FR2806964A1 - Automobile air conditioning thermal regulator with heat pump, in which cooling source uses heat exchanger connected to refrigerating and exhaust gas circuits - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique à pompe à chaleur pour véhicule automobile. The present invention relates to a heat pump thermal regulation device for a motor vehicle.
Elle s'applique en particulier à la climatisation d'un habitacle du véhicule automobile. It applies in particular to the air conditioning of a passenger compartment of the motor vehicle.
On connaît déjà dans l'état de la technique un dispositif de régulation thermique pour véhicule automobile, du type comprenant pompe à chaleur comportant un circuit de fluide frigorigène à compression prélevant des calories d'une source froide pour les transférer au moins partiellement vers une source chaude. Already known in the prior art a thermal regulation device for a motor vehicle, of the type comprising heat pump comprising a compression refrigerant circuit taking calories from a cold source to transfer them at least partially to a source hot.
circuit à compression comprend habituellement évaporateur, en échange thermique avec la source froide, et un condenseur, en échange thermique avec la source chaude, ces éléments étant raccordés entre eux par compresseur et un détendeur. fluide frigorigène se vaporise dans l'évaporateur en enlevant de la chaleur à la source froide. Le compresseur aspire le fluide vaporise et le refoule dans le condenseur refroidi (par échange thermique avec la source chaude) dans lequel il se condense. détendeur laisse passer le fluide frigorigène liquide vers l'évaporateur en abaissant sa pression. compression circuit usually comprises an evaporator, in heat exchange with the cold source, and a condenser, in heat exchange with the hot source, these elements being connected together by compressor and an expansion valve. refrigerant vaporizes in the evaporator removing heat from the cold source. The compressor sucks the vaporized fluid and discharges it into the cooled condenser (by heat exchange with the hot source) in which it condenses. expansion valve lets the liquid refrigerant pass to the evaporator by lowering its pressure.
pompe à chaleur peut être utilisée soit pour chauffer un espace ou un organe soit pour refroidir cet espace ou cet organe. heat pump can be used either to heat a space or an organ or to cool this space or this organ.
est très répandu d'utiliser une pompe à chaleur pour refroidir l'habitacle d'un véhicule. Dans ce cas, la source chaude est l'air extérieur véhicule et la source froide est l'habitacle du véhicule. It is very common to use a heat pump to cool the interior of a vehicle. In this case, the hot source is the outside air of the vehicle and the cold source is the passenger compartment of the vehicle.
l'on souhaite utiliser la pompe à chaleur pour rechauffer l'habitacle, la source chaude devient l'habitacle et la source froide devient l'air extérieur. Toutefois, dans ce cas performances de la pompe à chaleur sont limitées la température de l'air extérieur. effet, en saison froide, la température de l'air pas suffisante pour obtenir un rendement satisfaisant de la pompe à chaleur, lorsque celle-ci est utilisée à des fins de chauffage de l'habitacle. Par ailleurs, le givrage de la source froide en saison froide peut nuire aux performances de fonctionnement de la pompe à chaleur. you want to use the heat pump to heat the passenger compartment, the hot source becomes the passenger compartment and the cold source becomes the outside air. However, in this case the performance of the heat pump is limited to the outside air temperature. in fact, in the cold season, the air temperature is not sufficient to obtain satisfactory performance from the heat pump, when the latter is used for heating the passenger compartment. Furthermore, icing of the cold source in the cold season can adversely affect the operating performance of the heat pump.
L'invention a pour but d'optimiser les performances d'une pompe à chaleur utilisée pour rechauffer l'habitacle d'un véhicule automobile. The invention aims to optimize the performance of a heat pump used to heat the passenger compartment of a motor vehicle.
effet, l'invention a pour objet un dispositif de régulation thermique pour véhicule automobile, du type précité, caractérisé en ce que les calories prélevées à la source froide proviennent au moins partiellement d'un circuit de gaz d'échappement émis par moteur à combustion interne du véhicule. Suivant d'autres caractéristiques de différents modes de réalisation de ce dispositif - source froide comprend un échangeur thermique fluide frigorigène/ gaz d'échappement couplant thermiquement les circuits de fluide frigorigène de gaz d'échappement; - source froide comprend un échangeur thermique fluide frigorigène/ liquide caloporteur couplant thermiquement le circuit de fluide frigorigène et un circuit de liquide caloporteur, ce circuit de liquide caloporteur étant couplé thermiquement au circuit gaz d'échappement un échangeur thermique liquide caloporteur/ d'échappement ; - liquide caloporteur est un mélange d'eau et d'antigel ; - l'echangeur thermique dans lequel circule le d'échappement est raccordé à un conduit en dérivation d'une ligne d'échappement ; - première vanne de régulation de débit de d'échappement est agencée dans la ligne d'échappement, entre extrémités amont et aval de raccordement du conduit en dérivation à ligne d'échappement; - seconde vanne de régulation de débit de d'échappement est agencée dans le conduit en dérivation, en aval de l'echangeur thermique dans lequel circule le gaz d'échappement; - la ligne d'échappement comprend un pot catalytique agencé en amont ou en aval de l'échangeur thermique dans lequel circule le gaz d'échappement ; - la source chaude comprend un aérotherme de climatisation de l'habitacle du véhicule. Indeed, the subject of the invention is a thermal regulation device for a motor vehicle, of the aforementioned type, characterized in that the calories taken from the cold source come at least partially from an exhaust gas circuit emitted by a combustion engine. internal vehicle. According to other characteristics of different embodiments of this device - cold source comprises a refrigerant / exhaust gas heat exchanger thermally coupling the refrigerant circuits of exhaust gas; - cold source comprises a refrigerant / heat transfer liquid heat exchanger thermally coupling the refrigerant circuit and a heat transfer liquid circuit, this heat transfer liquid circuit being thermally coupled to the exhaust gas circuit a heat transfer liquid / exhaust heat exchanger; - heat transfer liquid is a mixture of water and antifreeze; - the heat exchanger in which the exhaust circulates is connected to a duct bypassing an exhaust line; - first exhaust flow control valve is arranged in the exhaust line, between the upstream and downstream ends for connecting the branch pipe to the exhaust line; - second exhaust flow control valve is arranged in the bypass duct, downstream of the heat exchanger in which the exhaust gas circulates; - The exhaust line comprises a catalytic converter arranged upstream or downstream of the heat exchanger in which the exhaust gas circulates; - The hot source includes an air heater for air conditioning the passenger compartment of the vehicle.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels - figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de régulation thermique pour véhicule automobile, selon un premier mode de réalisation de l'invention; - figure 2 est une vue schématique d'une ligne d'échappement du véhicule automobile dans laquelle sont prélevées les calories pour la source froide du dispositif de régulation thermique illustré sur la figure 1 ; - figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de régulation thermique pour véhicule automobile, selon un second mode de realisation de l'invention. a représenté sur la figure 1, un dispositif de régulation thermique pour véhicule automobile selon un premier mode de réalisation de l'invention, désigné par la référence génerale 10. The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the drawings in which - FIG. 1 is a schematic view of a thermal regulation device for a motor vehicle, according to a first embodiment of the invention; - Figure 2 is a schematic view of an exhaust line of the motor vehicle from which the calories are taken for the cold source of the thermal regulation device illustrated in Figure 1; - Figure 3 is a schematic view of a thermal regulation device for a motor vehicle, according to a second embodiment of the invention. represented in FIG. 1, a thermal regulation device for a motor vehicle according to a first embodiment of the invention, designated by the general reference 10.
Dans ce qui suit, deux organes sont dits couplés thermiquement entre eux lorsqu'ils échangent de la chaleur entre eux au moyen d'un échangeur thermique approprié. In what follows, two members are said to be thermally coupled together when they exchange heat between them by means of a suitable heat exchanger.
dispositif 10 comprend une pompe à chaleur 12 comportant un circuit 14 de fluide frigorigène, de type à compression, prélevant des calories d'une source froide 16 pour les transférer au moins partiellement vers une source chaude 18. fluide frigorigène d'un type classique tel qu'un dérivé chloré et fluoré du méthane ou de l'éthane (Freon), de l'ammoniac, du dioxyde de carbone, etc. device 10 comprises a heat pump 12 comprising a refrigerant circuit 14, of the compression type, taking calories from a cold source 16 to transfer them at least partially to a hot source 18. refrigerant of a conventional type such than a chlorinated and fluorinated derivative of methane or ethane (Freon), ammonia, carbon dioxide, etc.
source chaude 18 comprend par exemple un aérotherme de climatisation l'habitacle du véhicule. hot source 18 comprises for example an air heater for air conditioning the passenger compartment of the vehicle.
sources froide 16 et chaude 18 sont raccordées entre elles un compresseur et une vanne de détente 24. Le fluide frigorigène se vaporise en enlevant chaleur à la source froide 16. Le compresseur 22 aspire le fluide vaporisé et le refoule vers la source chaude où il se condense en refroidissant. La vanne de détente laisse passer le fluide frigorigène liquide vers la source froide en abaissant sa pression. Le sens de circulation du fluide frigorigène dans le circuit est indiqué par flèches sur la figure 1. cold 16 and hot 18 sources are connected together a compressor and an expansion valve 24. The refrigerant vaporizes by removing heat from the cold source 16. The compressor 22 sucks the vaporized fluid and discharges it towards the hot source where it condenses on cooling. The expansion valve allows the liquid refrigerant to pass to the cold source by lowering its pressure. The direction of circulation of the refrigerant in the circuit is indicated by arrows in figure 1.
calories prélevées à la source froide 16 proviennent au moins partiellement d'un circuit 26 de gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne 28 véhicule. calories taken from the cold source 16 come at least partially from an exhaust gas circuit 26 emitted by an internal combustion engine 28 vehicle.
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, la source froide 16 comprend un échangeur thermique 30 fluide frigorigène/ gaz d'échappement couplant thermiquement les circuits 14,26 de fluide frigorigène et de gaz d'échappement. In the first embodiment of the invention, the cold source 16 comprises a heat exchanger 30 refrigerant / exhaust gas thermally coupling the circuits 14, 26 of refrigerant and exhaust gas.
se référant à la figure 2, on voit que l'échangeur thermique fluide frigorigène/ d'échappement est raccordé au circuit 26 de gaz d'échappement, celui- ci comportant plus particulièrement un conduit 32 raccordé en dérivation à ligne d'échappement 34 du véhicule reliée, à son extrémité amont, au moteur à combustion interne 28. with reference to FIG. 2, it can be seen that the refrigerant / exhaust heat exchanger is connected to the exhaust gas circuit 26, the latter more particularly comprising a duct 32 connected in bypass to the exhaust line 34 of the vehicle connected, at its upstream end, to the internal combustion engine 28.
De préférence, une vanne 36 de régulation du débit des gaz d'échappement est agencée dans la ligne d'échappement 34, entre des extrémités amont et aval de raccordement conduit en dérivation 32 à cette ligne d'échappement. La fermeture au moins partielle la vanne 36 permet de forcer le passage des gaz d'échappement dans le conduit en derivation 32. cas échéant, une autre vanne 37 de régulation débit de gaz d'échappement est agencée dans le conduit en dérivation 32, en aval de l'échangeur thermique Cette autre vanne 36 permet de régler le débit de d'échappement à travers l'échangeur thermique 30. Preferably, a valve 36 for regulating the flow rate of the exhaust gases is arranged in the exhaust line 34, between upstream and downstream ends of connection leads in bypass 32 to this exhaust line. The at least partial closure of the valve 36 makes it possible to force the passage of the exhaust gases in the bypass duct 32. if necessary, another valve 37 for regulating the flow of exhaust gas is arranged in the bypass duct 32, in downstream of the heat exchanger This other valve 36 makes it possible to adjust the exhaust flow rate through the heat exchanger 30.
ailleurs, on notera que la ligne d'échappement comprend un pot catalytique agencé entre le moteur 28 et le conduit en dérivation c'est-à-dire en amont de l'echangeur thermique 30, de façon que ce dernier ne perturbe pas l'équilibre thermique pot catalytique 38. En variante, ce pot catalytique peut être néanmoins agencé en aval de l'échangeur thermique 30. elsewhere, it will be noted that the exhaust line comprises a catalytic converter arranged between the engine 28 and the bypass duct, that is to say upstream of the heat exchanger 30, so that the latter does not disturb the thermal equilibrium catalytic converter 38. As a variant, this catalytic converter can nevertheless be arranged downstream of the heat exchanger 30.
fonctionnement du dispositif de régulation thermique 1 selon l'invention se déduit mutatis mutandis du fonctionnement d'une pompe à chaleur classique. operation of the thermal regulation device 1 according to the invention is deduced mutatis mutandis from the operation of a conventional heat pump.
a représenté sur la figure 3 un dispositif 10 de régulation thermique pour véhicule automobile, selon un second mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure 2, les eléments analogues à ceux des figures précédentes sont désignés par des références identiques. FIG. 3 shows a device 10 for thermal regulation for a motor vehicle, according to a second embodiment of the invention. In this figure 2, elements similar to those of the previous figures are designated by identical references.
Dans ce cas, la source froide 16 comprend un échangeur thermique 40 fluide frigorigène/ liquide caloporteur couplant thermiquement le circuit 14 fluide frigorigène et un circuit de liquide caloporteur. Ce dernier circuit 42 est couple thermiquement au circuit 26 de d'échappement par un échangeur thermique 44 liquide caloporteur/ gaz d'échappement. In this case, the cold source 16 comprises a heat exchanger 40 refrigerant / coolant thermally coupling the circuit 14 refrigerant and a coolant circuit. This latter circuit 42 is thermally coupled to the exhaust circuit 26 by a heat exchanger 44 heat transfer liquid / exhaust gas.
liquide caloporteur est mis en circulation dans le circuit 42 par une pompe électrique classique 46. Ce liquide caloporteur est par exemple un mélange d'eau et d'antigel tel du glycol. heat transfer liquid is circulated in circuit 42 by a conventional electric pump 46. This heat transfer liquid is for example a mixture of water and antifreeze such as glycol.
L'echangeur thermique 44 liquide caloporteur/ gaz d'échappement peut être par exemple raccordé au conduit en dérivation 32 illustré sur la figure 2, en lieu et place de l'échangeur thermique 30 fluide frigorigène/ gaz d'échappement premier mode de réalisation de l'invention. The heat exchanger 44 heat transfer liquid / exhaust gas can for example be connected to the bypass duct 32 illustrated in FIG. 2, in place of the heat exchanger 30 refrigerant fluid / exhaust gas first embodiment of the invention.
Dans le second mode de réalisation de l'invention, les calories prélevées aux gaz d'échappement par l'échangeur thermique 44 liquide caloporteur/ gaz d'échap pement sont transmises à la source froide 16 par le circuit 42 de liquide caloporteur. In the second embodiment of the invention, the calories taken from the exhaust gases by the heat exchanger 44 heat transfer liquid / exhaust gas are transmitted to the cold source 16 by the circuit 42 of heat transfer liquid.
Parmi les avantages de l'invention, on notera que celle ' permet d'optimiser les performances d'une pompe à chaleur utilisée pour réchauffer l'habitacle d'un véhicule automobile, fait que les calories prélevées à la source froide proviennent des gaz d'échappement plus chaud que l'air extérieur au véhicule. En effet, performances de la pompe à chaleur sont d'autant plus grandes que la différence de température entre la source froide le fluide frigorigène est élevée. Les performances de pompe à chaleur sont donc accrues lorsque calories prélevées à la source froide proviennent des gaz d'échappement plutôt que l'air extérieur au véhicule.Among the advantages of the invention, it will be noted that that makes it possible to optimize the performance of a heat pump used to heat the passenger compartment of a motor vehicle, so that the calories taken from the cold source come from the gases d exhaust hotter than air outside the vehicle. In fact, the performance of the heat pump is greater the higher the temperature difference between the cold source and the refrigerant. Heat pump performance is therefore increased when calories taken from the cold source come from the exhaust gases rather than the air outside the vehicle.
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