux d'air F à l'intérieur du boîtier 3, de manière à échanger de la chaleur avec le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle du véhicule.
Les premier, deuxième et troisième organes de détente D1 , D2, D3 permettent de réaliser une détente du fluide frigorigène depuis la haute pression 20 vers la basse pression.
Chaque organe de détente D1 , D2, D3 est mobile entre une position ouverte dans laquelle le fluide peut le traverser et est détendu en sortie de celui-ci, et une position fermée dans laquelle le fluide ne peut pas le traverser, et autrement dit, l'organe de détente D1 , D2, D3 est étanche quel que soit le sens de circulation du 25 fluide.
Chaque organe de détente D1 , D2, D3 peut être un détendeur à commande électronique ou un orifice calibré.
Le compresseur 12 est apte à porter le fluide frigorigène à une haute pression.
30 La bouteille R permet en outre avantageusement d'effectuer une séparation de phases liquide/gaz afin d'éviter que du fluide frigorigène à l'état liquide soit admis à l'intérieur du compresseur 12.
Chaque vanne V1 , V2, V3, V4, V5 d'arrêt est mobile entre une position ouverte dans laquelle le fluide peut la traverser, et une position fermée dans laquelle le fluide ne peut pas la traverser, et autrement dit, la vanne V1 , V2, V3, V4, V5 est étanche quel que soit le sens de circulation du fluide.
Dans le cas où une vanne V1 , V2, V3, V4, V5 d'arrêt n'est totalement 5 étanche que dans un sens de circulation du fluide en position fermée, la vanne peut être associée à un clapet antiretour pour obtenir une étanchéité totale quel que soit le sens de circulation du fluide.
Tel qu'illustré sur la figure 1 , la boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7 comprend en outre :
î o - une première portion P1 reliant la bouteille R à l'entrée du compresseur
12,
- une deuxième portion P2 reliant la sortie du compresseur 12 à un premier embranchement E1 ,
- une troisième portion P3 reliant le premier embranchement E1 à l'entrée 15 primaire 13 du condenseur 9,
- une quatrième portion P4 reliant le premier embranchement E1 à la première vanne V1 ,
- une cinquième portion P5 reliant la première vanne V1 à un deuxième embranchement E2,
20 - une sixième portion P6 reliant la sortie primaire 14 du condenseur 9 à la deuxième vanne V2,
- une septième portion P7 reliant la deuxième vanne V2 au deuxième embranchement E2,
- une huitième portion P8 reliant le deuxième embranchement E2 à un 25 troisième embranchement E3,
- une neuvième portion P9 reliant le troisième embranchement E3 à un quatrième embranchement E4,
- une dixième portion P10 reliant le quatrième embranchement E4 au troisième organe de détente D3,
30 - une onzième portion P1 1 reliant le troisième organe de détente D3 à un cinquième embranchement E5,
- une douzième portion P12 reliant le quatrième embranchement E4 à la cinquième vanne V5, - une treizième portion P13 reliant la cinquième vanne V5 au cinquième embranchement E5,
- une quatorzième portion P14 reliant le cinquième embranchement E5 à l'entrée de l'échangeur de chaleur 10,
5 - une quinzième portion P15 reliant la sortie de l'échangeur de chaleur 10 au sixième embranchement E6,
- une seizième portion P16 reliant le sixième embranchement E6 au deuxième organe de détente D2,
- une dix-septième portion P17 reliant le deuxième organe de détente D2 à î o l'entrée de l'évaporateur 1 1 ,
- une dix-huitième portion P18 reliant la sortie de l'évaporateur 1 1 à la quatrième vanne V4,
- une dix-neuvième portion P19 reliant la quatrième vanne V4 à un septième embranchement E7,
15 - une vingtième portion P20 reliant le sixième embranchement E6 à la troisième vanne V3,
- une vingt-et-unième portion P21 reliant la troisième vanne V3 au septième embranchement E7,
- une vingt-deuxième portion P22 reliant le septième embranchement E7 à 20 la bouteille R,
- une vingt-troisième portion P23 reliant le troisième embranchement E3 au premier organe de détente D1 ,
- une vingt-quatrième portion P24 reliant le premier organe de détente D1 au le septième embranchement E7.
25 On note que l'on entend par portion, tout dispositif permettant d'établir une connexion fluidique tel que par exemple une conduite, un tuyau ou une tubulure.
On note également qu'une ou plusieurs de ces portions peuvent être prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres. En outre, la numérotation des portions n'est que purement indicative.
30 Au sens de l'invention, la portion de la boucle 7 comprise entre le troisième embranchement E3 et le septième embranchement E7, et autrement dit l'ensemble comprenant la vingt-troisième portion P23, le premier organe de détente D1 et la vingt-quatrième portion P24, représente une branche de court- circuitage également appelée branche de contournement.
Dans la présente demande, on entend par « branche de court-circuitage » une branche qui permet au fluide frigorigène de contourner certains composants de la boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7.
5 Le circuit de chauffage 8 comprend une pompe 17 et un radiateur de chauffage 18. Le fluide caloporteur échange de la chaleur avec le fluide frigorigène au travers du condenseur 9.
La pompe 17 est apte faire circuler le fluide caloporteur dans le circuit 8.
Le radiateur de chauffage 18 est situé dans le boîtier 3 en aval de î o l'évaporateur 1 1 selon le sens de circulation du flux d'air F à l'intérieur du boîtier 3, de manière à échanger de la chaleur avec le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle du véhicule.
L'appareil 2 comprend différents volets manœuvrables (non représentés) situés dans le boîtier 3, ces volets permettant de contrôler le passage du flux d'air 15 F au travers de l'évaporateur 1 1 et/ou du radiateur de chauffage 18, en amont de son introduction dans l'habitacle du véhicule.
Tel qu'illustré sur la figure 1 , le circuit de chauffage 8 comprend en outre :
- une vingt-cinquième portion P25 reliant la sortie de la pompe 17 à l'entrée secondaire 15 du condenseur 9,
20 - une vingt-sixième portion P26 reliant la sortie secondaire 16 du condenseur 9 à l'entrée du radiateur de chauffage 18,
- une vingt-septième portion P27 reliant la sortie du radiateur de chauffage 18 à l'entrée de la pompe 17.
On note que l'on entend par portion, tout dispositif permettant d'établir une 25 connexion fluidique tel que par exemple une conduite, un tuyau ou une tubulure.
On notera que, sur les figures 2 à 5, les éléments qui ne sont pas traversés par le fluide frigorigène ou le fluide caloporteur dans le mode de fonctionnement considéré ont été représentés en traits pointillés, les autres étant représentés en traits continus.
30 Modes de fonctionnement
La figure 2 illustre un premier mode de fonctionnement de l'installation 1 , également appelé « mode pompe à chaleur » ou « mode chauffage », dans lequel le fluide frigorigène de la boucle 7 circule selon un premier circuit fermé. Dans ce premier mode de fonctionnement, la pompe 17 est démarrée, le compresseur 12 est démarré, la première vanne V1 est fermée, la deuxième vanne V2 est ouverte, la troisième vanne V3 est ouverte, la quatrième vanne V4 est fermée, la cinquième vanne V5 est fermée, le premier organe de détente D1 est fermé, le deuxième 5 organe de détente D2 est fermé, le troisième organe de détente D3 est ouvert et l'échangeur de chaleur 10 forme un évaporateur.
Dans ce premier mode de fonctionnement, le fluide frigorigène traverse successivement le compresseur 12, le condenseur 9, la deuxième vanne V2, le troisième organe de détente D3, l'échangeur de chaleur 10 formant un î o évaporateur, la troisième vanne V3 puis la bouteille R avant de traverser à nouveau le compresseur 12.
Dans ce premier mode de fonctionnement, l'échangeur de chaleur 10 récupère de la chaleur à l'extérieur. Le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle échange de la chaleur avec le radiateur de chauffage 18, et plus
15 précisément le flux d'air F est réchauffé lors de son passage au travers du radiateur de chauffage 18.
La figure 3 illustre un deuxième mode de fonctionnement de l'installation 1 , également appelé « mode gaz chaud », dans lequel le fluide frigorigène de la boucle 7 circule selon un deuxième circuit fermé. Dans ce deuxième mode de
20 fonctionnement, la pompe 17 est démarrée, le compresseur 12 est démarré, la première vanne V1 est fermée, la deuxième vanne V2 est ouverte, la troisième vanne V3 est fermée, la quatrième vanne V4 est fermée, la cinquième vanne V5 est fermée, le premier organe de détente D1 est ouvert, le deuxième organe de détente D2 est fermé, le troisième organe de détente D3 est fermé.
25 Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le fluide frigorigène traverse successivement le compresseur 12, le condenseur 9, la deuxième vanne V2, le premier organe de détente D1 puis la bouteille R avant de traverser à nouveau le compresseur 12.
Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le flux d'air F destiné à pénétrer 30 dans l'habitacle échange de la chaleur avec le radiateur de chauffage 18, et plus précisément le flux d'air F est réchauffé lors de son passage au travers du radiateur de chauffage 18.
A titre de comparaison avec le premier mode de fonctionnement, le fait qu'à la suite de sa détente, le fluide soit réinjecté dans le compresseur 12 sans être refroidi préalablement permet selon l'invention d'avoir un fluide frigorigène plus chaud en sortie de compresseur 12, un fluide caloporteur plus chaud et ainsi en règle générale de disposer d'une plus grande puissance de chauffage.
5 Selon le deuxième mode de fonctionnement, à titre d'exemple, en utilisant un fluide frigorigène R134a ou R1234yf et lorsque la température extérieure de l'air est de -18°C, la puissance de chauffage disponible est de 5000 W.
Selon le deuxième mode de fonctionnement, le deuxième circuit présente avantageusement un volume minimum pour assurer un transfert d'énergie le plus î o efficace possible. Pour cela, le deuxième circuit comprend avantageusement un tampon de charge qui pourra prendre la forme d'une extension de circuit, d'un réservoir comme la bouteille R ou autre.
La figure 4 illustre un troisième mode de fonctionnement de l'installation 1 , également appelé « mode climatisation », dans lequel le fluide frigorigène de la
15 boucle 7 circule selon un troisième circuit fermé. Dans ce troisième mode de fonctionnement, la pompe 17 est arrêtée, le compresseur 12 est démarré, la première vanne V1 est ouverte, la deuxième vanne V2 est fermée, la troisième vanne V3 est fermée, la quatrième vanne V4 est ouverte, la cinquième vanne V5 est ouverte, le premier organe de détente D1 est fermé, le deuxième organe de
20 détente D2 est ouvert, le troisième organe de détente D3 est fermé et l'échangeur de chaleur 10 forme un condenseur.
Dans ce troisième mode de fonctionnement, le fluide frigorigène traverse successivement le compresseur 12, la première vanne V1 , la cinquième vanne V5, l'échangeur de chaleur 10 formant un condenseur, le deuxième organe de 25 détente D2, l'évaporateur 1 1 , la quatrième vanne V4 puis la bouteille R avant de traverser à nouveau le compresseur 12.
Dans ce troisième mode de fonctionnement, l'échangeur de chaleur 10 évacue de la chaleur à l'extérieur. Le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle échange de la chaleur avec l'évaporateur 1 1 , et plus précisément le flux
30 d'air F est refroidi lors de son passage au travers de l'évaporateur 1 1 . Le fait que le fluide frigorigène contourne le condenseur 9 via la première vanne V1 permet d'éviter que le fluide caloporteur ne rentre en ébullition.
La figure 5 illustre un quatrième mode de fonctionnement de l'installation 1 , également appelé « mode déshumidification », dans lequel le fluide frigorigène de la boucle 7 circule selon un quatrième circuit fermé. Dans ce quatrième mode de fonctionnement, la pompe 17 est démarrée, le compresseur 12 est démarré, la première vanne V1 est fermée, la deuxième vanne V2 est ouverte, la troisième 5 vanne V3 est fermée, la quatrième vanne V4 est ouverte, la cinquième vanne V5 est ouverte, le premier organe de détente D1 est fermé, le deuxième organe de détente D2 est ouvert, le troisième organe de détente D3 est fermé et l'échangeur de chaleur 10 forme un condenseur.
Dans ce quatrième mode de fonctionnement, le fluide frigorigène traverse î o successivement le compresseur 12, le condenseur 9, la deuxième vanne V2, la cinquième vanne V5, l'échangeur de chaleur 10 formant un condenseur, le deuxième organe de détente D2, l'évaporateur 1 1 , la quatrième vanne V4 puis la bouteille R avant de traverser à nouveau le compresseur 12.
Dans ce quatrième mode de fonctionnement, l'échangeur de chaleur 10
15 évacue de la chaleur à l'extérieur. Le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle échange de la chaleur avec l'évaporateur 1 1 puis le radiateur de chauffage 18, et plus précisément le flux d'air F est, dans un premier temps, refroidi lors de son passage au travers de l'évaporateur 1 1 , puis dans un second temps, est réchauffé lors de son passage au travers du radiateur de chauffage 18
20 de sorte que le flux d'air F soit déshumidifié.
Selon un deuxième mode de réalisation non représenté sur les figures, pour modifier la température du flux d'air préalablement à son introduction dans l'habitacle, l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprend uniquement la boucle de chauffage 7, ventilation et/ou climatisation à l'intérieur de
25 laquelle circule le fluide frigorigène.
Selon le deuxième mode de réalisation, le condenseur 9 est situé dans le boîtier 3 en aval de l'évaporateur 1 1 selon le sens de circulation du flux d'air à l'intérieur du boîtier 3, de manière à échanger de la chaleur avec le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle du véhicule.
30 Selon le deuxième mode de réalisation, les différents volets manœuvrables
(non représentés) situés dans le boîtier 3 permettent de contrôler le passage du flux d'air F au travers de l'évaporateur 1 1 et/ou du condenseur 9, en amont de son introduction dans l'habitacle du véhicule. Ainsi, selon le deuxième mode de réalisation, suivant le mode de fonctionnement, le fluide destiné à pénétrer dans l'habitacle échange de la chaleur avec :
• le condenseur 9, selon le premier mode de fonctionnement,
• le condenseur 9, selon le deuxième mode de fonctionnement,
• l'évaporateur 1 1 , selon le troisième mode de fonctionnement,
• l'évaporateur 1 1 puis avec le condenseur 9, selon le quatrième mode de fonctionnement.
En fonction du fluide frigorigène, le diamètre interne des différentes vannes V1 , V2, V3, V4, V5 est choisi de sorte à avoir un bon compromis, en fonctionnement, entre la pression du fluide frigorigène et la quantité de fluide frigorigène présent dans la boucle 7.
Ainsi, pour un fluide frigorigène connu sous la dénomination R134a ou R1234yf, avantageusement, le diamètre interne des différentes vannes V1 , V2, V3, V4 est choisi de la manière suivante :
• le diamètre interne de la première vanne V1 est compris entre 4 mm et 8 mm, et est par exemple de 6 mm,
• le diamètre interne de la deuxième vanne V2 est compris entre 4 mm et 8 mm, et est par exemple de 6 mm,
• le diamètre interne de la troisième vanne V3 est compris entre 14 mm et 18 mm, et est par exemple de 16 mm,
• le diamètre interne de la quatrième vanne V4 est compris entre 14 mm et 18 mm, et est par exemple de 16 mm.
Selon une variante du premier ou du deuxième mode de réalisation, non représentée, les première et deuxième vannes V1 , V2 d'arrêt peuvent être remplacées par une vanne comprenant trois voies.
Selon une deuxième variante du premier ou du deuxième mode de réalisation, non représentée, combinable avec la première variante, la cinquième vanne V5 d'arrêt et le troisième organe de détente D3 peuvent être remplacés par une vanne spécifique capable d'occuper les positions suivantes :
• une première position ouverte dans laquelle le fluide peut la traverser et est détendu en sortie de celle-ci (premier mode de fonctionnement) ; • une deuxième position ouverte dans laquelle le fluide peut la traverser et n'est pas détendu en sortie de celle-ci (troisième et quatrième modes de fonctionnement) ;
• une position fermée dans laquelle le fluide ne peut pas la traverser, la vanne étant étanche quel que soit le sens de circulation du fluide (deuxième mode de fonctionnement).
Procédé de régulation du deuxième mode de fonctionnement
L'invention a pour objet un procédé de régulation du deuxième mode de fonctionnement, ou « mode gaz chaud » décrit précédemment.
Comme visible sur la figure 6, le procédé de régulation 60 comprend avantageusement une succession de quatre étapes, à savoir une première étape, dite étape de pompage, référencée 61 , suivie d'une deuxième étape 62, dite étape d'amorçage, une troisième étape 63, dite étape de montée en puissance et une quatrième étape 64, dite étape de stabilisation de puissance.
Les étapes du procédé de régulation vont maintenant être décrites en relation avec différents paramètres.
Etat des vannes et organes de détente
Comme visible sur la figure 7, au cours de l'étape de pompage 61 :
- les vannes d'arrêt V1 et V5 sont fermées,
- les vannes d'arrêt V2, V3 et V4 sont ouvertes, et
- le premier et le deuxième organe de détente, D1 et D2, sont ouverts. Dans l'étape de pompage 61 , le fluide frigorigène s'écoule depuis l'échangeur de chaleur 10 jusqu'au compresseur 12 via la vanne d'arrêt V3 et via l'évaporateur 1 1 .
Ainsi, le premier circuit fermé 100 décharge le fluide frigorigène dans le deuxième circuit fermé 101 .
Comme visible sur les figures, le premier circuit fermé 100 comprend l'échangeur de chaleur 10, l'organe de détente D2, l'évaporateur 1 1 , les vannes d'arrêt V3, V4 et V5.
Le deuxième circuit fermé 101 comprend la bouteille R, le compresseur 12, les vannes d'arrêt V1 et V2, le condenseur 9 et l'organe de détente D1 .
Les vannes d'arrêt V3, V4 et V5 permettent de connecter ou déconnecter le premier circuit fermé 100 du deuxième circuit fermé 101 . Entre l'étape de pompage et les étapes suivantes, les vannes d'arrêt V3 et V4 changent d'état en passant de l'état fermé à l'état ouvert.
Comme visible sur la figure 8, au cours des étapes d'amorçage 62, de montée en puissance 63 et de stabilisation de puissance 64 :
- les vannes d'arrêt V1 et V5 sont fermées,
- la deuxième vanne V2 d'arrêt est ouverte,
- les troisième et quatrième vannes d'arrêt V3 et V4 sont fermées, et
- le premier et le deuxième organe de détente, D1 et D2, sont ouverts. Dans les étapes d'amorçage 62, de montée en puissance 63 et de stabilisation de puissance 64, la boucle fonctionne en mode « gaz chaud » déjà décrit en relation avec la figure 3.
Débit d'eau
Dans l'étape de pompage 61 , la pompe 17 fonctionne, de sorte que l'eau circule dans le condenseur 9 et dans le radiateur de chauffage 18.
De préférence, la pompe 17 fonctionne en mode nominal.
Par exemple, en mode nominal, le débit d'eau est compris entre 100 et 250 l/h.
Dans l'étape d'amorçage 62, la pompe 17 est arrêtée ; il n'y a pas de débit d'eau dans le condenseur 9 et le radiateur de chauffage 18.
Dans l'étape de montée en puissance 63, la pompe 17 fonctionne, de sorte que l'eau circule dans le condenseur 9 et dans le radiateur de chauffage 18.
De préférence, la pompe 17 fonctionne en mode nominal.
Par exemple, en mode nominal, le débit d'eau est compris entre 100 et 250 l/h.
Dans l'étape de stabilisation de puissance 64, la pompe 17 fonctionne, de sorte que l'eau circule dans le condenseur 9 et dans le radiateur de chauffage 18.
De préférence, la pompe 17 fonctionne à vitesse maximale.
Par exemple, la vitesse de la pompe correspondra à un débit d'eau compris entre 300 et 750 l/h.
Vitesse du pulseur
Dans l'étape de pompage 61 , la vitesse du pulseur 4 est de préférence une vitesse minimale. Par exemple, la vitesse du pulseur correspondra à un débit d'air habitacle compris entre 100 et 150 kg/h. Dans l'étape d'amorçage 62, le pulseur 4 est arrêté, de sorte que l'habitacle n'est pas alimenté en air.
Dans l'étape de montée en puissance 63, la vitesse du pulseur 4 est de préférence supérieure à sa vitesse dans l'étape de pompage.
5 Avantageusement, la vitesse du pulseur 4 est ajustée selon la montée en température de l'eau.
Dans l'étape de stabilisation de puissance 64, la vitesse du pulseur 4 est égale à sa vitesse en étape de montée en puissance.
Vitesse du compresseur
î o Selon une variante, la vitesse du compresseur 12 est maximale dans chacune des étapes de pompage 61 , d'amorçage 62, de montée en puissance 63 et de stabilisation de puissance 64.
Avantageusement, la vitesse du compresseur est inférieure à une vitesse limite de confort acoustique.
15 Selon une autre variante, la vitesse du compresseur 12 dépend des étapes, comme il va être détaillé ultérieurement.
Capteurs
Comme visible sur la figure 9, l'installation 1 mettant en œuvre la boucle 7 comprend une pluralité de capteurs.
20 L'installation 1 comprend un premier capteur de pression du fluide frigorigène
91 . Le premier capteur de pression 91 est disposé en entrée du compresseur dans la branche P1 reliant la bouteille au compresseur 12.
L'installation 1 comprend un second capteur de pression du fluide frigorigène 92 (PRCO).
25 Le deuxième capteur de pression 92 est disposé en sortie du compresseur
12, dans la branche Pi reliant le compresseur 12 et le condenseur 9.
L'installation 1 comprend également un troisième capteur de pression du fluide frigorigène 93 (PRECO) en sortie de l'échangeur de chaleur 10.
L'installation 1 comprend également un capteur de température 94 (TAMB)
30 configuré pour mesurer la température du flux d'air entrant dans l'échangeur de chaleur 10.
Le système 7 comprend aussi un capteur de température 95 (TWCDO) configuré pour mesurer la température d'eau en sortie du condenseur 9. Selon une variante non illustrée, le capteur de pression 91 et/ou le capteur de pression 93 sont remplacés respectivement par un capteur de température TRCI et un capteur de température TRECO.
Chacun des capteurs de température est dans ce cas configuré pour 5 mesurer la température du fluide frigorigène et/ou la température des parois formant respectivement la branche P1 reliant la bouteille R au compresseur 12 et la branche P15 reliant l'échangeur de chaleur 10 à l'embranchement E6.
Selon une autre variante non illustrée, le deuxième capteur de température 91 n'est pas installé.
î o Dans ce cas, la pression est calculée sur la base de la mesure du capteur 93 et d'un modèle de basse de pression entre la sortie de l'échangeur 10 et l'entrée du compresseur 12, en tenant compte de perte de charge dans les branches de la boucle.
Comme visible sur la figure 9, l'installation comprend une unité de contrôle 15 96 à laquelle chaque capteur est relié.
Températures de déclenchement des modes « gaz chaud » et « pompe à chaleur »
Le mode « gaz chaud » est déclenché quand la température d'air extérieur est comprise entre deux températures notées T0 et T1 , T0 étant inférieure à T1 . 20 Par exemple, la température T0 est de l'ordre de -25 °C, tandis que la température T1 est de l'ordre de -10°C.
Le mode « pompe à chaleur » est déclenché quand la température d'air extérieur est comprise entre la température T1 , et une troisième température T2, supérieure à T0.
25 Par exemple, la température T2 est de l'ordre de 5°C.
De préférence, d'autres conditions doivent être réunies pour déclencher le mode « gaz chaud », comme il va être détaillé.
Paramètres de déclenchement des étapes successives
Les paramètres suivants sont utilisés pour déclencher successivement les 30 étapes de pompage 61 , d'amorçage 62, de montée en puissance 63 et de stabilisation de puissance 64 du mode « gaz chaud » :
- vitesse du compresseur 12, notée Ncpr (exprimée en tours par minutes ou rpm) ; - tension aux bornes de la pompe 12, Upomp (exprimée en V) ;
- tension aux bornes du pulseur 4, Uhvac (exprimée en V) ;
- tension aux bornes d'un volet de mixage 181 , Umixflap (exprimée en V) ;
- tension aux bornes de chaque vanne d'arrêt V1 à V5 (exprimée en V) ; et
- tension aux bornes d'un pulseur 182 disposé en sortie de l'échangeur de chaleur 10, Ufrontend (exprimée en V).
Quand les conditions de températures sont remplies, le mode « gaz chaud » est avantageusement déclenché si les conditions suivantes sont réunies :
- la pression en entrée du compresseur, éventuellement mesurée par le premier capteur de pression 91 , est supérieure à une valeur de pression seuil, notée PRCImin,
- la pression en sortie du compresseur éventuellement mesurée par le premier capteur de pression 92, est inférieure à une valeur de pression seuil, notée PRCOmaxHP,
- la température d'eau en sortie du condenseur 9, éventuellement mesurée par le capteur de température 95, est inférieure à une valeur de température seuil, notée TWCDOmax,
- la température extérieure, également mesurée par le capteur de température 94, est comprise entre la valeur seuil inférieure TO et la valeur seuil supérieure T1 .
Par exemple, la valeur de pression seuil PRCImin est comprise entre 0,7 bar et 1 ,2 bar.
Par exemple, la valeur de pression seuil PRCOmaxHP est comprise entre 16 bar et 24 bar.
Par exemple, la valeur de température seuil TWCDOmax est de l'ordre de
95 °C.
Par exemple, la valeur de température seuil T0 est de l'ordre de -25 °C et la température seuil T1 est de l'ordre de -10°C.
Une fois le mode « gaz chaud » enclenché, l'étape de pompage 61 démarre, selon l'état suivant des paramètres :
- comme déjà indiqué, les vannes V1 et V5 sont fermées tandis que les vannes V3 et V4 sont ouvertes,
- la tension aux bornes de la pompe 17 Upomp est réglée à une valeur UpompHGI , qui dépend avantageusement de la température extérieure,
- la tension aux bornes du pulseur 4 Uhvac est réglée à une valeur Ublowerl ,
- la tension aux bornes du volet de mixage Umixflap est réglée en position de passage maximal d'air chaud;
- la vitesse du compresseur 12 Ncpr est réglée à une valeur NcprHGI , de préférence comprise entre 5000 rpm et 7000 rpm.
Ces paramètres sont maintenus dans l'état indiqué ci-avant tant que la pression en sortie de l'échangeur de chaleur 10, éventuellement mesurée par le capteur de pression 93, est supérieure à la valeur de pression seuil PRCImin réduite d'une valeur donnée DP, par exemple comprise entre 0,1 bar et 0,3 bar.
Quand la pression en sortie de l'échangeur de chaleur 10 devient inférieure ou égale à la valeur de pression seuil PRCImin réduite d'une valeur donnée DP, l'étape d'amorçage 92 est déclenchée, selon de préférence l'état suivant des paramètres :
- comme déjà indiqué, les vannes V3 et V4 se ferment,
- la tension aux bornes de la pompe 12 Upomp est réglée à une valeur UpompHG2, avantageusement nulle,
- la tension aux bornes du pulseur 4, Uhvac, est réglée à la valeur UblowerO, de préférence nulle,
- la vitesse du compresseur 12 Ncpr est réglée à une valeur maximale,
Ncprmax, qui dépend de préférence de la vitesse du véhicule et/ou d'une demande d'un utilisateur.
Ces paramètres sont maintenus dans l'état indiqué ci-avant tant que la pression en sortie du compresseur 12, éventuellement mesurée par le capteur de pression 92, est inférieure à une valeur de pression seuil PRCOmaxHG, par exemple comprise entre 16 bar et 24 bar. Quand la pression en sortie du compresseur 12 devient supérieure ou égale à la valeur de pression seuil PRCOmaxHG, l'étape de montée en puissance 63 est déclenchée, selon de préférence l'état suivant des paramètres :
- comme déjà indiqué, les vannes restent dans le même état que dans 5 l'étape d'amorçage 62,
- la tension aux bornes de la pompe 17 Upomp est réglée à une valeur UpompHG3, de sorte que le débit d'eau est avantageusement compris entre 1001/h et 250 l/h,
- la tension aux bornes du pulseur 4 Uhvac est réglée à la valeur Ublower î o HG, et
- la vitesse du compresseur 12 Ncpr est réglée à la valeur maximale, Ncprmax.
Ces paramètres sont maintenus dans l'état indiqué ci-avant tant que la 15 température d'eau en sortie du condenseur 9, éventuellement mesurée par le capteur de température 95 est inférieure à une valeur de température seuil, notée TWCDOtarget, et tant que la pression en sortie du compresseur 12 est inférieure à la valeur de pression seuil PRCOmaxHG.
20 Quand la température d'eau en sortie du condenseur 9 devient supérieure à la valeur de température seuil TWCDOtarget et/ou la pression en sortie du compresseur 12 devient supérieure à la valeur de pression seuil PRCOmaxHG, l'étape de stabilisation de puissance 64 est déclenchée, selon de préférence l'état suivant des paramètres :
25 - comme déjà indiqué, les vannes restent dans le même état que dans l'étape d'amorçage 62,
- la tension aux bornes de la pompe 17 Upomp est réglée à une valeur UpompHG4, de sorte que le débit d'eau est avantageusement compris entre 300l/h et 750l/h,
30 - la tension aux bornes du pulseur 4 Uhvac est réglée à une valeur
UblowerHG, et
- la vitesse du compresseur 12 Ncpr est réglée à la valeur maximale, Ncprmax. Dans l'étape de stabilisation de puissance 64, la vitesse du compresseur est régulée de façon à ce que la température d'eau TWCDO atteigne sa consigne TWCDOtarget, tout en respectant la limite du seuil de pression sortie compresseur maximum égale à PRCOmaxHG.
5 Courbes expérimentales
Comme visible sur la figure 10, la courbe 10-1 illustre l'évolution au cours du temps de la pression en sortie du compresseur 12.
Comme visible sur la figure 10, la pression du fluide frigorigène en sortie du compresseur 12 augmente progressivement pendant l'étape de pompage 61 puis, î o plus rapidement pendant l'étape d'amorçage 62.
En fin de l'étape d'amorçage 62, la pression diminue avant d'augmenter progressivement à nouveau pendant les étapes de montée en puissance 63 et de stabilisation 64.
La courbe 10-2 illustre l'évolution au cours du temps de la température d'air 15 soufflé dans l'habitacle.
Comme visible sur la figure 10, la température d'air augmente progressivement pendant l'étape de pompage 61 avant de diminuer pendant l'étape d'amorçage 62, du fait de l'arrêt du pulseur 4.
Ensuite, la température augmente progressivement à nouveau pendant les 20 étapes de montée en puissance 63 et de stabilisation 64.
La courbe 10-3 illustre l'évolution au cours du temps du débit d'eau dans la pompe.
Comme visible sur la figure 10, le débit d'eau augmente progressivement pendant l'étape de pompage 61 avant de diminuer pendant l'étape d'amorçage 62 25 jusqu'à devenir nul, du fait de l'arrêt de la pompe.
Ensuite, le débit d'eau augmente progressivement à nouveau pendant les étapes de montée en puissance 63 et de stabilisation 64.
Les courbes 10-1 à 10-3 sont obtenues avec les paramètres expérimentaux suivants :
30 - dans l'étape de pompage 61 , la vitesse du compresseur 12 est comprise entre 5000 rpm et 7000 rpm, le débit de pompe 17 est de l'ordre de 130 l/h et le débit d'air dans l'habitacle est réglé au minimum ;
- dans l'étape d'amorçage 62, la vitesse du compresseur est de l'ordre de 8500 rpm et le débit d'air dans l'habitacle est réglé au minimum ;
- dans l'étape de montée en puissance 63, la vitesse du compresseur 12 est de l'ordre de 8500 rpm, le débit de pompe 17 est de l'ordre de 150 l/h jusqu'à ce que la pression en sortie du compresseur soit de l'ordre de 20
5 bar et le débit d'air dans l'habitacle est réglé au maximum ; et
- dans l'étape de stabilisation 64, la vitesse du compresseur 12 est de l'ordre de 8500 rpm, le débit de pompe 17 est de l'ordre de 600 l/h pour maintenir la pression en sortie du compresseur à 20 bar et le débit d'air dans l'habitacle est réglé au maximum.
î o Comme visible sur la figure 10, au bout de 17min, une puissance de 4650 W est obtenue.
Comme il ressort également de la figure 10, l'étape de pompage dure 3 minutes, l'étape d'amorçage dure 2 minutes et l'étape de montée en puissance dure 10 minutes.
15 Procédé de pré-conditionnement thermique
Avantageusement, l'invention a également pour objet un procédé de préconditionnement thermique d'un habitacle de véhicule automobile, comprenant le procédé de régulation 60.
Le procédé de pré-conditionnement thermique permet de préparer 20 thermiquement le véhicule avant son utilisation.
Ainsi, le procédé 60 est de préférence mis en œuvre avant qu'un usager n'utilise son véhicule automobile.
25

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de régulation d'une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation (7) d'un flux d'air destiné à un habitacle de véhicule automobile à 5 l'intérieur de laquelle circule un fluide frigorigène, ladite boucle comportant au moins un compresseur (12) et un condenseur (9), la boucle (7) étant configurée pour fonctionner en mode pompe à chaleur selon un premier circuit fermé comprenant le compresseur (12) et le condenseur (9), la boucle (7) étant configurée pour faire circuler le fluide selon un deuxième circuit fermé dans lequel î o le fluide traverse successivement au moins le compresseur (12) puis le condenseur (9) en court-circuitant en partie le premier circuit fermé tout en subissant une détente avant de traverser à nouveau le compresseur (12), ledit procédé de régulation comprenant une étape, dite étape de pompage (61 ), dans laquelle la boucle (7) est configurée pour que le fluide frigorigène circulant
15 selon le premier circuit fermé se dirige depuis le premier circuit fermé dans le deuxième circuit fermé.
2. Procédé de régulation d'une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation selon la revendication 1 , comprenant une étape ultérieure à l'étape de pompage, dite étape d'amorçage (62), dans laquelle le premier circuit fermé et
20 le deuxième circuit fermé sont déconnectés l'un de l'autre.
3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, au cours de l'étape d'amorçage (62), une pompe à eau (17) du deuxième circuit fermé est désactivée.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, au cours de l'étape 25 d'amorçage, un pulseur (4) de mise en mouvement du flux d'air destiné à l'habitacle est désactivé.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, comprenant une étape ultérieure à l'étape d'amorçage (62), dite étape de montée en puissance (63), au cours de laquelle la boucle de chauffage est configurée pour que le flux d'air
30 alimente l'habitacle et chauffé par un radiateur de chauffage(18) alimenté par un flux d'eau mis en mouvement par la pompe à eau (17).
6. Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape ultérieure à l'étape de montée en puissance (63), dite étape de stabilisation de puissance (64), au cours de laquelle on augmente le débit du flux d'air chauffé par le radiateur de chauffage (18) du deuxième circuit fermé et/ou un débit d'eau d'une pompe à eau (17) du deuxième circuit fermé.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape 5 d'amorçage (62) est déclenchée quand une pression du fluide frigorigène dans un échangeur de chaleur (10) du premier circuit fermé diminue jusqu'à atteindre une valeur seuil de pression.
8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel l'étape de montée en puissance (63) est déclenchée quand une pression du fluide î o frigorigène en sortie du compresseur (12) du deuxième circuit fermé devient supérieure à une valeur seuil de pression.
9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'étape de stabilisation de puissance (63) est déclenchée quand une pression du fluide frigorigène en sortie du compresseur (12) du deuxième circuit fermé devient
15 supérieure à une valeur seuil de pression.
10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel l'étape de stabilisation de puissance (64) est déclenchée quand une température d'eau circulant dans une pompe à eau (17) du deuxième circuit fermé est supérieure à une valeur seuil de température.
20 1 1 . Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape de pompage (61 ) est déclenchée quand une température extérieure est comprise entre une première température et une deuxième température.
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