FR2991030A1 - Boucle de climatisation a stockage de froid. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une boucle de climatisation (1), dans laquelle circule un fluide réfrigérant, apte à fonctionner au moins dans un mode de fonctionnement dit "refroidissement" d'un flux d'air destiné à être diffusé dans un habitacle d'un véhicule, comprenant un compresseur (2) raccordé, en aval, par une conduite de refoulement (20) et, en amont, par une conduite d'aspiration (21) et au moins : - un premier échangeur de chaleur (3), apte à fonctionner au moins en tant que condenseur, - un deuxième échangeur de chaleur (13), apte à fonctionner au moins en tant qu'évaporateur et à échanger de la chaleur avec le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule, - un échangeur-accumulateur (12), apte à fonctionner au moins en tant qu'évaporateur et comprenant au moins une réserve de stockage de froid, caractérisée en ce que la boucle de climatisation (1) comprend des moyens d'alimentation (11) du deuxième échangeur de chaleur (13) et de l'échangeur-accumulateur (12) disposés en amont et en aval de l'échangeur-accumulateur (12). L'invention concerne également un procédé de commande d'une telle boucle de climatisation (1), dans lequel une unité de commande (U) augmente le débit du fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation (1) lorsque le véhicule est en phase de décélération ou de freinage.

Description

Boucle de climatisation à stockage de froid. La présente invention concerne le domaine technique des boucles de climatisation à fluide réfrigérant et à compresseur utilisées dans les installations de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un flux d'air apte à être diffusé dans un habitacle d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile. Dans le domaine des installations de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un flux d'air apte à être diffusé dans un habitacle d'un véhicule, il est connu de mettre en oeuvre un système de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprenant un groupe moto-ventilateur qui aspire un flux d'air pour l'insuffler dans un boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation dans lequel le flux d'air est traité thermiquement préalablement à être diffusé dans l'habitacle du véhicule. La principale fonction du boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation est de conditionner le flux d'air à une température de consigne déterminée par un utilisateur du véhicule. À cet effet, le boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprend des moyens de traitement thermique du flux d'air, en particulier des moyens de chauffage et/ou des moyens de refroidissement.

Afin de permettre un refroidissement de l'habitacle, l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprend généralement une boucle de climatisation adaptée pour fonctionner au moins dans un mode de fonctionnement dit "refroidissement", permettant à l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation de diffuser un flux d'air refroidi dans l'habitacle du véhicule. Une telle boucle de climatisation comprend un compresseur apte à mettre en circulation un fluide réfrigérant. La boucle de climatisation comprend également, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant et à partir du compresseur, un condenseur, destiné à assurer le refroidissement du fluide réfrigérant issu du compresseur, notamment par un flux d'air extérieur à l'habitacle. La boucle de climatisation comprend de plus, en aval du condenseur, des moyens de détente du fluide réfrigérant et un évaporateur. L'évaporateur est disposé dans le boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation apte à canaliser le flux d'air destiné à être diffusé dans un habitacle d'un véhicule. L'évaporateur est formé par un échangeur air/fluide réfrigérant permettant ainsi de refroidir le flux d'air qui le traverse. L'évaporateur est raccordé au compresseur. En fonctionnement, le fluide réfrigérant subit, dans la boucle de climatisation, un cycle thermodynamique au cours duquel il est comprimé par le compresseur puis refroidi dans le condenseur, d'où il sort au moins en partie à l'état liquide. Le fluide réfrigérant est ensuite détendu en amont de l'évaporateur à l'intérieur duquel il se vaporise en absorbant la chaleur du flux d'air qui le traverse. En sortie de l'évaporateur, le fluide réfrigérant, à l'état gazeux, est ensuite aspiré par le compresseur pour recommencer un nouveau cycle thermodynamique.

Une telle boucle de climatisation donne pleinement satisfaction en ce qui concerne la fonction de refroidissement du flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule. Toutefois, une telle boucle de climatisation présente l'inconvénient de nécessiter un fonctionnement continu du compresseur pendant toute la durée d'utilisation du véhicule, notamment lorsque le véhicule est à l'arrêt. Ainsi, l'entraînement en rotation du compresseur à une puissance nominale induit une surconsommation d'énergie dans la mesure où, dans le cas d'un véhicule à moteur thermique, il est nécessaire de maintenir le fonctionnement du moteur thermique pour entraîner le compresseur alors même que le moteur thermique n'est pas utilisé pour la propulsion du véhicule.

Afin de permettre une réduction de la consommation d'énergie en arrêtant le moteur thermique lorsqu'il n'est pas utilisé pour la propulsion du véhicule, tout en maintenant la fonction de refroidissement du flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule, il a été proposé de mettre en oeuvre un échangeur- accumulateur comprenant une réserve de stockage de froid à matériau à changement de phase. Une telle réserve de stockage de froid sert à accumuler des frigories utilisées pour refroidir le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule lorsque le moteur thermique et le compresseur de la boucle de climatisation ne fonctionnent pas. La mise en oeuvre d'un tel échangeur-accumulateur permet donc de maintenir partiellement la fonction de refroidissement du flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule lors des courtes phases d'arrêt du véhicule et du moteur de propulsion, permettant ainsi une économie d'énergie tout en préservant le confort des passagers.

Toutefois, il est apparu que le seul arrêt du moteur de propulsion lors des courtes phases d'arrêt du véhicule ne permet pas d'atteindre les objectifs de réduction de consommation fixées par les nouvelles normes, de sorte que s'est imposé le besoin d'optimiser la gestion de la consommation d'énergie associée au refroidissement du flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule et à la propulsion du véhicule pendant toutes les phases d'utilisation de ce dernier. Afin d'atteindre cet objectif, la présente invention concerne une boucle de climatisation, dans laquelle circule un fluide réfrigérant, apte à fonctionner au moins dans un mode de fonctionnement dit "refroidissement" d'un flux d'air destiné à être diffusé dans un habitacle d'un véhicule, comprenant un compresseur raccordé, en aval, par une conduite de refoulement et, en amont, par une conduite d'aspiration et au moins : - un premier échangeur de chaleur, apte à fonctionner au moins en tant que condenseur, - un deuxième échangeur de chaleur, apte à fonctionner au moins en tant qu'évaporateur et à échanger de la chaleur avec le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule, et - un échangeur-accumulateur, apte à fonctionner au moins en tant qu'évaporateur et comprenant au moins une réserve de stockage de froid.

Plus particulièrement, la boucle de climatisation comprend des moyens d'alimentation du deuxième échangeur de chaleur et de l'échangeur-accumulateur disposés en amont et en aval de l'échangeur-accumulateur.

Selon la présente invention, la boucle de climatisation est telle que, en mode de fonctionnement dit "refroidissement", les moyens d'alimentation sont adaptés, lorsque le véhicule est en phase de décélération ou de freinage, pour utiliser la puissance mécanique à dissiper pour augmenter la capacité ou la vitesse de rotation du compresseur, puis détendre du fluide réfrigérant en amont ou en entrée de l'échangeur-accumulateur et y vaporiser une partie au moins du fluide réfrigérant détendu. La présente invention permet donc de convertir, en froid accumulé dans l'échangeur-accumulateur, une partie de l'énergie mécanique qui autrement serait perdue en phase de décélération ou de freinage. Ainsi, le froid accumulé peut être utilisé pour refroidir l'habitacle du véhicule dans une phase de fonctionnement du véhicule dans laquelle l'énergie mécanique du groupe de propulsion n'est pas disponible, ou trop consommatrice, pour être affectée au refroidissement de l'habitacle, comme cela est, par exemple, le cas en phase d'accélération du véhicule. Avantageusement, les moyens d'alimentation comprennent : - une canalisation d'alimentation entre le premier échangeur de chaleur et l'échangeur-accumulateur et - une canalisation de liaison entre l'échangeur-accumulateur et le deuxième échangeur de chaleur. En particulier, la canalisation d'alimentation comprend : - une première branche de raccordement entre le premier échangeur de chaleur et l'échangeur-accumulateur, et - une deuxième branche de raccordement entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur.

Avantageusement, la canalisation d'alimentation ou la première branche de raccordement comprend un premier organe de détente. Préférentiellement, les moyens d'alimentation comprennent alors une canalisation de dérivation raccordée à la canalisation d'alimentation en parallèle du premier organe de détente. De plus, la canalisation de dérivation peut comprendre une vanne de dérivation. Par ailleurs, selon une alternative de réalisation, la deuxième branche de raccordement traverse, au moins partiellement, l'échangeur-accumulateur. En particulier, la canalisation de liaison constitue au moins une partie de la deuxième branche de raccordement. Selon une autre variante complémentaire ou alternative, la canalisation de liaison comprend un deuxième organe de détente. Les moyens d'alimentation peuvent alors comprendre une canalisation de contournement raccordée à la canalisation de liaison en parallèle du deuxième organe de détente et susceptible de comprendre une vanne de contournement.

Par ailleurs, les moyens d'alimentation comprennent une première canalisation d'évacuation entre l'échangeur-accumulateur et la conduite d'aspiration et/ou une deuxième canalisation d'évacuation entre le deuxième échangeur de chaleur et la conduite d'aspiration.

De plus, la boucle de climatisation est susceptible de comprendre un réservoir agencé entre le premier échangeur de chaleur et l'échangeur-accumulateur. Selon un exemple particulier, l'échangeur-accumulateur est apte à échanger de la chaleur avec le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule.

Enfin, selon la présente invention, la boucle de climatisation comprend avantageusement une unité de commande apte à commander le compresseur et/ou le premier organe de détente et/ou le deuxième organe de détente et/ou la vanne de contournement et/ou la vanne de dérivation. De plus, la présente invention concerne également un procédé de commande d'une telle boucle de climatisation. Plus particulièrement, le procédé de commande est tel que l'unité de commande augmente le débit du fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation, lorsque le véhicule est en phase de décélération ou de freinage.

Ainsi selon une caractéristique de l'invention, en mode de fonctionnement dit "refroidissement", l'unité de commande et les moyens d'alimentation sont adaptés pour, lorsque le véhicule est en phase d'accélération, faire circuler dans l'échangeur-accumulateur le fluide réfrigérant à pression intermédiaire alimentant le deuxième échangeur de chaleur.

Notamment, le procédé de commande selon la présente invention est tel que l'unité de commande permet, séparément ou en combinaison : - d'ouvrir/fermer la vanne de contournement, - d'ouvrir/fermer la vanne de dérivation, - d'ouvrir/fermer le premier organe de détente, - d'ouvrir/fermer le deuxième organe de détente, - de piloter le premier organe de détente pour vaporiser toute ou partie du fluide réfrigérant dans l'échangeur-accumulateur, - de permettre une alimentation du deuxième échangeur de chaleur en fluide réfrigérant à basse pression en provenance de l'échangeur- accumulateur, - de permettent une détente, au moins partielle, du fluide réfrigérant entre l'échangeur-accumulateur et le deuxième échangeur de chaleur, - de diminuer le débit du fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation lorsque le véhicule est en phase d'accélération, et/ou - de permettre une circulation du fluide réfrigérant au niveau de température de changement de phase du matériau à changement de phase contenu dans l'échangeur-accumulateur.

Ainsi, l'unité de commande et les moyens d'alimentation sont notamment adaptés pour, en phase de décélération ou de freinage, ne pas détendre le fluide réfrigérant en provenance de l'échangeur-accumulateur avant d'alimenter le 5 deuxième échangeur de chaleur. De plus, selon une autre variante de réalisation, en mode de fonctionnement dit "refroidissement", l'unité de commande est adaptée pour, lorsque le véhicule est en phase d'accélération, commander la fermeture du premier organe de détente. 10 Selon une caractéristique de l'invention, l'échangeur-accumulateur est adapté pour échanger de la chaleur avec le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle. Ceci permet d'augmenter la puissance frigorifique instantanée restituée au flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle, notamment lorsque 15 le véhicule est en phase d'accélération. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le matériau à changement de phase de l'échangeur-accumulateur possède une température de changement de phase comprise entre 5°C et 20°C, de préférence 10°C à 20 15°C. Ceci permet d'optimiser la capacité de stockage, en particulier dans des conditions fréquentes d'utilisation du mode de fonctionnement dit "refroidissement" de l'habitacle, par exemple en période estivale. Bien entendu les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de 25 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et 30 avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles : - les figures 1 à 3 sont des vues schématiques de différentes variantes de réalisation d'une boucle de climatisation selon la présente invention. Il est à noter que, sur les figures, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références. Ainsi, sauf mention contraire, de tels éléments disposent de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Selon la présente invention, les termes "aval", "amont", "en série" et "parallèle" qualifient la position d'un composant par rapport à un autre, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant dans une boucle de climatisation selon l'une des différentes formes de réalisation de la présente invention, ou selon le sens de circulation d'un flux d'air dans un boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation apte à canaliser un flux d'air destiné à être diffusé dans un habitacle d'un véhicule, selon la présente invention.

De plus, selon la présente invention, les termes "ouvert" et "fermé" qualifient l'état d'un composant permettant, respectivement, d'autoriser et/ou de bloquer un passage de fluide réfrigérant. La figure 1 est une vue schématique d'une première variante de réalisation d'une boucle de climatisation 1 selon la présente invention. La boucle de climatisation 1 comprend un compresseur 2, apte à assurer une mise en circulation et une compression d'un fluide réfrigérant circulant dans la boucle de climatisation 1. Avantageusement, le compresseur 2 est piloté par une 30 unité de commande U. Le fluide réfrigérant peut être de toute nature appropriée et, par exemple, être constitué par un hydrocarbure halogéné ou un mélange d'hydrocarbures halogénés, notamment le flux réfrigérant connu sous la dénomination R134A. Par ailleurs, le fluide réfrigérant peut également être un gaz, dit supercritique, tel que du dioxyde de carbone.

Le compresseur 2 est raccordé aux autres éléments de la boucle de climatisation 1, en aval, par une conduite de refoulement 20 et, en amont, par une conduite d'aspiration 21. La boucle de climatisation 1 comprend également, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, un premier échangeur de chaleur 3, préférentiellement agencé à l'extérieur d'un habitacle d'un véhicule dans lequel est agencé la boucle de climatisation 1. Le premier échangeur de chaleur 3 est apte à fonctionner au moins en tant que condenseur. Le premier échangeur de chaleur 3 est généralement disposé à l'avant du véhicule, de manière à être refroidi par un flux d'air extérieur, en particulier résultant du déplacement du véhicule. Par "flux d'air extérieur", il convient d'entendre un flux d'air qui n'est pas destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule. De plus, avantageusement, la boucle de climatisation 1 peut comprendre, en aval du premier échangeur de chaleur 3, un réservoir 4. Le réservoir 4 permet d'assurer une réserve de fluide réfrigérant. Par ailleurs, le réservoir 4 permet d'assurer la séparation entre le fluide réfrigérant en phase liquide et le fluide réfrigérant en phase gazeuse.

Dans la boucle de climatisation 1, le premier échangeur de chaleur 3 est raccordé à la canalisation de refoulement 20 et à une canalisation intermédiaire 22, reliant le premier échangeur de chaleur 3 et le réservoir 4. Il doit être noté qu'un tel réservoir 4 n'est pas strictement nécessaire à la réalisation d'une boucle de climatisation 1 selon l'invention. Il sera remarqué que la canalisation d'aspiration 21 appartient une partie basse pression de la boucle de climatisation 1, tandis que la canalisation de refoulement 20, le premier échangeur de chaleur 3 et le réservoir 4 appartiennent à une partie haute pression de la boucle de climatisation 1. A titre d'exemple, le réservoir 4 peut être intégré au premier échangeur de chaleur 3. Préférentiellement, dans un tel agencement particulier, le réservoir 4 sera disposé de telle sorte que le fluide réfrigérant circule de nouveau dans le premier échangeur de chaleur 3 après avoir transité dans le réservoir 4. Une telle configuration permet de générer un sous-refoidissement du fluide réfrigérant.

La boucle de climatisation 1 comprend des moyens d'échange thermique 10 agencés en aval du premier échangeur de chaleur 3 et/ou du réservoir 4. Préférentiellement, les moyens d'échange thermique 10 sont constitués par au 15 moins un échangeur-accumulateur 12 et au moins un deuxième échangeur de chaleur 13. Le premier échangeur de chaleur 3, respectivement le réservoir 4, est raccordé, aux moyens d'échange thermique 10 par des moyens d'alimentation 11. 20 L'échangeur-accumulateur 12 et/ou le deuxième échangeur de chaleur 13 sont, respectivement ou individuellement, adaptés pour assurer un échange de chaleur entre, d'une part, un flux d'air, destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule et canalisé par un boîtier de l'installation de chauffage, ventilation et/ou 25 climatisation, et, d'autre part, le fluide réfrigérant. Selon diverses alternatives de réalisation, l'échangeur-accumulateur 12 et le deuxième échangeur de chaleur 13 peuvent être disposés dans deux conduits d'air du boîtier de chauffage, ventilation et/ou climatisation, aptes à canaliser le 30 flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule, en parallèles ou en série.

Afin d'assurer le refroidissement du flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule par le deuxième échangeur de chaleur 13, l'échangeur-accumulateur 12 et le deuxième échangeur de chaleur 13 sont, respectivement, adaptés pour fonctionner au moins en tant qu'évaporateur. De plus, l'échangeur-accumulateur 12 présente la caractéristique de comprendre une réserve de stockage de froid. En particulier, une telle réserve de stockage de froid est constituée par des accumulateurs contenant un matériau à changement de phase. Par ailleurs, selon les modes de fonctionnement de la présente invention, le deuxième échangeur de chaleur 13 peut être traversé par un flux d'air, notamment le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule ou ne pas être traversé par un tel flux d'air. 15 Selon la première variante de réalisation de la boucle de climatisation 1 présentée à la figure 1, les moyens d'alimentation 11 comprennent au moins : - une canalisation d'alimentation 23, reliant le premier échangeur de chaleur 3, la canalisation intermédiaire 22 ou le réservoir 4, à 20 l'échangeur-accumulateur 12, - un premier organe de détente 14, avantageusement piloté par l'unité de commande U et préférentiellement agencé sur la canalisation d'alimentation 23, - une canalisation de liaison 24, reliant l'échangeur-accumulateur 12 et 25 le deuxième échangeur de chaleur 13, et - un deuxième organe de détente 15, avantageusement piloté par l'unité de commande U et préférentiellement agencé sur la canalisation de liaison 24. 30 Les moyens d'échange thermique 10, notamment le deuxième échangeur de chaleur 13, sont raccordés à la canalisation d'aspiration 21. 10 De plus, les moyens d'alimentation 11 comprennent, avantageusement, une canalisation de contournement 25 raccordée à la canalisation de liaison 24 en parallèle du deuxième organe de détente 15. Préférentiellement, la canalisation de contournement 25 comprend une vanne de contournement 16, avantageusement commandée par l'unité de commande U. Dans un mode de fonctionnement dit "refroidissement" dans lequel la boucle de climatisation 1 est configurée, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U, de sorte à refroidir le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule, les moyens d'alimentation 11 sont adaptés pour que, lorsque le véhicule est en phase de décélération ou de freinage, le fluide réfrigérant à haute pression soit détendu en amont de l'échangeur-accumulateur 12, de sorte que le fluide réfrigérant détendu s'évapore en toute ou partie dans l'échangeur-accumulateur 12.

A cet effet, selon la première variante de réalisation de la boucle de climatisation 1 illustrée à la figure 1, le premier organe de détente 14 est apte à assurer une modulation du débit et/ou de la pression de détente. Une telle modulation du débit et/ou de la pression de détente est, par exemple, commandée par une sonde de température située sur la canalisation d'aspiration 21. Avantageusement, selon la première variante de réalisation de la boucle de climatisation 1 illustrée à la figure 1, le premier organe de détente 14 est un détendeur thermostatique.

Ainsi, lorsque le véhicule est en phase de décélération ou de freinage, l'énergie mécanique en sortie du groupe de propulsion est disponible. Dans une telle phase, le compresseur 2 est commandé de sorte à être en fonctionnement et la vanne de contournement 16 est commandée en ouverture. L'ouverture de la vanne de contournement 16 permet au fluide réfrigérant de contourner le deuxième organe de détente 15. Préférentiellement, lorsque le véhicule est en phase de décélération ou de freinage, le débit du fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation est augmenté.

La mise en fonctionnement du compresseur 2 et l'ouverture de la vanne de contournement 16 sont, en particulier, pilotées par l'unité de commande U.

Dans une telle configuration, le fluide réfrigérant, à haute pression en provenance du compresseur 2, est alors refroidi et, au moins partiellement, condensé dans le premier échangeur de chaleur 3. Par suite, le fluide réfrigérant traverse l'échangeur-accumulateur 12 après avoir été détendu par le premier organe de détente 14. Le fluide réfrigérant se vaporise alors, au moins partiellement, dans l'échangeur-accumulateur 12 de sorte qu'il constitue une source de froid. Si le matériau à changement de phase de l'échangeur-accumulateur 12 est à une température supérieure à la température de changement d'état, il va se refroidir jusqu'à atteindre cette dernière. Une fois la température de changement d'état atteinte, le matériau à changement de phase va progressivement changer d'état de sorte qu'il va emmagasiner du froid. Lorsque l'ensemble du matériau à changement de phase a changé d'état, la température de l'échangeur-accumulateur 12 va continuer à descendre selon la puissance frigorifique disponible. Dans la phase de décélération ou de freinage du véhicule, si l'intégralité du fluide réfrigérant n'a pas été vaporisée dans l'échangeur-accumulateur 12, la vaporisation du fluide réfrigérant se poursuit dans le deuxième échangeur de chaleur 13. Toutefois, dans la mesure où la vanne de contournement 16 est ouverte, de sorte qu'il n'y a aucune détente entre l'échangeur-accumulateur 12 et le deuxième échangeur de chaleur 13, la plus grande partie de la vaporisation du fluide réfrigérant intervient au niveau de l'échangeur-accumulateur 12. De plus, selon une forme de réalisation préférentielle, le premier organe de détente 14 régule automatiquement la détente et/ou le débit de fluide réfrigérant de sorte que le fluide réfrigérant soit complètement vaporisé avant d'être aspiré par le compresseur 7. Alternativement, afin de finaliser la vaporisation du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur de chaleur 13, la vanne de contournement 16 peut être momentanément fermée afin d'assurer une détente complémentaire du fluide réfrigérant par le deuxième organe de détente 15, préalablement, à une entrée dans le deuxième échangeur de chaleur 13.

Le mode de fonctionnement de la présente invention permet donc de convertir en froid, stocké dans l'échangeur-accumulateur 12, l'énergie mécanique disponible pendant une phase de décélération ou de freinage du véhicule au lieu de la perdre ou de la dissiper en chaleur.

Afin d'assurer et d'optimiser l'accumulation de froid pour le changement de phase, la température de changement d'état sera relativement élevée, notamment comprise entre 5°C et 20°C, préférentiellement entre 10°C et 15°C. Dans le mode de fonctionnement dit "refroidissement" dans lequel la boucle de climatisation 1 est configurée, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U, de sorte refroidir le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule, et en phase d'accélération du véhicule, les moyens d'alimentation 11 sont adaptés, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U, pour faire circuler le fluide réfrigérant dans l'échangeur-accumulateur 12 avant d'alimenter le deuxième échangeur de chaleur 13. Ainsi, lorsque l'échangeur-accumulateur 12 a préalablement accumulé du froid, le fluide réfrigérant subit un premier refroidissement avant d'atteindre le deuxième échangeur de chaleur 13, de sorte que, pour une puissance de refroidissement donnée, le débit de fluide réfrigérant refroidi nécessaire est alors inférieur au débit de fluide réfrigérant non refroidi qui aurait été nécessaire pour atteindre la même puissance frigorifique.

Ainsi, la présente invention permet, grâce au froid accumulé en phase de décélération ou de freinage, de réduire, en phase d'accélération, le débit du compresseur 2 et donc l'énergie prélevée pour entraîner le compresseur 2 au détriment de la propulsion.

De plus, selon la présente invention, l'échangeur-accumulateur 12 est susceptible d'être traversé par un flux d'air, notamment le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule, afin d'assurer également un réchauffement du fluide réfrigérant.

Selon la première variante de réalisation de la boucle de climatisation 1 illustrée à la figure 1, en phase d'accélération du véhicule, la vanne de contournement 16 est commandée en fermeture, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U. Ainsi, le fluide réfrigérant subit une détente complémentaire, par l'intermédiaire du deuxième organe de détente 15, avant d'atteindre le deuxième échangeur de chaleur 13 de sorte que la température du fluide réfrigérant dans l'échangeur-accumulateur 12 augmente. Ceci a pour effet de réduire, voire supprimer, l'échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le matériau à changement de phase. Si la détente complémentaire dans le deuxième organe de détente 15 est totale, le fluide réfrigérant se refroidit au contact du matériau à changement de phase. Selon un mode particulier de réalisation, le deuxième organe de détente 15 est un orifice-tube.

Par ailleurs, dans la mesure où selon l'exemple illustré, l'échangeur-accumulateur 12 est également adapté pour refroidir le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule. La réserve de froid constituée dans l'échangeur-accumulateur 12 est mise à profit de manière optimale de sorte que, pendant les phases d'accélération du véhicule, le débit du compresseur 2 peut être, temporairement, réduit au minimum, afin de minimiser l'énergie nécessaire à l'entraînement du compresseur 2 et favoriser une utilisation de l'énergie à la propulsion du véhicule.

Selon la première variante de réalisation de la boucle de climatisation 1 illustrée à la figure 1, en phase d'accélération, le fluide réfrigérant subit une première détente au niveau du premier organe de détente 14 avant de passer dans l'échangeur-accumulateur 12, puis de subir une deuxième détente au niveau du deuxième organe de détente 15 avant de passer dans le deuxième échangeur de chaleur 13. Alternativement, afin d'augmenter la puissance frigorifique disponible au niveau du deuxième échangeur de chaleur 13, en phase d'accélération, il est possible de détendre le fluide réfrigérant uniquement en amont du deuxième échangeur de chaleur 13. Il n'y a donc pas de détente en amont de l'échangeur-accumulateur 12. A cet effet, selon une variante de réalisation illustrée à la figure 2 présentant une vue schématique d'une deuxième variante de réalisation de la boucle de climatisation 1 selon la présente invention, les moyens d'alimentation 11 comprennent, avantageusement, une canalisation de dérivation 26 raccordée à la canalisation d'alimentation 23, en parallèle du premier organe de détente 14. Préférentiellement, la canalisation de dérivation 26 comprend une vanne de dérivation 17, avantageusement commandée par l'unité de commande U.

Selon un mode particulier de fonctionnement de la deuxième variante de réalisation de la boucle de climatisation 1, en phase d'accélération, la vanne de dérivation 17, est commandée en ouverture, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U, de sorte que le fluide réfrigérant contourne le premier organe de détente 14 et n'est donc pas détendu en amont de l'échangeur-accumulateur 12. Dans la phase d'accélération, le vanne de contournement 16 est maintenu fermée, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U, de sorte que le fluide réfrigérant est détendu uniquement en amont du deuxième organe de détente 15. Ainsi, toute la puissance frigorifique est disponible au niveau du deuxième échangeur de chaleur 13.

Si le matériau à changement de phase de l'échangeur-accumulateur 12 est à une température inférieure à la température de changement d'état, il va se réchauffer jusqu'à atteindre cette dernière. Une fois la température de changement d'état atteinte, le matériau à changement de phase va progressivement changer d'état de sorte qu'il va restituer le froid stocké. Lorsque l'ensemble du matériau à changement de phase a changé d'état, la température de l'échangeur-accumulateur 12 va continuer à augmenter selon la puissance frigorifique disponible.

Selon un mode particulier de fonctionnement de la deuxième variante de réalisation de la boucle de climatisation 1, en phase de décélération ou de freinage, la vanne de dérivation 17, respectivement la vanne de contournement 16, peut être ouverte ou fermée, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U.

Dans le cas où la vanne de dérivation 17 est fermée, la boucle de climatisation 1 fonctionnera comme décrit précédemment en relation avec la figure 1. Dans le cas où la vanne de dérivation 17 est ouverte et la vanne de contournement 16 est fermée, toute la puissance frigorifique disponible sera affectée au deuxième échangeur de chaleur 13 pour assurer le refroidissement du flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule. Selon la deuxième variante de réalisation de la boucle de climatisation 1 illustrée à la figure 2, le premier organe de détente 14 est, préférentiellement, un détendeur thermostatique et le deuxième organe de détente 15 est, avantageusement, un orifice-tube. Le premier organe de détente 14 et le deuxième organe de détente 15 sont aptes à assurer une modulation du débit et/ou de la pression de détente. Une telle modulation du débit et/ou de la pression de détente est, par exemple, commandée par une sonde de température située sur la canalisation d'aspiration 21 en aval du deuxième échangeur de chaleur 13.

Dans les formes de réalisation décrites aux figures 1 et 2, l'échangeur-accumulateur 12 et le deuxième échangeur de chaleur 13 sont montés en série dans la boucle de climatisation 1. Toutefois, l'échangeur-accumulateur 12 et le deuxième échangeur de chaleur 13 peuvent également être montés, au moins partiellement, en parallèle dans la boucle de climatisation 1, tel qu'illustré sur la figure 3 présentant une vue schématique d'une troisième variante de réalisation de la boucle de climatisation 1 selon la présente invention.

Selon troisième variante de réalisation d'une boucle de climatisation 1, la canalisation d'alimentation 23 comprend une première branche de raccordement 27 raccordant l'échangeur-accumulateur 12 au premier échangeur de chaleur 3. La première branche de raccordement 27 comporte le premier organe de détente 14. L'échangeur-accumulateur 12 est raccordé à la canalisation d'aspiration 21 par une première canalisation d'évacuation 28. De plus, selon troisième variante de réalisation d'une boucle de climatisation 1, la canalisation d'alimentation 23 comprend une deuxième branche de raccordement 29 raccordant le premier échangeur de chaleur 3 au deuxième échangeur de chaleur 13. La deuxième branche de raccordement 29 comporte le deuxième organe de détente 15. Le deuxième échangeur de chaleur 13 est raccordé à la canalisation d'aspiration 21 par une deuxième canalisation d'évacuation 30.

Avantageusement, selon la troisième variante de réalisation de la boucle de climatisation 1, la deuxième branche de raccordement 29 traverse, au moins partiellement, l'échangeur-accumulateur 12. Dans un tel agencement, la deuxième branche de raccordement 29 constitue un circuit distinct du circuit interne de l'échangeur-accumulateur 12. Ainsi le fluide réfrigérant est à haute pression dans la deuxième branche de raccordement 29 jusqu'au deuxième organe de détente 15, agencé en aval de l'échangeur-accumulateur 12 et en amont du deuxième échangeur de chaleur 13.

Avantageusement, le deuxième organe de détente 15 est piloté par l'unité de commande U.

Enfin, le deuxième échangeur de chaleur 13 est raccordé à la conduite d'aspiration 21 par la deuxième canalisation d'évacuation 30. Selon la présente invention, avantageusement, la première branche de raccordement 27 et la deuxième branche de raccordement 29 sont agencées en parallèle entre la canalisation d'alimentation 23 et la conduite d'aspiration 21. Ainsi, la canalisation d'alimentation 23, la canalisation de liaison 24, la première branche de raccordement 27, la première canalisation d'évacuation 28, la deuxième branche de raccordement 29 et la deuxième canalisation d'évacuation 30 constituent les moyens d'alimentation 11 au sens de la présente invention. Dans le mode de fonctionnement dit "refroidissement" dans lequel la boucle de climatisation 1 est configurée, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U, de sorte à refroidir le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule, en phase de décélération ou de freinage du véhicule, le premier organe de détente 14 et le deuxième organe de détente 15 sont en fonctionnement, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U.. En phase de décélération ou de freinage du véhicule, le premier organe de détente 14 peut aussi être ouvert et le deuxième organe de détente 15 peut aussi être fermé, notamment par l'intermédiaire de l'unité de commande U. En phase d'accélération du véhicule, le premier organe de détente 14 est fermé et le deuxième organe de détente 15 est ouvert, notamment par l'intermédiaire 30 de l'unité de commande U. Dans l'ensemble des variantes de réalisation décrites en relation avec les figures 1 à 3, la boucle de climatisation 1 comporte un premier organe de détente 14 et un deuxième organe de détente 15. Dans le cadre de la présente invention, le premier organe de détente 14, respectivement le deuxième organe de détente 15, peut être notamment un orifice-tube, un détendeur thermostatique ou un détendeur électronique. Selon le type d'organe de détente choisi, la boucle de climatisation 1 est susceptible d'être partiellement modifiée pour intégrer des composants complémentaires (réservoir, accumulateur, ..) afin d'assurer une performance optimisée. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.

Claims (26)

1. REVENDICATIONS1. Boucle de climatisation (1), dans laquelle circule un fluide réfrigérant, apte à fonctionner au moins dans un mode de fonctionnement dit "refroidissement" d'un flux d'air destiné à être diffusé dans un habitacle d'un véhicule, comprenant un compresseur (2) raccordé, en aval, par une conduite de refoulement (20) et, en amont, par une conduite d'aspiration (21) et au moins : - un premier échangeur de chaleur (3), apte à fonctionner au moins en tant que condenseur, - un deuxième échangeur de chaleur (13), apte à fonctionner au moins en tant qu'évaporateur et à échanger de la chaleur avec le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule, - un échangeur-accumulateur (12), apte à fonctionner au moins en tant qu'évaporateur et comprenant au moins une réserve de stockage de froid, caractérisée en ce que la boucle de climatisation (1) comprend des moyens d'alimentation (11) du deuxième échangeur de chaleur (13) et de l'échangeur-accumulateur (12) disposés en amont et en aval de l'échangeur-accumulateur (12).
2. 2. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 1, dans laquelle les moyens d'alimentation (11) comprennent : - une canalisation d'alimentation (23) entre le premier échangeur de chaleur (3) et l'échangeur-accumulateur (12) et - une canalisation de liaison (24) entre l'échangeur-accumulateur (12) et le deuxième échangeur de chaleur (13).
3. 3. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 2, dans laquelle la canalisation d'alimentation (23) comprend : - une première branche de raccordement (27) entre le premier échangeur de chaleur (3) et l'échangeur-accumulateur (12), et- une deuxième branche de raccordement (29) entre le premier échangeur de chaleur (3) et le deuxième échangeur de chaleur (13).
4. 4. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle la canalisation d'alimentation (23) ou la première branche de raccordement (27) comprend un premier organe de détente (14).
5. 5. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation (11) comprennent une canalisation de dérivation (26) raccordée à la canalisation d'alimentation (23) en parallèle du premier organe détente (14).
6. 6. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 5, dans laquelle la canalisation de dérivation (26) comprend une vanne de dérivation (17).
7. 7. Boucle de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans laquelle la deuxième branche de raccordement (29) traverse, au moins partiellement, l'échangeur-accumulateur (12).
8. 8. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 7, dans laquelle la canalisation de liaison (24) constitue au moins une partie de la deuxième branche de raccordement (29).
9. 9. Boucle de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans laquelle la canalisation de liaison (24) comprend un deuxième organe détente (15).
10. 10. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 9, dans laquelle les moyens d'alimentation (11) comprennent une canalisation de contournement (25) raccordée à la canalisation de liaison (24) en parallèle du deuxième organe détente (15).
11. 11. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 10, dans laquelle la canalisation de contournement (25) comprend une vanne de contournement (16).
12. 12. Boucle de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens d'alimentation (11) comprennent une première canalisation d'évacuation (28) entre l'échangeur-accumulateur (12) et la conduite d'aspiration (21).
13. 13. Boucle de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens d'alimentation (11) comprennent une deuxième canalisation d'évacuation (30) entre le deuxième échangeur de chaleur (13) et la conduite d'aspiration (21).
14. 14. Boucle de climatisation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un réservoir (4) agencé entre le premier échangeur de chaleur (3) et l'échangeur-accumulateur (12).
15. 15. Boucle de climatisation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'échangeur-accumulateur (12) est apte à échanger de la chaleur avec le flux d'air destiné à être diffusé dans l'habitacle du véhicule.
16. 16. Boucle de climatisation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité de commande (U) apte à commander le compresseur (2) et/ou le premier organe détente (14) et/ou le deuxième organe détente (15) et/ou la vanne de contournement (16) et/ou la vanne de dérivation (17).
17. 17. Procédé de commande d'une boucle de climatisation (1) selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'unité de commande (U) augmente le débit du fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation (1) lorsque le véhicule est en phase de décélération ou de freinage.
18. 18. Procédé de commande d'une boucle de climatisation (1) selon la revendication 17, dans lequel l'unité de commande (U) ouvre la vanne de contournement (16).
19. 19. Procédé de commande selon la revendication 17 ou 18, dans lequel l'unité de commande (U) ferme la vanne de dérivation (17).
20. 20. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, dans lequel l'unité de commande (U) pilote le premier organe de détente (14) pour vaporiser du fluide réfrigérant dans l'échangeur-accumulateur (12).
21. 21. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 17 à 20, dans lequel l'unité de commande (U) et les moyens d'alimentation (11) permettent une alimentation du deuxième échangeur de chaleur (13) en fluide réfrigérant à basse pression en provenance de l'échangeur-accumulateur (12) .
22. 22. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 17 à 21, dans lequel l'unité de commande (U) et les moyens d'alimentation (11) permettent une détente, au moins partielle, du fluide réfrigérant entre l'échangeur-accumulateur (12) et le deuxième échangeur de chaleur (13).
23. 23. Procédé de commande d'une boucle de climatisation (1) selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'unité de commande (U) est adaptée, pour diminuer le débit du fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation (1) lorsque le véhicule est en phase d'accélération.
24. 24. Procédé de commande selon la revendication 23, dans lequel l'unité de commande (U) ouvre la vanne de dérivation (17).
25. 25. Procédé de commande selon la revendication 23 ou 24, dans lequel l'unité de commande (U) ferme le premier organe de détente (14).
26. 26. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 23 à 25, dans lequel l'unité de commande (U) et les moyens d'alimentation (11) permettent une circulation de fluide réfrigérant au niveau de température de changement de phase du matériau à changement de phase contenu dans le dans l'échangeur-accumulateur (12).