FR2804068A1 - Heating and air conditioning, for vehicle cabin, comprises first heat exchanger in cabin and second heat exchanger outside which is able to transfer heat from cabin to air conditioning fluid - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif de chauffage et de climatisation d'un habitacle de véhicule automobile, et à un véhicule automobile équipé d'un tel dispositif. The present invention relates to a device for heating and air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle, and to a motor vehicle equipped with such a device.
On connaît de la technique antérieure un dispositif de chauffage et de climatisation d'un habitacle de véhicule automobile, comprenant a) un circuit de chauffage renfermant un fluide caloporteur circulant entre une source de chaleur et un premier échangeur thermique placé dans ledit habitacle, et b) un circuit de climatisation renfermant un fluide frigorigène circulant entre l'extérieur et un deuxième échangeur thermique. A device for heating and air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle is known from the prior art, comprising a) a heating circuit containing a heat transfer fluid circulating between a heat source and a first heat exchanger placed in said passenger compartment, and b ) an air conditioning circuit containing a refrigerant circulating between the exterior and a second heat exchanger.
Dans ce dispositif de la technique antérieure, typiquement, le premier échangeur thermique est un aérotherme et le deuxième échangeur thermique est un évaporateur placé dans l'habitacle du véhicule automobile. In this device of the prior art, typically, the first heat exchanger is an air heater and the second heat exchanger is an evaporator placed in the passenger compartment of the motor vehicle.
Du fait qu'il comporte deux échangeurs thermiques destinés à être placés dans l'habitacle du véhicule, un tel dispositif est à la fois coûteux et encombrant. Because it includes two heat exchangers intended to be placed in the passenger compartment of the vehicle, such a device is both expensive and bulky.
En outre, dans un tel dispositif, il est fréquent que le bruit de détente du fluide frigorigène se propage à travers l'évaporateur, ce qui est désagréable pour les passagers. In addition, in such a device, it is common for the expansion noise of the refrigerant to propagate through the evaporator, which is unpleasant for passengers.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif de chauffage et de climatisation qui ne présente pas ces inconvénients. The object of the present invention is to provide a heating and air conditioning device which does not have these drawbacks.
On atteint ce but de l'invention avec un dispositif de chauffage et de climatisation d'un habitacle de véhicule automobile, comprenant a) un circuit de chauffage renfermant un fluide caloporteur circulant entre une source de chaleur et un premier échangeur thermique placé dans ledit habitacle, et b) un circuit de climatisation renfermant un fluide frigorigène circulant entre l'extérieur et un deuxième échangeur thermique, remarquable en ce que ledit deuxième échangeur thermique est placé à l'extérieur dudit habitacle et en ce qu'il est agencé de manière à pouvoir transférer de la chaleur dudit fluide caloporteur audit fluide frigorigène. This object of the invention is achieved with a device for heating and air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle, comprising a) a heating circuit containing a heat transfer fluid circulating between a heat source and a first heat exchanger placed in said passenger compartment , and b) an air conditioning circuit containing a refrigerant circulating between the exterior and a second heat exchanger, remarkable in that said second heat exchanger is placed outside said passenger compartment and in that it is arranged so as to being able to transfer heat from said heat transfer fluid to said refrigerant.
Grâce à ces caractéristiques, on peut n'utiliser qu'un seul échangeur thermique pour chauffer ou climatiser l'habitacle du véhicule automobile, les échanges thermiques entre le fluide frigorigène et cet habitacle s'effectuant par l'intermédiaire du fluide caloporteur et de cet échangeur thermique. Thanks to these characteristics, only one heat exchanger can be used to heat or cool the passenger compartment of the motor vehicle, the heat exchanges between the refrigerant and this passenger compartment being effected by means of the heat transfer fluid and this heat exchanger.
I1 n'est donc plus nécessaire d'avoir à la fois un aérotherme et un évaporateur dans l'habitacle, ce qui permet de réduire les coûts et l'encombrement, ainsi que de supprimer le bruit de détente du fluide frigorigène à l'intérieur de cet habitacle. It is therefore no longer necessary to have both an air heater and an evaporator in the passenger compartment, which makes it possible to reduce the costs and the bulk, as well as to eliminate the noise of expansion of the refrigerant inside. of this cabin.
Suivant d'autres caractéristiques du dispositif de chauffage et de climatisation selon l'invention: - ce dispositif comprend des moyens pour empêcher ledit fluide caloporteur de circuler entre ladite source de chaleur et ledit premier échangeur thermique et pour mettre ce dernier en communication de fluide avec ledit deuxième échangeur thermique, et des moyens pour faire circuler ledit fluide caloporteur entre lesdits premier et deuxième échangeurs thermiques, - lesdits moyens d'empêchement et de mise en communication de fluide comprennent d'une part des première et deuxième vannes à trois voies et deux positions placées respectivement en amont et en aval dudit premier échangeur thermique et d'autre part une branche de dérivation comprenant ledit deuxième échangeur thermique et reliant entre elles lesdites première et deuxième vannes à trois voies et deux positions, - ladite source de chaleur est un moteur thermique. La présente invention se rapporte également à un véhicule automobile, remarquable en ce qu'il est équipé d'un dispositif conforme à ce qui précède. According to other characteristics of the heating and air conditioning device according to the invention: - this device comprises means for preventing said heat transfer fluid from circulating between said heat source and said first heat exchanger and for putting the latter in fluid communication with said second heat exchanger, and means for circulating said heat transfer fluid between said first and second heat exchangers, - said means for preventing and placing fluid in communication comprise on the one hand first and second three-way valves and two positions placed respectively upstream and downstream of said first heat exchanger and on the other hand a branch branch comprising said second heat exchanger and connecting together said first and second three-way valves and two positions, - said heat source is a motor thermal. The present invention also relates to a motor vehicle, remarkable in that it is equipped with a device in accordance with the above.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dont l'unique figure représente schématiquement le dispositif selon l'invention. Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the description which follows and on examining the appended drawing, the single figure of which schematically represents the device according to the invention.
On se reporte à présent à cette figure, sur laquelle on voit que le dispositif selon l'invention équipant un véhicule automobile V comprend tout d'abord un circuit de chauffage 1 comprenant des conduites 2 renfermant un fluide caloporteur tel qu'un mélange d'eau et de glycol, et un circuit de refroidissement 3 comprenant des conduites 4 renfermant ce même fluide. Referring now to this figure, on which we see that the device according to the invention fitted to a motor vehicle V firstly comprises a heating circuit 1 comprising pipes 2 containing a heat transfer fluid such as a mixture of water and glycol, and a cooling circuit 3 comprising lines 4 containing this same fluid.
Grâce à une première pompe 5, ce fluide est susceptible de circuler dans le circuit de chauffage 1 entre d'une part une source de chaleur 6 située dans le compartiment moteur 7 du véhicule V et d'autre part un premier échangeur thermique 9 tel qu'un aérotherme situé dans l'habitacle 11 de ce véhicule. Thanks to a first pump 5, this fluid is capable of circulating in the heating circuit 1 between on the one hand a heat source 6 located in the engine compartment 7 of the vehicle V and on the other hand a first heat exchanger 9 such that 'an air heater located in the passenger compartment 11 of this vehicle.
Grâce à cette même première pompe 5, ce fluide est également susceptible de circuler dans le circuit de refroidissement 3 entre d'une part la source de chaleur 6 et d'autre part un radiateur 12 débouchant sur l'extérieur 14. Thanks to this same first pump 5, this fluid is also capable of circulating in the cooling circuit 3 between on the one hand the heat source 6 and on the other hand a radiator 12 leading to the outside 14.
La source de chaleur 6 est de préférence formée par le moteur du véhicule V lorsque ce moteur est du type à combustion interne. The heat source 6 is preferably formed by the engine of the vehicle V when this engine is of the internal combustion type.
Des moyens classiques de thermostat 15 permettent de régler les débits respectifs de fluide caloporteur circulant dans les circuits de chauffage 1 de refroidissement 3. Conventional thermostat means 15 make it possible to adjust the respective flow rates of heat transfer fluid circulating in the heating circuits 1 of cooling 3.
Le dispositif selon l'invention comprend également un circuit de climatisation 16 comprenant des conduites 17 renfermant un fluide frigorigène tel que le fréon circulant entre l'extérieur 14 et un deuxième échangeur thermique 18 situé dans le compartiment moteur 7. The device according to the invention also comprises an air conditioning circuit 16 comprising pipes 17 containing a refrigerant such as the freon circulating between the exterior 14 and a second heat exchanger 18 located in the engine compartment 7.
Comme cela est connu en soi, ce circuit de climatisation comprend notamment un compresseur 19 et des moyens de détente 20 situés dans le compartiment moteur 7, et un condenseur 21 débouchant sur l'extérieur 14. As is known per se, this air conditioning circuit comprises in particular a compressor 19 and expansion means 20 located in the engine compartment 7, and a condenser 21 opening onto the exterior 14.
De manière caractéristique, le dispositif selon l'invention comprend également une branche de dérivation D du circuit de chauffage 1, comprenant des conduites 22 reliées en amont et en aval du premier échangeur thermique 9 respectivement par des première 23 et deuxième 25 vannes à trois voies et deux positions, et le deuxième échangeur thermique 18 est disposé de manière à permettre un transfert de chaleur du fluide caloporteur circulant, le cas échéant, dans la branche de dérivation D, au fluide frigorigène circulant dans le circuit de climatisation 16. Typically, the device according to the invention also comprises a branch branch D of the heating circuit 1, comprising pipes 22 connected upstream and downstream of the first heat exchanger 9 respectively by first 23 and second 25 three-way valves and two positions, and the second heat exchanger 18 is arranged so as to allow heat transfer from the heat transfer fluid circulating, if necessary, in the branch branch D, to the refrigerant fluid circulating in the air conditioning circuit 16.
Un deuxième pompe 27 est interposée entre le deuxième échangeur thermique 18 et la première vanne 23. En variante, cette pompe pourrait être disposée entre la première vanne 23 et le premier échangeur thermique 9, entre ce dernier et la deuxième vanne 25, ou encore entre cette dernière et le deuxième échangeur thermique 18. A second pump 27 is interposed between the second heat exchanger 18 and the first valve 23. As a variant, this pump could be arranged between the first valve 23 and the first heat exchanger 9, between the latter and the second valve 25, or even between the latter and the second heat exchanger 18.
Le mode de fonctionnement et les avantages du dispositif selon l'invention résultent directement de la description qui précède. The mode of operation and the advantages of the device according to the invention result directly from the above description.
Lorsqu'on souhaite chauffer l'habitacle 11 du véhicule automobile V, on positionne les première 23 et deuxième 25 vannes de manière à isoler la branche de dérivation D du circuit de chauffage 1, et on fait circuler le fluide caloporteur entre la source de chaleur 6 et le premier échangeur thermique 9 grâce à la première pompe 5. Ce faisant, le fluide caloporteur permet de transférer une partie de la chaleur dégagée par la source 6 au premier échangeur thermique 9, et ainsi de chauffer l'habitacle 11. When it is desired to heat the passenger compartment 11 of the motor vehicle V, the first 23 and second 25 valves are positioned so as to isolate the branch branch D from the heating circuit 1, and the heat transfer fluid is circulated between the heat source 6 and the first heat exchanger 9 thanks to the first pump 5. In so doing, the heat transfer fluid makes it possible to transfer part of the heat released by the source 6 to the first heat exchanger 9, and thus to heat the passenger compartment 11.
Pendant cette opération de chauffage de l'habitacle 11, le thermostat 15 règle les débits respectifs de fluide caloporteur circulant dans les circuits de chauffage 1 et de refroidissement 3. During this heating operation of the passenger compartment 11, the thermostat 15 regulates the respective flow rates of heat transfer fluid circulating in the heating 1 and cooling 3 circuits.
Lorsqu'on souhaite climatiser l'habitacle 11, on positionne les première 23 et deuxième 25 vannes de manière à mettre le deuxième échangeur thermique 18 en communication de fluide avec le premier échangeur thermique 9 et à empêcher le fluide caloporteur de circuler entre la source de chaleur 6 et ce premier échangeur thermique. When it is desired to cool the passenger compartment 11, the first 23 and second 25 valves are positioned so as to put the second heat exchanger 18 in fluid communication with the first heat exchanger 9 and to prevent the heat transfer fluid from circulating between the source of heat 6 and this first heat exchanger.
On fait alors fonctionner la deuxième pompe 5, le compresseur 19 et les moyens de détente 20. The second pump 5, the compressor 19 and the expansion means 20 are then operated.
Ce faisant, le deuxième échangeur 18 permet de transférer de la chaleur du fluide caloporteur au fluide frigorigène, c'est-à-dire de refroidir le fluide caloporteur, et donc de climatiser l'habitacle 11 via le premier échangeur thermique 9. In doing so, the second exchanger 18 makes it possible to transfer heat from the heat transfer fluid to the refrigerant, that is to say to cool the heat transfer fluid, and therefore to cool the passenger compartment 11 via the first heat exchanger 9.
Pendant cette opération de climatisation de l'habitacle 11, les fractions de liquide caloporteur situées respectivement dans les circuits de chauffage 1 et de refroidissement 3 circulent chacune en circuit fermé indépendamment l'une de l'autre. During this air conditioning operation of the passenger compartment 11, the fractions of heat transfer liquid situated respectively in the heating 1 and cooling 3 circuits each circulate in a closed circuit independently of one another.
Lorsqu'on ne souhaite ni réchauffer ni climatiser l'habitacle, on ne fait fonctionner ni la deuxième pompe 27, ni le compresseur 17, ni les moyens de détente 20, et le thermostat 15 bascule l'intégralité du débit de fluide caloporteur dans le circuit de refroidissement 3. When you do not want to heat or cool the passenger compartment, you do not operate either the second pump 27, or the compressor 17, or the expansion means 20, and the thermostat 15 switches the entire flow of heat transfer fluid in the cooling system 3.
Comme on peut le comprendre à présent, le dispositif selon l'invention permet de n'utiliser qu'un seul échangeur thermique 9 pour chauffer ou climatiser l'habitacle 11, les échanges thermiques entre le fluide frigorigène et cet habitacle 11 s'effectuant par l'intermédiaire du fluide caloporteur et de cet échangeur thermique 9. As can now be understood, the device according to the invention makes it possible to use only a single heat exchanger 9 to heat or cool the passenger compartment 11, the heat exchanges between the refrigerant and this passenger compartment 11 taking place by through the heat transfer fluid and this heat exchanger 9.
De cette manière, on peut déporter l'intégralité du circuit de climatisation 16 à l'extérieur de l'habitacle 11. In this way, the entire air conditioning circuit 16 can be moved outside the passenger compartment 11.
On peut de la sorte réduire les coûts et l'encombrement dans l'habitacle 11 liés à l'utilisation antérieure d'un aérotherme et d'un évaporateur, et supprimer le bruit de détente du fluide frigorigène dans cet habitacle. In this way it is possible to reduce the costs and the space requirement in the passenger compartment 11 linked to the prior use of an air heater and an evaporator, and to eliminate the noise of expansion of the refrigerant in this passenger compartment.
En outre, on peut de la sorte éviter les risques de projection de fluide frigorigène sous pression sur les passagers en cas de percement des conduites 17 du circuit de climatisation 16 (cet avantage est d'autant plus intéressant si l'on utilise un fluide frigorigène sous très haute pression, tel que le gaz carbonique sous environ 200 bars). In addition, the risks of projection of refrigerant under pressure on the passengers can be avoided in this way if the conduits 17 of the air conditioning circuit 16 are pierced (this advantage is all the more advantageous if a refrigerant is used. under very high pressure, such as carbon dioxide under about 200 bars).
On peut également raccourcir la longueur du circuit de climatisation 16, ce qui permet de réduire les pertes de charge ainsi que la quantité de fluide frigorigène, et donc le coût. It is also possible to shorten the length of the air conditioning circuit 16, which makes it possible to reduce the pressure drops as well as the quantity of refrigerant, and therefore the cost.
En outre, on peut obtenir un débit d'air plus important dans le premier échangeur thermique 9 et utiliser des moyens de ventilation moins puissants que dans la technique antérieure. In addition, it is possible to obtain a greater air flow in the first heat exchanger 9 and to use less powerful ventilation means than in the prior art.
On notera encore qu'un échangeur thermique eau + glycol / fréon est beaucoup plus efficace qu'un échangeur air / fréon, ce qui permet, à dimensions égales, d'obtenir un meilleur refroidissement et, à refroidissement égal, d'obtenir un appareil beaucoup moins encombrant. It will also be noted that a water + glycol / freon heat exchanger is much more efficient than an air / freon exchanger, which allows, for equal dimensions, to obtain better cooling and, with equal cooling, to obtain a device much less bulky.
On peut envisager de concevoir un appareil intégré comprenant le deuxième échangeur thermique 18, la deuxième pompe 27 et les première 23 et deuxième 25 vannes à trois voies et deux positions. One can consider designing an integrated device comprising the second heat exchanger 18, the second pump 27 and the first 23 and second 25 three-way valves and two positions.
On notera encore que le dispositif selon l'invention permet de réduire les différences de conception entre les systèmes de conditionnement d'air comprenant simplement un chauffage et ceux comprenant à la fois un chauffage et une climatisation. It will also be noted that the device according to the invention makes it possible to reduce the design differences between the air conditioning systems simply comprising a heating and those comprising both a heating and an air conditioning.
On peut de la sorte réduire significativement les coûts de développement et de fabrication de tels systèmes. This can significantly reduce the costs of developing and manufacturing such systems.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif.Of course, the present invention is not limited to the embodiment described and shown, provided by way of illustrative and nonlimiting example.
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