FR2915790A1 - Boucle de climatisation basee sur le cycle thermique d'un fluide et destinee a une utilisation dans un vehicule hybride - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une boucle de climatisation basée sur le cycle thermique d'un fluide frigorigène et destiné à une utilisation dans un véhicule hybride comprenant au moins un moteur thermique [1]. La boucle utilise une combinaison d'un cycle à compression et d'un cycle à éjection sur lequel est placé au moins un moyen d'obturation de la circulation du fluide réfrigérant. Selon l'invention, le cycle à éjection utilise la chaleur véhiculée par un fluide caloporteur circulant dans un circuit dit de fluide caloporteur du moteur [2] où le fluide caloporteur est mis en circulation par une pompe dite moteur [3].

Description

1 Titre de l'invention Boucle de climatisation basée sur le cycle

thermique d'un fluide et destinée à une utilisation dans un véhicule hybride .

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des boucles de climatisation destinées à une utilisation dans un véhicule incluant au moins un moteur thermique. Plus particulièrement, l'invention concerne de telles boucles mais destinés à une utilisation dans un véhicule appelé hydride présentant un moteur thermique et un moteur électrique. L'invention concerne aussi les systèmes de conditionnement d'air raccordés à cette boucle de climatisation et destinés à une utilisation d'un véhicule équipé uniquement d'un moteur thermique mais qui ferait l'objet d'une stratégie d'arrêt du moteur quand le véhicule est immobilisé temporairement, par exemple pendant la phase d'arrêt devant un feu de signalisation. Il est connu du document US 6 675 609 de combiner un cycle à compression avec un cycle à éjection, de manière à réaliser un système de climatisation utilisant la chaleur dégagée par le moteur thermique d'un véhicule.

Dans ce document est proposé un système basé sur le cycle thermique d'un réfrigérant qui peut circuler soit uniquement dans le cycle à compression, soit uniquement dans le cycle à éjection, soit simultanément dans l'un et dans l'autre. L'utilisation du cycle à éjection couplée à une boucle de récupération de la chaleur dégagée par le moteur thermique permet de diminuer la consommation d'énergie nécessaire au fonctionnement du compresseur du cycle à compression. L'objectif du système présenté dans ce document est donc de diminuer la consommation engendrée par le fonctionnement du système de climatisation. Il est en outre envisagé, dans ce document, d'installer le système de climatisation dans un véhicule hybride de manière notamment à réfrigérer la batterie. L'utilisation de l'évaporateur est aussi envisagée pour un refroidissement classique de l'habitacle. Néanmoins ce document ne propose pas d'exploiter le caractère hybride du véhicule en combinaison avec le système de climatisation. Or, dans les véhicules hybrides, les capacités thermiques du moteur thermique ne sont pas disponibles en permanence car le fonctionnement du moteur 2 thermique est voué à être interrompu régulièrement, par exemple à chaque arrêt du véhicule à un feu de signalisation. En conséquence, l'utilisation du système connu dans un véhicule hybride peut souffrir d'une faible disponibilité de l'énergie thermique dégagée par le moteur. En outre, on sait que le chauffage des véhicules hybrides, qui peuvent fonctionner sans utilisation du moteur thermique, présente un certain nombre de difficultés que l'invention se propose de dépasser.

Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de proposer une boucle de climatisation destinée à fonctionner de manière optimale dans un véhicule hybride ou dans un véhicule à moteur thermique équipé d'un dispositif d'arrêt temporaire du moteur.

L'invention propose ainsi une boucle de climatisation dans laquelle circule un fluide frigorigène et destiné à une utilisation dans un véhicule comprenant au moins un moteur thermique, comprenant : - un évaporateur destiné à l'évaporation du fluide, - un échangeur thermique destiné au refroidissement du fluide, - un premier séparateur placé à la sortie de l'échangeur thermique, - une pompe à éjection, placée entre l'évaporateur et l'échangeur thermique, apte à aspirer le fluide en provenance de l'évaporateur et à l'envoyer vers l'échangeur thermique, -une pompe de circulation destinée à aspirer le fluide en phase liquide dans le premier séparateur pour l'envoyer vers une unité de récupération de la chaleur dégagée par le moteur thermique, cette chaleur étant véhiculée par un fluide caloporteur circulant dans un circuit dit de fluide caloporteur du moteur où le fluide caloporteur est mis en circulation par une pompe dite moteur, cette unité récupératrice, mise en contact thermique avec un module d'échange du circuit de fluide caloporteur du moteur, est placée entre le premier séparateur et la pompe à éjection et est destinée à chauffer le fluide réfrigérant en provenance du premier séparateur et circulant vers la pompe à éjection, l'ensemble constitué par l'évaporateur, l'échangeur thermique, la pompe à éjection et l'unité de récupération de chaleur définissant un cycle à éjection, le fluide sortant de l'évaporateur étant aspiré par la pompe à éjection recevant le fluide chauffé grâce à l'unité de récupération et le cycle à éjection comprenant au moins un 3 moyen d'obturation de la circulation du fluide réfrigérant placé sur le trajet du cycle à éjection, - un compresseur, placé en parallèle de la pompe à éjection entre l'évaporateur et l'échangeur thermique, destiné à compresser le fluide en sortie de l'évaporateur et l'envoyer vers l'échangeur thermique, une vanne de détente, l'ensemble constitué par l'évaporateur, l'échangeur thermique, la vanne de détente et le compresseur définissant un cycle à compression. Avec un tel système ou boucle, la présence d'un moyen d'obturation, par exemple un clapet anti-retour ou encore une vanne apte à fermer complètement le circuit principal de la pompe à éjection permet d'écarter le risque de mauvais cheminement du fluide frigorigène selon lequel, lors du fonctionnement du cycle à compression, il traverserait la pompe à éjection en sens inverse, passerait au travers de l'unité récupératrice avant de revenir vers l'évaporateur. La présence de la pompe électrique du moteur qui fait circuler le fluide caloporteur servant à refroidir le moteur permet d'optimiser l'échange de chaleur entre l'unité récupératrice et le module d'échange. Ainsi, le système de climatisation peut être utilisé aussi lorsque le moteur est à l'arrêt. L'invention permet en effet de maintenir un bon rendement de la pompe à éjection en ajustant le débit de circulation du fluide caloporteur. Grâce à l'ajustement du débit, une température importante peut être maintenue dans le module d'échange au moyen de la circulation du fluide caloporteur dans le moteur resté chaud par inertie thermique. Avantageusement le système inclut en outre un second séparateur, régulateur de la quantité de fluide réfrigérant, en sortie de l'évaporateur en 25 amont du compresseur et de la pompe à éjection. La présence de deux séparateurs/accumulateurs permet de réguler la quantité de fluide réfrigérant du cycle thermique dans les cycles à éjection et/ou à compression selon des répartitions de charge thermique diverses. Les deux accumulateurs, l'un placé sur le circuit à éjection et l'autre placé 30 sur le cycle de compression classique évitent que la mise en fonctionnement du cycle à éjection provoque une baisse importante du niveau de fluide dans le premier accumulateur avec le risque de ne pas disposer d'une quantité de fluide suffisante pour la boucle qui incorpore l'évaporateur. Selon une caractéristique avantageuse, le moyen d'obturation inclut une 35 vanne d'obturation, cette dernière est placée sur le trajet du fluide réfrigérant au sein du cycle à éjection entre l'unité de récupération et la pompe à éjection. 4 Avec une telle caractéristique, la présence des deux vannes, une de détente et l'autre d'obturation, permet d'ajuster les circulations du fluide frigorigène dans chacun des cycles à éjection et à compression. Selon une mise en oeuvre avantageuse de l'invention, les vannes de détente et d'obturation sont contrôlées via des moyens électroniques, les variations de degré d'ouverture et de fermeture de ces vannes étant contrôlées afin de gérer la pression intermédiaire entre le cycle à compression et le cycle à éjection en fonction des variations temporelles d'au moins un paramètre choisi parmi les suivants : régime moteur du véhicule, thermique ou électrique, régime de fonctionnement du système, température du fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur du moteur, débit du fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur du moteur. Les vannes contrôlées via des moyens électroniques en fonction de paramètres caractérisant le régime moteur du véhicule, le régime de fonctionnement du système de conditionnement d'air ou encore la puissance thermique disponible sur le circuit de fluide caloporteur du moteur permettent de mettre en place une intelligence dans la gestion de la boucle de climatisation. Cette intelligence peut notamment être fonction directe des basculements entre moteurs thermiques et moteurs électriques, caractéristiques des moteurs hybrides. Aussi, avantageusement, le système ou boucle est tel que les moyens électroniques contrôlent les vannes de manière telle que le fluide circule très majoritairement ou uniquement dans le cycle à compression au démarrage à froid du véhicule.

Une telle caractéristique permet d'amorcer la création de froid, indépendamment de la température du moteur et donc de la chaleur qu'il est possible de récupérer. Selon une caractéristique particulière, les moyens électroniques étant de surcroît aptes à contrôler la pompe, ils contrôlent les vannes et la pompe de circulation de manière telle que, dès lors qu'un seuil de puissance thermique prédéterminé disponible dans le circuit de fluide caloporteur est détecté, le contrôle des vannes et de la pompe de circulation est tel que le fluide circule dans le cycle à éjection. Le passage du seuil de puissance thermique prédéterminée disponible peut être détecté en suivant la durée de fonctionnement du moteur thermique pendant une certaine période glissante, le seuil de puissance thermique correspondant alors à une durée seuil de fonctionnement pendant cette période glissante. Le seuil peut aussi correspondre à une certaine température ou plus largement à n'importe quelle valeur illustrant la puissance thermique disponible. Cette caractéristique permet de corréler le fonctionnement du cycle à 5 éjection avec la chaleur dissipée par le moteur. Plus le moteur dissipe de chaleur, donnée connue par la durée de fonctionnement et/ou l'intensité de fonctionnement du moteur, plus le cycle à éjection sera sollicité. Avantageusement, selon l'invention, la répartition entre le cycle à compression et le cycle à éjection est donc rendu fonction de la chaleur dissipée disponible. Cela est réalisé tout en maintenant le fonctionnement du cycle à éjection le plus longtemps possible grâce à la mise en fonctionnement de la pompe électrique du circuit de fluide caloporteur du moteur. Une telle caractéristique assure un fonctionnement optimal du système de climatisation selon lequel le compresseur est utilisé au minimum.

On comprend donc que l'impact du compresseur, lorsqu'il est mécanique, sur les émissions de dioxyde de carbone à l'échappement du véhicule est minimisé. On comprend aussi que le confort en phase d'arrêt est notablement amélioré en allongeant le temps pendant lequel un air froid est disponible pour l'habitacle du véhicule par l'intermédiaire de l'évaporateur monté dans le système de conditionnement d'air raccordé à la boucle selon l'invention. Ainsi, selon une caractéristique avantageuse, les moyens électroniques contrôlent les vannes et la pompe de circulation de manière telle qu'à tout arrêt du moteur thermique du véhicule, le contrôle des vannes et de la pompe de circulation sont tels que le fluide continue à circuler dans le cycle à éjection, la pompe moteur assurant la circulation du fluide caloporteur dans le circuit de fluide caloporteur du moteur. Selon cette caractéristique les vannes de détente et d'obturation sont ouvertes, la vanne d'obturation assurant une détente. Cette caractéristique permet que la fonction de climatisation ne soit pas interrompue à l'arrêt du véhicule. En effet, généralement, à l'arrêt des véhicules hybrides, le moteur thermique est arrêté. La climatisation est ici maintenue selon l'invention grâce à l'énergie résiduelle dissipée sous forme de chaleur par le moteur thermique. Cette caractéristique est particulièrement utile dans le cas de véhicules hybrides dont le moteur thermique ne fonctionne qu'aux grandes vitesses, le moteur électrique prenant le relais pour les vitesses inférieures, par exemple pour les vitesses en dessous de 30 km/h. En effet, dans ce cas, la climatisation 6 ne pourrait être maintenue sauf à utiliser l'énergie de la batterie pour actionner le compresseur si celui-ci est électrique. Cependant, l'alimentation électrique d'un compresseur électrique est aussi limitée par la puissance disponible dans la batterie. Si la puissance disponible devient trop faible, l'invention trouve seulement application pour maintenir le confort sans dégrader l'état de la batterie. Selon une mise en oeuvre avantageuse de l'invention, le système ou boucle est apte à fonctionner en régime de climatisation ou en régime de chauffage, l'unité récupératrice fournissant alors de la chaleur au circuit de fluide caloporteur du moteur du véhicule. La fonction de chauffage peut en particulier servir pour chauffer l'eau du moteur thermique et donc réaliser un préchauffage de celui-ci ou encore être reliée à un radiateur de chauffage de l'habitacle. Le préchauffage du moteur est particulièrement recommandé pour réduire les émissions de gaz imbrûlés et de dioxyde de carbone. Aussi, avantageusement, l'échangeur thermique et l'évaporateur sont disposés par rapport au circuit de fluide caloporteur du moteur de manière qu'ils puissent avoir des échanges thermiques avec le circuit de fluide caloporteur du moteur.

Cette caractéristique permet d'accroître les échanges de chaleur entre le cycle thermique du fluide réfrigérant et le circuit de fluide caloporteur du moteur de manière à augmenter la température du fluide caloporteur du moteur en absence du fonctionnement du moteur thermique et de permettre ainsi l'élaboration d'une fonction de chauffage dans le véhicule hybride quel que soit le régime moteur. Avantageusement, la boucle inclut en outre un module de sélection du trajet du fluide permettant de choisir entre une connexion directe du compresseur à l'échangeur thermique selon le fonctionnement du cycle à compression et une connexion directe du compresseur à l'entrée de l'unité récupératrice de chaleur permettant d'utiliser l'unité récupératrice de chaleur pour fournir de la chaleur au circuit de fluide caloporteur du moteur tout en utilisant le compresseur. Cette caractéristique permet d'assurer une fonction de chauffage en utilisant le compresseur en combinaison avec l'unité récupératrice de chaleur même lorsque celle-ci n'est plus apte à assurer à elle seule, par l'intermédiaire du cycle à éjection, la fonction de chauffage du fluide caloporteur du moteur. 7 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvue de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 représente une boucle de climatisation basée sur la combinaison d'un cycle à compression et d'un cycle à éjection selon l'invention ; - la figure 2 représente un mode de réalisation particulier d'une boucle selon l'invention ; - la figure 3 représente un mode de fonctionnement en chauffage du système ou boucle présenté sur la figure 2.

Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 décrit un boucle de climatisation apte à être installée dans un véhicule hydride dans lequel sont implémentés un moteur thermique 1 et un moteur électrique non représenté. Le moteur thermique 1 dégage de la chaleur qui est récupérée dans un circuit 2 dans lequel circule un fluide caloporteur, par exemple de l'eau dite alors eau moteur, mise en circulation par une pompe électrique dite moteur 3. Cette eau moteur est un fluide caloporteur dont la circulation contribue, d'une part, au refroidissement du moteur 1 et, d'autre part, le cas échéant d'une demande de chauffage, au chauffage d'air ensuite insufflée dans l'habitacle. L'invention propose une utilisation particulière de la chaleur véhiculée par le fluide caloporteur du moteur. Elle part du constat que cette chaleur n'est disponible que lorsque le moteur thermique 1 fonctionne ou a fonctionné et présente une température résiduelle élevée. Dans les véhicules hydrides, la source de chaleur que constitue le moteur thermique 1 n'est pas disponible en continu.

Cela pose des problèmes du point de vue du chauffage, bien sûr, mais également du point de vue de la climatisation dès lors que le moteur 1 est utilisé également pour entraîner un compresseur mécanique agissant sur le fonctionnement de la climatisation. L'invention propose d'optimiser la gestion des changements de régime moteur, thermique ou électrique. L'invention propose aussi un régime de fonctionnement du système en chauffage.

Le système selon l'invention comprend un échangeur thermique 10, un évaporateur 20, un premier séparateur 60, un compresseur 40, une pompe à éjection 50, un second séparateur 30, une pompe de circulation 61, une unité récupératrice de chaleur 70 apte à récupérer la chaleur dégagée par le moteur 1 par l'intermédiaire d'un élément d'échange 4 placé sur le circuit 2 de fluide caloporteur du moteur. L'échangeur thermique est par exemple un condenseur dans le cas où un fluide réfrigérant aux propriétés sous-critique, R134a par exemple, est utilisé et un refroidisseur de gaz pour un fluide super-critique, par exemple le dioxyde de carbone. L'ensemble constitué par l'évaporateur 20, l'échangeur thermique 10, la pompe de circulation 61, la pompe à éjection 50 et l'unité de récupération de chaleur 70 définissent globalement un cycle à éjection. Selon l'invention, le cycle à éjection comprend au moins un moyen d'obturation comme une vanne 71 ou un clapet anti-retour 72 apte à fermer complètement le circuit principal de la pompe à éjection. Cela évite, contrairement à ce qui est observé dans l'art antérieur, les problèmes de mauvais cheminement du fluide frigorigène lorsque le système fonctionne selon un cycle à compression à partir de l'accumulateur 60. Dans l'art antérieur, il y a effectivement un risque de voir le fluide réfrigérant traverser la pompe à éjection 50 et passer au travers de l'unité récupératrice 70 avant de revenir vers l'évaporateur 10. La présence de deux accumulateurs 30 et 60 est utile afin d'assurer une quantité de réfrigérant minimum circulant dans chacun des modes : climatisation par compression, climatisation par éjection et chauffage. L'ensemble constitué par l'évaporateur 20, l'échangeur thermique 10 et le compresseur 40 définissent globalement un cycle à compression. Le système comprend en outre au moins deux vannes 21 et 71 pouvant être fermée ou ouverte totalement ou partiellement. La vanne 71 peut constituer un moyen d'obturation. Ces vannes 21 et 71 sont contrôlées par des moyens électriques ou électroniques 80, en tout cas pilotés. Ces moyens électroniques 80 sont programmés pour réagir en fonction des changements de régime moteur et/ou de régime de fonctionnement du système de conditionnement d'air envoyé dans l'habitacle. Avantageusement, ils commandent également de manière 9 coordonnée le fonctionnement de la pompe de circulation 61 et du compresseur 40. Pour cela, les moyens électroniques 80 sont reliés à un module de basculement moteur thermique/moteur électrique 81 et à un module de contrôle du régime de fonctionnement 82 du système de conditionnement d'air. Dans une réalisation, le module de basculement 81 est apte à envoyer vers les moyens électroniques 80 des signaux de basculement BTE et BET pour signaler respectivement un basculement du régime moteur du moteur thermique au moteur électrique, référencé BTE et/ou un basculement du régime moteur du moteur électrique au moteur thermique, référencé BET. Les moyens électroniques 80 sont avantageusement aptes à enregistrer les durées respectives de fonctionnement des moteurs électriques et thermiques. Ces durées sont par exemple enregistrées en utilisant les instants d'occurrence des signaux de basculement BTE et BET.

Les moyens électroniques 80 sont aussi avantageusement apte à recevoir des données sur la température du fluide caloporteur du circuit d'eau moteur 2 ou sur le débit dans ce circuit 2 et à les enregistrer. Ainsi, quand le compresseur 40 est un compresseur électrique, lorsque le moteur thermique 1 n'a pas encore été utilisé ou a été utilisé dans un passé trop lointain ou encore lorsque la température ou le débit du fluide caloporteur est trop faible, le compresseur électrique 40 est alimenté par les batteries du véhicule et seul le cycle à compression est actif. Par conséquent, lors d'un démarrage à froid du véhicule, en régime électrique ou en régime thermique, les moyens électroniques 80 sont tels que la vanne 71 est commandée de manière à être fermée alors que la vanne 21 est commandée de manière à gérer la détente nécessaire au fonctionnement de la boucle de climatisation. Dans le cas où le compresseur 40 est un compresseur mécanique, c'est-à-dire entraîné par le moteur thermique 1, le démarrage à froid entraînera la mise en fonctionnement du moteur thermique 1 tant que la pompe à éjection 50 n'a pas atteint la valeur minimum de mise en fonctionnement. Lorsque le moteur thermique 1 est mis en route, une certaine durée de fonctionnement est nécessaire avant que le moteur thermique 1 ne présente des pertes thermiques. Au bout de cette durée de mise en chauffe du moteur thermique 1, les moyens électroniques 80 sont tels que le cycle à éjection est progressivement sollicité. Lorsque le moteur thermique 1 est utilisé en vitesse de croisière et fournit en permanence de la chaleur, le cycle à éjection peut être 10 sollicité de manière totale. Le cycle à compression peut alors être maintenu ou, avantageusement arrêté. Dans ce dernier cas, l'énergie mécanique ou électrique nécessaire au fonctionnement du cycle à compression est économisée. En outre, les moyens électroniques 80 sont tels qu'une fois le moteur chaud à un instant t, le caractère chaud ou froid du moteur 1 étant connu grâce à l'enregistrement des durées de fonctionnement du moteur thermique 1 dans un laps de temps précédant l'instant t ou encore grâce à l'enregistrement de la température du fluide caloporteur, les pertes thermiques du moteur thermique 1 peuvent être utilisées dans le fonctionnement du cycle à éjection même à l'arrêt du moteur thermique 1 et donc aussi à l'arrêt du véhicule. On exploite ainsi l'inertie thermique du moteur thermique 1 pour améliorer et/ou prolonger le confort à l'arrêt en mettant en fonctionnement la pompe électrique 3 de circulation de fluide caloporteur. La fonction de climatisation est ainsi maintenue à l'arrêt du véhicule.

Si le compresseur 40 est un compresseur électrique, il est alors arrêté pour éviter de trop solliciter la batterie dont la puissance deviendrait trop faible. Dans le cas où le compresseur 40 est un compresseur mécanique, on profite de l'invention soit pour arrêter le compresseur 40 de sorte à ce qu'il ne constitue pas une dépense d'énergie supplémentaire pour le moteur 1, soit pour apporter le confort froid dans l'habitacle pendant les phases d'arrêt du moteur thermique 1. Les moyens électroniques 80 sont avantageusement tels que l'ouverture et la fermeture des vannes 21 et 71 sont commandées de manière relative l'une par rapport à l'autre de manière à répartir la quantité de fluide frigorigène dans les deux cycles d'éjection et de compression. Les deux accumulateurs 30 et 60 placés en deux points du cycle du fluide permettent cette gestion des variations de quantité de fluide réfrigérant dans les deux cycles du système. Cela devient indispensable lorsque le système est destiné à pouvoir être utilisé en régime de fonctionnement de chauffage où les répartitions de quantité de fluide réfrigérant sont nécessairement différentes de celles observées en régime climatisation.

La figure 2 présente un mode de réalisation particulier d'un système selon l'invention apte à fonctionner en régime climatisation et en régime chauffage. Le système de la figure 1 est représenté dans une configuration différente. Il comprend en outre un module de sélection 41 introduit en sortie du compresseur 40. Ce module 41 comprend deux positions P1 et P2 permettant de sélectionner, soit une circulation du fluide identique à celle de la figure 1 et bouclant le compresseur sur la sortie de la pompe à éjection 50 et l'entrée de l'échangeur 11 thermique 10 (position P1), soit une circulation du fluide connectant la sortie du compresseur 40 à l'entrée de l'unité récupératrice de chaleur 70 (position P2). Sur la figure 2, un circuit de fluide caloporteur du moteur 2 particulier à l'invention est représenté en pointillés. Le circuit 2 comprend trois éléments d'échange de chaleur 4, 4' et 4", placé respectivement à proximité de l'unité récupératrice 70, de l'échangeur thermique 10 et de l'évaporateur 20. Ces éléments d'échange de chaleur 4, 4' et 4" sont utiles pour le fonctionnement du système en régime de fonctionnement de chauffage car ils favorisent les échanges de chaleur du système de climatisation vers le circuit de fluide caloporteur du moteur. Le module de sélection 41 est avantageusement commandé par les moyens électroniques 80 non représentés par simplicité sur la figure 2, notamment en fonction des données sur le régime de fonctionnement issue du module de contrôle du régime de fonctionnement 82. De telles données peuvent être une température de consigne de climatisation, une température de consigne de chauffage etc. De telles consignes permettent de définir directement un régime particulier de fonctionnement du système, notamment en mode chauffage ou en mode climatisation. Dans un fonctionnement classique en climatisation utilisant le cycle à compression, le module 41 est en position P1, la vanne 71 est fermée et la vanne 21 est ouverte de manière à réaliser une fonction de détendeur. La figure 3 présente un régime de fonctionnement en chauffage du système selon l'invention. Le fluide frigorigène est alors amené à transporter de la chaleur afin de chauffer le fluide caloporteur du moteur du circuit de fluide caloporteur du moteur 1. Les branches où circule le fluide sont schématisées par des traits moyennement épais. La circulation du fluide réchauffé est schématisée par des traits très épais sur la figure 3. Dans le circuit de fluide caloporteur du moteur 2, les branches où circule l'eau sont en traits pleins, celles où l'eau ne circule pas en traits pointillés.

Le compresseur 40 aspire le fluide dans le séparateur 30. Le fluide est alors réchauffé sous l'effet de la compression. Selon ce régime, le compresseur 40 assure donc non seulement la circulation du fluide mais également l'augmentation de température du fluide. Selon ce régime de fonctionnement, le module de sélection 41 est en position P2, la vanne 71 fonctionne en détendeur et la vanne 21 est ouverte. 12 Grâce au module de sélection 41 placé en position P2, le compresseur 40 est apte à fournir un fluide réchauffé à l'entrée de l'unité récupératrice 70 qui peut alors transmettre de la chaleur au circuit de fluide caloporteur du moteur 1. Ce transfert est représenté par une flèche large comme sur la figure 3. L'eau moteur est alors réchauffée. L'unité récupératrice 70 fonctionne alors en sens contraire du mode de fonctionnement en climatisation. Cette chaleur dégagée par l'unité récupératrice 70 permet au minimum de maintenir la température du fluide caloporteur du moteur 1 pour éviter ouretarder le refroidissement du bloc moteur 1. Cela est critique lorsque les températures extérieures sont basses, par exemple en hiver. La puissance thermique peut éventuellement être utilisée aussi pour le chauffage de l'habitacle mais le préchauffage du moteur est prioritaire sur le chauffage de l'habitacle car les aspects de réduction de pollution priment sur les aspects de confort. Le fluide caloporteur passe ensuite dans la vanne 71 qui fonctionne en détendeur. Le fluide est alors détendu avant de passer dans la pompe à éjection 50 et dans l'échangeur thermique 10 qui fonctionne alors en évaporateur en refroidissant l'extérieur et en y puisant de l'énergie. Le fluide légèrement réchauffé est ensuite déversé dans le séparateur 60. La vanne 21 est alors ouverte pour permettre au fluide de poursuivre son trajet en traversant l'évaporateur 20 qui est seulement traversé par des gaz à basse pression. Ce trajet forme dans ce cas une circulation libre. Avantageusement, l'évaporateur 20, fonctionnant ici en radiateur, est mis en contact thermique avec l'élément d'échange 4" du circuit 1 d'eau moteur afin d'y fournir de la chaleur additionnelle. L'eau ou fluide caloporteur du moteur est donc réchauffée non seulement au niveau de l'unité 70 mais également au niveau de l'évaporateur 20. Cela permet de récupérer encore de la chaleur au niveau de l'évaporateur 20. Cet échange de chaleur est illustré par une flèche large. Il soutient le maintien d'une température élevée du fluide caloporteur du moteur 1 dans le cadre d'un régime de fonctionnement en chauffage en plus de l'échange de chaleur réalisé au niveau de l'unité récupératrice 70. Le fluide est ensuite déversé dans le séparateur 30 d'où le fluide est mis en mouvement par l'action du compresseur 40.

Le régime de fonctionnement représenté sur la figure 3 requiert un fonctionnement à pleine puissance du compresseur 40. Dans le cas où le 13 compresseur 40 est électrique et alimenté par l'installation électrique du véhicule, en particulier la batterie, il n'est donc intéressant que ponctuellement. Ce régime de fonctionnement en chauffage pourra donc avantageusement être utilisé pour réchauffer le moteur thermique 1 de manière très rapide avant son démarrage.

En fonction du réglage des vannes 21 et 71, ce régime de fonctionnement en chauffage peut aussi servir en déshumidification. Les vannes doivent alors être réglées de manière à ce que l'évaporateur cède de la puissance froide sur l'air. Pour ce faire, la vanne 21 est pilotée pour détendre légèrement le fluide et assurer une extraction de l'humidité de l'air envoyé dans l'habitacle. La commande des vannes 21 et 71 est donc un compromis entre le réchauffage du fluide caloporteur du moteur 1 et le respect de la sécurité qui passe par une visibilité correcte au travers du pare brise.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Boucle de climatisation dans laquelle circule un fluide frigorigène et destiné à une utilisation dans un véhicule comprenant au moins un moteur thermique, comprenant : - un évaporateur [20] destiné à l'évaporation du fluide, - un échangeur thermique [10] destiné au refroidissement du fluide, - un premier séparateur [60] placé à la sortie de l'échangeur thermique [10], - une pompe à éjection [50], placée entre l'évaporateur [20] et l'échangeur thermique [10], apte à aspirer le fluide en provenance de l'évaporateur [20] et à l'envoyer vers l'échangeur thermique [10], -une pompe de circulation [61] destinée à aspirer le fluide en phase liquide dans le premier séparateur [60] pour l'envoyer vers une unité de récupération [70] de la chaleur dégagée par le moteur thermique [1], cette chaleur étant véhiculée par un fluide caloporteur circulant dans un circuit dit de fluide caloporteur du moteur [2] où le fluide caloporteur est mis en circulation par une pompe dite moteur [3], cette unité récupératrice [70], mise en contact thermique avec un module d'échange [4] du circuit de fluide caloporteur du moteur [2], est placée entre le premier séparateur [60] et la pompe à éjection [50] et est destinée à chauffer le fluide réfrigérant en provenance du premier séparateur [60] et circulant vers la pompe à éjection [50], l'ensemble constitué par l'évaporateur [20], l'échangeur thermique [10], la pompe à éjection [50] et l'unité de récupération de chaleur [70] définissant un cycle à éjection, le fluide sortant de l'évaporateur [20] étant aspiré par la pompe à éjection [50] recevant le fluide chauffé grâce à l'unité de récupération [70] et le cycle à éjection comprenant au moins un moyen d'obturation de la circulation du fluide réfrigérant placé sur le trajet du cycle à éjection, - un compresseur [40], placé en parallèle de la pompe à éjection [50] entre l'évaporateur [20] et l'échangeur thermique [10], destiné à compresser le fluide en sortie de l'évaporateur [20] et l'envoyer vers l'échangeur thermique [10], une vanne de détente [21], l'ensemble constitué par l'évaporateur [20], l'échangeur thermique [10], la vanne de détente [21] et le compresseur [40] définissant un cycle à compression.35 15

2. Boucle de climatisation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle inclut en outre un second séparateur [30], régulateur de la quantité de fluide réfrigérant, en sortie de l'évaporateur [20] en amont du compresseur [40] et de la pompe à éjection [50].

3. Boucle de climatisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le moyen d'obturation inclut une vanne d'obturation [71].

4. Boucle de climatisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que 10 les vannes de détente [21] et d'obturation [71] sont contrôlées via des moyens électroniques [80], les variations de degré d'ouverture et de fermeture de ces vannes [21,71] étant contrôlées afin de gérer la pression intermédiaire entre le cycle à compression et le cycle à éjection en fonction des variations temporelles d'au moins un paramètre choisi parmi les suivants : régime moteur du véhicule, 15 thermique ou électrique, régime de fonctionnement du système, température du fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur du moteur, débit du fluide caloporteur du circuit de fluide caloporteur du moteur.

5. Boucle de climatisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que 20 les moyens électroniques [80] contrôlent les vannes [21,71] de manière telle que le fluide circule très majoritairement ou uniquement dans le cycle à compression au démarrage à froid du véhicule.

6. Boucle de climatisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que 25 les moyens électroniques [80] étant de surcroît aptes à contrôler la pompe [61], ils contrôlent les vannes [21,71] et la pompe de circulation [61] de manière telle que, dès lors qu'une certaine puissance thermique prédéterminée est disponible dans le circuit de fluide caloporteur, le contrôle des vannes [21,71] et de la pompe de circulation [61] est tel que le fluide circule dans le cycle à éjection. 30

7. Boucle de climatisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens électroniques [80] contrôlent les vannes [21,71] et la pompe de circulation [61] de manière telle qu'à tout arrêt du moteur thermique [1] du véhicule, le contrôle des vannes [21,71] et de la pompe de circulation [61] sont 35 tels que le fluide circule dans le cycle à éjection, la pompe moteur [3] assurant la5 16 circulation du fluide caloporteur dans le circuit de fluide caloporteur du moteur [2].

8. Boucle de climatisation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est apte à fonctionner en régime de climatisation ou en régime de chauffage, l'unité récupératrice [70] fournissant alors de la chaleur au circuit de fluide caloporteur du moteur [2] du véhicule.

9. Boucle de climatisation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle inclut en outre un module de sélection [41] du trajet du fluide permettant de choisir entre une connexion directe du compresseur [40] à l'échangeur thermique [10] selon le fonctionnement du cycle à compression et une connexion directe du compresseur [40] à l'entrée de l'unité récupératrice de chaleur [70] permettant d'utiliser l'unité récupératrice de chaleur [70] pour fournir de la chaleur au circuit de fluide caloporteur du moteur [2] tout en utilisant le compresseur [40].