FR2993960A1 - Boucle de conditionnement thermique pour vehicule automobile et procede de pilotage associe - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une boucle de conditionnement thermique pour véhicule automobile dans laquelle est apte à circuler au moins un fluide (FR), la boucle de conditionnement thermique (1) comprenant : - au moins un échangeur thermique (5) agencé de façon à être traversé par un flux d'air extérieur (FE) au véhicule, pour un échange thermique entre le fluide (FR) et le flux d'air extérieur (FE), - au moins un évaporateur (7) et au moins un condenseur (9) agencés de façon à être traversés par un flux d'air à destination de l'habitacle (FH) du véhicule, pour un échange thermique entre le fluide (FR) et le flux d'air à destination de l'habitacle (FH). Selon l'invention, la boucle de conditionnement thermique (1) comporte en outre au moins un élément chauffant électrique (11) agencé en amont de l'évaporateur (7) dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle (FH). L'invention concerne aussi un procédé de pilotage d'une telle boucle de conditionnement (1).

Description

-1- Boucle de conditionnement thermique pour véhicule automobile et procédé de pilotage associé L'invention concerne une boucle de conditionnement thermique d'une 5 installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile électrique ou hybride. L'invention concerne aussi un procédé de pilotage d'une telle boucle de conditionnement thermique. Un véhicule automobile électrique ou hybride, dont la propulsion est assurée au 10 moins partiellement par un moteur électrique, est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle du véhicule en délivrant un flux d'air conditionné à l'intérieur de l'habitacle. Cette installation comprend généralement une boucle de conditionnement 15 thermique à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant. De façon traditionnelle, la boucle de conditionnement thermique comprend un compresseur pour comprimer le fluide réfrigérant. La boucle de conditionnement comprend aussi un échangeur thermique dit externe pour un échange thermique entre le fluide réfrigérant et de l'air ambiant, tel que l'air extérieur au véhicule. 20 De plus, la boucle de conditionnement comprend généralement au moins un échangeur thermique interne dans lequel le fluide réfrigérant échange de la chaleur avec le flux d'air destiné à être délivré à l'intérieur de l'habitacle. Un tel échangeur thermique interne peut être installé dans un boîtier de l'installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, dans lequel circule le 25 flux d'air envoyé dans l'habitacle du véhicule. Il est connu par exemple d'agencer un évaporateur dans lequel le fluide réfrigérant échange de la chaleur avec le flux d'air destiné à être délivré à l'intérieur de l'habitacle pour le refroidir, et un condenseur aussi appelé condenseur interne pour réchauffer ce flux d'air à destination de l'habitacle par échange de chaleur avec le fluide 30 réfrigérant. -2- Par ailleurs, l'échangeur thermique externe peut être apte à travailler en mode évaporateur ou en mode condenseur selon le pilotage de la boucle de conditionnement. En particulier, pour des besoins de chauffage, une solution connue est d'utiliser la boucle de conditionnement en mode pompe à chaleur, avec une évaporation du fluide 5 réfrigérant au sein de l'échangeur thermique externe travaillant en mode évaporateur, et une condensation du fluide réfrigérant sous forme de gaz chaud qui cède de la chaleur au flux d'air à destination de l'habitacle. Cette condensation est réalisée au sein du condenseur interne. L'inconvénient d'une telle solution lorsqu'elle est mise en oeuvre en conditions 10 hivernales, est le risque de givrage de l'échangeur thermique externe travaillant en mode évaporateur du fait de la condensation de la vapeur d'eau dans l'air et de son refroidissement au contact des parois. En particulier, d'éventuels intercalaires à l'intérieur de l'échangeur thermique externe peuvent être pris en glace. Ceci a pour effet de diminuer significativement les échanges thermiques au sein 15 de cet échangeur thermique externe, et par conséquent la puissance et l'efficacité de la boucle de conditionnement. On connaît de l'art antérieur, une solution qui consiste à utiliser l'échangeur thermique externe en mode condenseur. Pour ce faire, la boucle de conditionnement est communément utilisée en mode climatisation, dit mode A/C. Ainsi, l'échangeur 20 thermique en mode condenseur est traversé par des gaz chauds ce qui permet le dégivrage. Pour le dégivrage de l'échangeur thermique externe, la pression du fluide réfrigérant sous forme de gaz chaud doit être suffisante, par exemple supérieure ou égale à 5 bars. 25 Cependant, en conditions hivernales, la récupération de charge thermique au niveau de l'évaporateur peut ne pas être suffisante de sorte que la haute pression nécessaire pour le dégivrage ne soit pas atteinte au niveau de l'échangeur thermique externe. Dans de telles conditions, le dégivrage de l'échangeur thermique externe peut 30 s'avérer difficile. -3- L'invention a donc pour objectif de pallier au moins partiellement ces inconvénients de l'art antérieur en proposant une boucle de climatisation offrant une plus grande puissance de chauffage et en améliorant le dégivrage de l'échangeur 5 thermique externe. À cet effet, l'invention a pour objet une boucle de conditionnement thermique pour véhicule automobile dans laquelle est apte à circuler au moins un fluide, la boucle de conditionnement comprenant : 10 au moins un échangeur thermique agencé de façon à être traversé par un flux d'air extérieur au véhicule, pour un échange thermique entre le fluide et le flux d'air extérieur, au moins un évaporateur et au moins un condenseur agencés de façon à être traversés par un flux d'air à destination de l'habitacle du véhicule, pour un 15 échange thermique entre le fluide et le flux d'air à destination de l'habitacle, caractérisée en ce que la boucle de conditionnement thermique comporte en outre au moins un élément chauffant électrique agencé en amont de l'évaporateur dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle. 20 Avec un tel agencement de l'élément chauffant électrique en amont de l'évaporateur, le flux d'air traversant l'élément chauffant électrique n'est pas chauffé. Ainsi, dans le cas d'un chauffage par résistance électrique à coefficient de température positif, autrement appelé CTP, la résistance CTP n'augmente pas beaucoup, et donc la puissance de chauffage ne diminue pas. 25 Le chauffage CTP ainsi agencé peut donc offrir plus de puissance de chauffage par rapport aux solutions de l'art antérieur. De plus, avec l'agencement de l'élément chauffant électrique en amont de l'évaporateur, en cas de pilotage de la boucle de conditionnement pour dégivrer l'échangeur thermique externe, le flux d'air est d'abord réchauffé avant de traverser 30 l'évaporateur, ce qui permet une meilleure récupération de puissance de chauffage pour -4- permettre le dégivrage de l'échangeur thermique externe. En conclusion, avec ce nouvel agencement en amont de l'évaporateur, l'élément chauffant électrique permet une augmentation de la puissance de chauffage dans la boucle de conditionnement.

La boucle de conditionnement peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : la boucle de conditionnement thermique comprend un premier élément chauffant électrique agencé en amont de l'évaporateur dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle et un deuxième élément chauffant électrique agencé en amont du condenseur dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle ; la boucle de conditionnement comprend un premier élément chauffant électrique agencé en amont de l'évaporateur dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle et un deuxième élément chauffant électrique agencé en aval du condenseur dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle ; un élément chauffant électrique comprend des résistances électriques ; l'évaporateur est agencé en amont du condenseur dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle ; la boucle de conditionnement thermique comprend un compresseur de fluide ; la boucle de conditionnement comprend au moins une première vanne de commande pour diriger le fluide en sortie du compresseur vers le condenseur ou vers l'échangeur thermique la boucle de conditionnement comprend au moins une deuxième vanne de commande pour diriger le fluide en sortie de l'échangeur thermique vers le compresseur ou vers l'évaporateur. L'invention concerne également un procédé de pilotage d'une boucle de 30 conditionnement thermique dans laquelle circule au moins un fluide et comprenant un -5- compresseur, au moins un échangeur thermique pour un échange thermique du fluide avec un flux d'air extérieur, et au moins un élément chauffant électrique, au moins un évaporateur et au moins un condenseur agencés en série dans le sens d'écoulement d'un flux d'air à destination de l'habitacle, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape dans laquelle on active l'élément chauffant électrique agencé en amont de l'évaporateur dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle de manière à réchauffer le flux d'air à destination de l'habitacle avant de traverser l'évaporateur. Selon un mode de réalisation, le procédé de pilotage comprend les étapes 10 suivantes : on comprime le fluide dans le compresseur, on condense le fluide en sortie du compresseur au sein du condenseur, et on évapore le fluide condensé en sortie du condenseur au sein de l'évaporateur avec un échange thermique avec le flux d'air à destination de l'habitacle chauffé par 15 l'élément chauffant électrique en amont de l'évaporateur. Il s'agit d'un mode pompe à chaleur permettant de réchauffer l'habitacle. Le réchauffement du flux d'air au préalable par l'élément chauffant électrique permet d'obtenir une puissance de chauffage suffisante au niveau du condenseur. 20 Selon un autre mode de réalisation, le procédé de pilotage comprend les étapes suivantes : - on comprime le fluide dans le compresseur, - on condense le fluide en sortie du compresseur au sein de l'échangeur thermique travaillant en mode condenseur, 25 - on évapore le fluide condensé en sortie de l'échangeur thermique au sein de l'évaporateur avec un échange thermique avec le flux d'air à destination de l'habitacle chauffé par l'élément chauffant électrique en amont de l'évaporateur. Ce mode de pilotage peut être utilisé pour le dégivrage de l'échangeur thermique. Le réchauffement du flux d'air à l'aide de l'élément chauffant électrique permet 30 d'apporter une puissance de chaleur suffisante pour réaliser le dégivrage de l'échangeur -6- thermique. Selon un autre mode de réalisation, le procédé de pilotage comprend les étapes suivantes : on comprime le fluide dans le compresseur, on condense une partie du fluide en sortie du compresseur au sein de l'échangeur thermique travaillant en mode condenseur, on condense l'autre partie du fluide en sortie du compresseur au sein du condenseur, et on évapore au sein de l'évaporateur le fluide condensé d'une part en sortie de l'échangeur thermique et d'autre part en sortie du condenseur avec un échange thermique avec le flux d'air à destination de l'habitacle chauffé par l'élément chauffant électrique en amont de l'évaporateur. Ce mode de pilotage est un mode combiné pompe à chaleur et dégivrage, qui 15 permet de répartir la puissance de chauffage pour le dégivrage de l'échangeur thermique et pour réchauffer l'habitacle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non 20 limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente de façon schématique une boucle de conditionnement thermique d'un système de conditionnement pour véhicule automobile, la figure 2 représente de façon schématique la boucle de conditionnement thermique selon une variante de réalisation, 25 la figure 3 représente de façon schématique la boucle de conditionnement thermique selon une autre variante de réalisation, la figure 4 représente de façon schématique la boucle de conditionnement thermique de la figure 1 selon un mode de fonctionnement en climatisation, la figure 5 représente de façon schématique la boucle de conditionnement thermique 30 selon un mode dégivrage, -7- la figure 6 représente de façon schématique la boucle de conditionnement thermique selon un premier mode de fonctionnement en pompe à chaleur, la figure 7 représente de façon schématique la boucle de conditionnement thermique selon un deuxième mode de fonctionnement en pompe à chaleur, et la figure 8 représente de façon schématique la boucle de conditionnement thermique selon un mode de fonctionnement combiné en pompe à chaleur et dégivrage. Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.

La figure 1 montre de façon schématique et simplifiée une boucle de conditionnement 1 d'un système de conditionnement pour véhicule automobile. Un tel système de conditionnement permet de modifier les paramètres de l'air à l'intérieur de l'habitacle du véhicule en conditionnant un flux d'air Fil à destination de l'habitacle et en délivrant le flux d'air FH conditionné à l'intérieur de l'habitacle. À cet effet, le système de conditionnement peut comprendre un pulseur (non représenté) pour faire circuler le flux d'air FH par exemple depuis une bouche d'admission d'air vers une bouche de délivrance d'air dans l'habitacle. Il peut notamment comprendre une bouche de dégivrage/désembuage destinée à délivrer le flux d'air FH vers le pare-brise et/ou les vitres avant du véhicule.

Le flux d'air FH à conditionner peut être un flux d'air « recyclé » c'est-à-dire un flux d'air prélevé à l'intérieur de l'habitacle du véhicule, ou un flux d'air neuf extérieur au véhicule. On peut également prévoir un mélange de flux d'air « recyclé » et de flux d'air neuf À cet effet, un volet de mixage par exemple permet de commander la proportion de flux d'air neuf et de flux d'air « recyclé » devant être délivré à l'intérieur de l'habitacle. À titre d'exemple illustratif, un fluide, notamment un fluide réfrigérant FR, tel qu'un composé fluoré connu sous l'appellation Ri 34A ou du dioxyde de carbone, circule dans la boucle de conditionnement 1.

Selon le mode de réalisation illustré, la boucle de conditionnement 1 comprend : -8- un compresseur 3, un échangeur thermique 5 avec un flux d'air extérieur FE provenant de l'extérieur du véhicule, on parle également d'échangeur thermique externe 5 couramment appelé évapo-condenseur, un évaporateur 7 agencé de manière à conditionner le flux d'air Fil à destination de l'habitacle du véhicule, un condenseur 9 agencé de manière à conditionner le flux d'air FH à destination de l'habitacle du véhicule, on parle également de condenseur interne 9, et au moins un élément chauffant électrique 11 disposé en amont de l'évaporateur 7 selon le sens d'écoulement du flux d'air FH à destination de l'habitacle. En fonctionnement, le compresseur 3 reçoit généralement en entrée le fluide réfrigérant FR à l'état gazeux sous basse pression et basse température, tel qu'illustré schématiquement par le sigle « BP » au-dessus des canalisations sur les figures.

La compression permet d'élever la pression et la température du fluide réfrigérant FR, tel qu'illustré schématiquement par le sigle « HP » au-dessus des canalisations sur les figures. De plus, on peut prévoir un accumulateur 13 en amont du compresseur 3 dans le sens de circulation du fluide réfrigérant FR, de manière à éviter une admission de fluide 20 réfrigérant FR liquide à l'intérieur du compresseur 3. En sortie du compresseur 3, le fluide réfrigérant FR peut circuler vers le condenseur interne 9 ou contourner ce condenseur interne 9 en circulant dans une conduite de contournement 15 du condenseur interne 9. 25 Pour ce faire, l'orifice de sortie du compresseur 3 est par exemple raccordé à une première vanne de commande 17 telle qu'une première vanne trois-voies 17. La première vanne trois-voies 17 comprend une voie d'entrée 19 raccordée au compresseur 3, une première voie de sortie 21 et une deuxième voie de sortie 23. La première vanne trois-voies 17 contrôle la circulation du fluide réfrigérant FR 30 de façon à le diriger vers la première voie de sortie 21 et/ou vers la seconde voie de -9- sortie 23. La première voie de sortie 21 est raccordée à un orifice d'entrée du condenseur interne 9. La deuxième voie de sortie 23 est quant à elle raccordée à un orifice d'entrée de l'échangeur thermique externe 5 via la conduite de contournement 15 du condenseur interne 9. L'échangeur thermique externe 5 est par exemple agencé à l'intérieur du véhicule au niveau de la face avant du véhicule pour être traversé par un flux d'air extérieur FE 10 en provenance de l'extérieur du véhicule. Cet échangeur thermique externe 5 peut travailler en mode condenseur ou évaporateur selon le mode de fonctionnement de la boucle de conditionnement 1. En mode condenseur, l'échangeur thermique externe 5 reçoit le fluide réfrigérant FR sous forme de gaz chaud. Le gaz chaud cède de la chaleur au flux d'air extérieur FE. 15 L'échangeur thermique externe 5 travaille par exemple en mode évaporateur lorsque la boucle de conditionnement 1 est pilotée dans un mode pompe à chaleur décrit par la suite pour chauffer l'habitacle. En mode évaporateur, le fluide réfrigérant FR s'évapore dans l'échangeur thermique externe 5 et en s'évaporant le fluide réfrigérant FR absorbe la chaleur du flux 20 d'air extérieur FE traversant l'échangeur thermique externe 5; ce qui a pour effet de refroidir le flux d'air extérieur FE. Un premier organe de détente 25 est agencé en série avec l'échangeur thermique externe 5 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant FR. Ce premier organe de détente 25 peut être fermé, préférentiellement de façon électrique. 25 Plus précisément, le premier organe de détente 25 est selon le mode de réalisation illustré interposé entre l'échangeur thermique externe 5 et le condenseur interne 9. En particulier, lorsque l'échangeur thermique externe 5 fonctionne en mode évaporateur, par exemple dans un mode pompe à chaleur pour réchauffer l'habitacle, le 30 fluide réfrigérant FR circule en série dans le premier organe de détente 25 puis dans -10- l'échangeur thermique externe 5, de façon à abaisser la pression et la température du fluide réfrigérant FR avant l'évaporation au sein de l'échangeur thermique externe 5. En sortie de l'échangeur thermique externe 5, le fluide réfrigérant FR peut 5 circuler vers l'évaporateur 7 ou directement vers le compresseur 3 en passant par une conduite de contournement 27 de l'évaporateur 7. Pour ce faire, l'orifice de sortie de l'échangeur thermique externe 5 est par exemple raccordé à une deuxième vanne de commande 29 telle qu'une deuxième vanne trois-voies 29. 10 La deuxième vanne trois-voies 29 comprend une voie d'entrée 31 raccordée à l'échangeur thermique externe 5, une première voie de sortie 33 et une deuxième voie de sortie 35. La première voie de sortie 33 est raccordée à un orifice d'entrée de l'évaporateur 7. 15 La deuxième voie de sortie 35 est quant à elle raccordée à la conduite de conduite de contournement 27 de l'évaporateur 7. La deuxième vanne trois-voies 29 contrôle la circulation du fluide réfrigérant FR de façon à le diriger vers la première voie de sortie 33 et/ou vers la seconde voie de sortie 35. La circulation du fluide réfrigérant FR dans la conduite de contournement 27 20 de l'évaporateur 7 ou dans l'évaporateur 7 est donc commandée par la deuxième vanne trois-voies 29, commandée préférentiellement par la stratégie de pilotage mise en oeuvre. En ce qui concerne l'évaporateur 7, le fluide réfrigérant FR entrant dans 25 l'évaporateur 7 absorbe la chaleur du flux d'air FH à destination de l'habitacle en s'évaporant ; ce qui a pour effet de refroidir le flux d'air FH. Un deuxième organe de détente 37 est agencé en série avec l'évaporateur 7 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant FR. En particulier, lorsque la boucle de conditionnement 1 est pilotée en mode 30 climatisation, le fluide réfrigérant FR circule en série dans le deuxième organe de détente 37 puis dans l'évaporateur 7. La détente permet d'abaisser la pression et la température du fluide réfrigérant FR.

Par ailleurs, cet évaporateur 7 est selon l'exemple illustré agencé en amont du condenseur interne 9 dans le sens d'écoulement du flux d'air FH à destination de l'habitacle du véhicule. Cet agencement permet de refroidir le flux d'air à destination de l'habitacle FH par passage dans l'évaporateur 7 avant de le chauffer par passage dans le condenseur 9. 10 Ceci est intéressant pour réaliser un désembuage. En ce qui concerne le condenseur interne 9, il reçoit le fluide réfrigérant FR sous forme de gaz chaud. Le gaz chaud cède de la chaleur au flux d'air à destination de l'habitacle FH, de façon à réchauffer l'habitacle. 15 En sortie du condenseur interne 9, le fluide réfrigérant FR peut circuler soit vers l'échangeur thermique externe 5 soit vers l'évaporateur 7. On peut prévoir un clapet anti-retour 39 entre le condenseur interne 9 et le premier organe de détente 25 en amont de l'échangeur thermique externe 5. De même, on peut prévoir un clapet anti-retour 41 entre le condenseur interne 9 20 et le deuxième organe de détente 37 en amont de l'évaporateur 7. Ces clapets anti-retour 39 et 41 ont pour fonction d'autoriser le passage du fluide réfrigérant FR dans un sens et de le bloquer dans l'autre sens. Enfin, en ce qui concerne l'élément chauffant électrique 11 en amont de 25 l'évaporateur 7, dans le sens d'écoulement du flux d'air FH à destination de l'habitacle du véhicule, il peut s'agir notamment d'un chauffage par résistance électrique. En particulier, il peut s'agir d'un chauffage par résistance électrique à coefficient de température positif, autrement appelé CTP. La puissance de chauffage est par exemple entre 900W et 1800W. 30 L'agencement de cet élément chauffant électrique 11 en amont de l'évaporateur 7 -12- est avantageux pour le dégivrage de l'échangeur thermique externe 5. En effet, lors de l'utilisation par temps froid et humide de la boucle de conditionnement thermique avec l'échangeur thermique externe 5 travaillant en mode évaporateur, l'échangeur thermique externe 5 est exposé à un risque de givrage. Le risque de givrage est dû à la condensation de la vapeur d'eau dans l'air et à son refroidissement au contact des parois de l'échangeur thermique externe 5. En particulier, d'éventuels intercalaires à l'intérieur de l'échangeur thermique externe 5 peuvent être pris en glace.

Selon une variante de réalisation représentée par la figure 2: un premier élément chauffant électrique 111 est agencé en amont de l'évaporateur 7, dans le sens d'écoulement du flux d'air FH à destination de l'habitacle du véhicule, et un deuxième élément chauffant électrique 112 est agencé en aval du condenseur interne 9 dans le sens d'écoulement du flux d'air FH à destination de l'habitacle.

Selon encore une autre variante de réalisation représentée par la figure 3, le deuxième élément chauffant électrique 112 est agencé en amont du condenseur interne 9 selon le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle FH. Pour le premier 111 élément chauffant électrique, il peut s'agir également d'un chauffage par résistance électrique à coefficient de température positif, autrement appelé 20 CTP. De même, pour le deuxième 112 élément chauffant électrique, il peut s'agir d'un chauffage par résistance électrique à coefficient de température positif, autrement appelé CTP. L'agencement du deuxième élément chauffant électrique 112 en amont ou en aval 25 du condenseur interne 9 peut être choisi indifféremment selon les besoins de l'Homme du métier. La puissance totale des deux éléments chauffants électriques 111 et 112 est par exemple comprise entre 900W et 1800W. La puissance du premier élément chauffant électrique 111 est choisie 30 suffisamment grande pour permettre le dégivrage de l'échangeur thermique externe 5. -13- En effet, comme cela sera décrit par la suite, c'est la puissance de chauffage apportée par l'élément chauffant électrique qui est agencé en amont de l'évaporateur 7, qui permet le dégivrage. Selon un mode de réalisation particulier, la puissance du premier élément 5 chauffant électrique 111 est de l'ordre de 500W. On décrit maintenant différents modes de fonctionnement de la boucle de conditionnement thermique selon la première variante de réalisation représentée à la figure 1. 10 Les figures 4 à 8 sont des représentations schématiques de la boucle de conditionnement 1 selon des modes respectifs de fonctionnement. Sur ces figures 4 à 8, le trajet du fluide réfrigérant FR est illustré de façon schématique par des flèches en trait plein. En revanche, les parties de circuit inopérantes, c'est-à-dire à l'intérieur desquelles le fluide réfrigérant FR ne circule pas, 15 ou désactivées, sont représentées par des tirets. Mode climatisation La figure 4 représente la boucle de conditionnement 1 mise en oeuvre en mode climatisation, dit mode A/C. 20 Ce mode climatisation permet de conditionner le flux d'air FH à destination de l'habitacle du véhicule pour le rafraîchir. À cet effet, le fluide réfrigérant FR en sortie du compresseur 3 est d'abord condensé dans l'échangeur thermique externe 5 travaillant en mode condenseur, puis subit une détente avant de passer dans l'évaporateur 7. Le fluide réfrigérant FR 25 s'évapore dans l'évaporateur et le flux d'air FH à destination de l'habitacle traversant l'évaporateur 7 est alors refroidi. Pour cela, le procédé de mise en oeuvre en mode climatisation comprend les étapes suivantes : on ouvre la deuxième voie de sortie 23 de la première vanne trois-voies 17 et on 30 ferme la première voie de sortie 21 de la première vanne trois-voies 17, de sorte que -14- le fluide réfrigérant FR circule depuis le compresseur 3 vers l'échangeur thermique externe 5 travaillant en mode condenseur en contournant le condenseur interne 9, on ouvre la première voie de sortie 33 de la deuxième vanne trois-voies 29 et on ferme la deuxième voie de sortie 33 de la deuxième vanne trois-voies 29, de sorte que le fluide réfrigérant FR circule vers le deuxième organe de détente 37, subit une détente puis circule vers l'évaporateur 7. En passant dans l'échangeur thermique externe 5 en mode condenseur, le fluide réfrigérant FR à l'état gazeux comprimé à haute pression HP, haute température, cède de la chaleur au flux d'air extérieur FE.

Puis au passage du fluide réfrigérant FR dans le deuxième organe de détente 37, la pression et la température du fluide réfrigérant FR sont abaissées. Et, lors du passage dans l'évaporateur 7, le fluide réfrigérant FR en s'évaporant absorbe la chaleur du flux d'air FH traversant l'évaporateur 7. Le flux d'air FH à destination de l'habitacle passant dans l'évaporateur 7 est de la sorte refroidi.

Dans ce mode climatisation, l'échangeur thermique additionnel 11 est désactivé. Le flux d'air FH à destination de l'habitacle en sortie de l'évaporateur 7 ne traverse pas le condenseur interne 9 en aval de l'évaporateur 7, et donc ne subit pas d'échange thermique supplémentaire. On peut prévoir un volet (non représenté) agencé en amont du condenseur interne 9 dans le sens d' écoulement du flux d'air FH et mobile 20 de façon à autoriser ou empêcher le passage du flux d'air FH dans le condenseur interne 9. En atteignant l'habitacle du véhicule, par exemple sous l'action d'un pulseur non représenté, le flux d'air FH refroidi permet de diminuer la température de l'air de l'habitacle. 25 Le fluide réfrigérant FR en sortie de l'évaporateur 7 retourne ensuite dans le compresseur 3 pour recommencer un cycle réfrigérant. L'accumulateur 13 en amont du compresseur 3 permet d'éviter l'entrée de liquide dans le compresseur 3. Le compresseur 3 reçoit donc en entrée le fluide réfrigérant FR à l'état gazeux 30 sous basse pression BP et basse température. -15- Ce mode climatisation peut être utilisé pour le dégivrage de l'échangeur thermique externe 5. L'élément chauffant électrique 11 en amont de l'évaporateur 7 peut par exemple être activé, comme l'illustre schématiquement la figure 5, par exemple en cas de température extérieure basse. Dans ce cas, le flux d'air à destination de l'habitacle est d'abord chauffé avant de traverser l'évaporateur 7 pour être refroidi, ce qui apporte la puissance de chaleur suffisante pour permettre le dégivrage de l'échangeur thermique externe 5.

Premier mode pompe à chaleur En référence à la figure 6, on décrit maintenant un premier mode de fonctionnement en pompe à chaleur. Dans ce premier mode pompe à chaleur, le fluide réfrigérant FR en sortie du 15 compresseur 3 échange de la chaleur avec le flux d'air à destination de l'habitacle FH dans le condenseur interne 9, avant de subir une détente et de passer dans l'échangeur thermique externe 5 travaillant en mode évaporateur. Pour cela, le procédé de mise en oeuvre dans le premier mode pompe à chaleur comprend les étapes suivantes : 20 on ouvre la première voie de sortie de la première vanne trois-voies 17 et on ferme la deuxième voie de sortie 23 de la première vanne trois-voies 17, de sorte que le fluide réfrigérant FR circule depuis le compresseur 3 vers le condenseur interne 9, on condense le fluide réfrigérant FR dans le condenseur interne 9, on commande la circulation du fluide réfrigérant FR dans le premier organe de 25 détente 25 puis dans l'échangeur thermique externe 5 travaillant en mode évaporateur, on ferme la première voie de sortie 33 de la deuxième vanne trois-voies 29 et on ouvre la deuxième voie de sortie 35 de la deuxième vanne trois-voies 29, de sorte que le fluide réfrigérant FR circule vers le compresseur 3. 30 Le condenseur interne 9 reçoit donc en entrée d'une part le fluide réfrigérant FR -16- sous forme de gaz chaud. En se condensant, le fluide réfrigérant FR cède de la chaleur au flux d'air à destination de l'habitacle FH. Le fluide réfrigérant FR se refroidit de quelques degrés avant de quitter le condenseur interne 9. Le fluide réfrigérant FR subit ensuite une détente abaissant sa pression et sa 5 température, avant de s'évaporer dans l'échangeur thermique externe 5. Le fluide réfrigérant FR à l'état gazeux sous basse pression et basse température retourne alors dans le compresseur 3 pour recommencer un cycle réfrigérant. Deuxième mode pompe à chaleur 10 En référence à la figure 7, on décrit maintenant un deuxième mode de fonctionnement en pompe à chaleur. Ce deuxième mode pompe à chaleur diffère du premier mode pompe à chaleur décrit ci-dessus par le fait que le fluide réfrigérant s'évapore dans l'évaporateur 7 et non dans l'échangeur thermique externe 5. Ceci permet de refroidir le flux d'air FH à 15 destination de l'habitacle avant que ce flux d'air FH ne traverse le condenseur interne 9 pour être réchauffé, de façon à permettre un désembuage. Dans ce cas, le flux d'air à destination de l'habitacle FH est un flux d'air « recyclé ». Le procédé de mise en oeuvre selon le deuxième mode « pompe à chaleur » 20 comprend les étapes suivantes : on ouvre la première voie de sortie 21 de la première vanne trois-voies 17 et on ferme la deuxième voie de sortie 23 de la première vanne trois-voies 17, de sorte que le fluide réfrigérant FR circule depuis le compresseur 3 vers le condenseur interne 9, 25 on commande la circulation du fluide réfrigérant FR dans le deuxième organe de détente 37 puis dans l'évaporateur 7, et enfin vers le compresseur 3. Ainsi, le fluide réfrigérant FR s'évapore dans l'évaporateur 7 en absorbant la chaleur du flux d'air à destination de l'habitacle FH qui le traverse. Ce flux d'air FH passant dans l'évaporateur 7 est de la sorte refroidi avant de passer à travers le 30 condenseur interne 9, pour être chauffé avant de déboucher dans l'habitacle. -17- En outre, en activant l'élément chauffant électrique 11 agencé en amont de l'évaporateur 7, le flux d'air recyclé FH est d'abord chauffé avant de traverser l'évaporateur 7.

Le réchauffement du flux d'air à destination de l'habitacle FH au préalable par l'élément chauffant électrique 11, permet de récupérer de la chaleur et d'obtenir une puissance de chauffage suffisante au niveau du condenseur interne 9, pour obtenir une température de confort dans l'habitacle. En effet, la puissance de chauffage au niveau de l'évaporateur 7, dépend de la 10 puissance de l'élément chauffant électrique 11 et la température de l'air re-circulant, et à cette puissance de chauffage vient s'ajouter la puissance du compresseur 3. Cette configuration peut avantageusement être mise en oeuvre en cas de température extérieure très froide, par exemple inférieure à -10°C. Bien entendu, dans le cas de deux éléments chauffants électriques 111 et 112, le 15 flux d'air FH est d'abord chauffé par le premier échangeur thermique additionnel 111 en amont de l'évaporateur 7 avant d'être refroidi en traversant ce dernier. Puis, le flux d'air FH est chauffé d'abord par le deuxième élément chauffant électrique 112 avant de traverser le condenseur interne 9 en aval du deuxième échangeur thermique électrique 112. Ou, en variante, le flux d'air FH provenant de l'évaporateur 7 20 est d'abord chauffé par le condenseur interne 9 puis par le deuxième élément chauffant électrique 112 en aval du condenseur interne 9. Mode combiné pompe à chaleur et dégivrage Enfin, en référence à la figure 8, on décrit un mode combiné permettant de 25 répartir la puissance de chauffage pour le dégivrage de l'échangeur thermique externe 5 et pour réchauffer l'habitacle. Pour ce faire, en sortie du compresseur 3 : une partie du fluide réfrigérant FR circule vers l'échangeur thermique externe 5, comme décrit dans le mode climatisation, et 30 une autre partie du fluide réfrigérant FR circule vers le condenseur interne 9 comme -18- décrit selon le deuxième mode pompe à chaleur. Ainsi, en sortie du compresseur 3, on ouvre les deux voies de sortie 21 et 23 de la première vanne trois-voies 17. On condense donc une partie du fluide réfrigérant FR dans l'échangeur 5 thermique externe 5 et une autre partie du fluide réfrigérant FR dans le condenseur interne 9. En passant dans l'échangeur thermique externe 5 en mode condenseur, une première partie du fluide réfrigérant FR à l'état gazeux comprimé à haute pression, haute température, cède de la chaleur au flux d'air extérieur FE, ce qui permet le 10 dégivrage de l'échangeur thermique externe 5. Puis au passage du fluide réfrigérant FR dans le deuxième organe de détente 37, la pression et la température du fluide réfrigérant FR sont abaissées avant de passer dans l'évaporateur 7. Le fluide réfrigérant FR en s'évaporant dans l'évaporateur 7 absorbe la chaleur 15 du flux d'air FH traversant cet évaporateur 7 préalablement réchauffé par passage dans l'échangeur thermique additionnel 11 en amont de l'évaporateur 7. Le flux d'air FH à destination de l'habitacle passant dans l'évaporateur 7 est de la sorte refroidi. En parallèle, l'autre partie du fluide réfrigérant FR en sortie du compresseur 3 sous forme de gaz comprimé à haute pression, haute température, passe dans le 20 condenseur interne 9 et cède de la chaleur au flux d'air refroidi FH provenant de l'évaporateur 7, de façon à réchauffer ce flux d'air FH à destination de l'habitacle. Bien entendu, selon la variante avec deux éléments chauffants électriques 111 et 112, le flux d'air FH refroidi par l'évaporateur 7 peut être chauffé par le deuxième élément chauffant électrique 112 avant ou après avoir traversé le condenseur interne 9.

25 Puis le fluide réfrigérant FR en sortie du condenseur interne 9 subit une détente dans le deuxième organe de détente 37, de sorte que la pression et la température du fluide réfrigérant FR sont abaissées avant de passer dans l'évaporateur 7. Enfin, le fluide réfrigérant FR en sortie de l'évaporateur 7 retourne vers le compresseur 3. Le premier organe de détente 25 est fermé complètement. 30 -19- On comprend donc que l'agencement d'un élément chauffant électrique 11 ou 111 en amont de l'évaporateur 7, permet d'apporter une puissance de chauffage suffisante pour permettre le dégivrage de l'échangeur thermique externe 5. Cet agencement permet encore d'arriver rapidement à une température de confort 5 de l'habitacle par temps froid comme décrit selon le deuxième mode pompe à chaleur. En particulier en cas de basse température, on peut prévoir une séquence de démarrage améliorée comprenant un pilotage selon le « deuxième mode de pompe à chaleur » pour réchauffer rapidement l'air de l'habitacle et réaliser un désembuage.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Boucle de conditionnement thermique pour véhicule automobile dans laquelle est apte à circuler au moins un fluide (FR), la boucle de conditionnement thermique (1) comprenant : au moins un échangeur thermique (5) agencé de façon à être traversé par un flux d'air extérieur (FE) au véhicule, pour un échange thermique entre le fluide (FR) et le flux d'air extérieur (FE), au moins un évaporateur (7) et au moins un condenseur (9) agencés de façon à être traversés par un flux d'air à destination de l'habitacle (FH) du véhicule, pour un échange thermique entre le fluide (FR) et le flux d'air à destination de l'habitacle (FH), caractérisée en ce que la boucle de conditionnement thermique comporte en outre au 15 moins un élément chauffant électrique (11,111) agencé en amont de l'évaporateur (7) dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle (FH).
2. 2. Boucle de conditionnement thermique selon la revendication 1, comprenant : un premier élément chauffant électrique (110 agencé en amont de l'évaporateur (7) dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle (FH), et 20 - un deuxième élément chauffant électrique (112) agencé en amont du condenseur (9) dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle (FH).
3. 3. Boucle de conditionnement thermique selon la revendication 1, comprenant : un premier élément chauffant électrique (11i) agencé en amont de l'évaporateur (7) dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle (FH), et 25 un deuxième élément chauffant électrique (112) agencé en aval du condenseur (9) dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle (FH).
4. 4. Boucle de conditionnement thermique selon l'une quelconque des revendications-21- précédentes, dans laquelle un élément chauffant électrique (11,111,112) comprend des résistances électriques.
5. 5. Boucle de conditionnement thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'évaporateur (7) est agencé en amont du condenseur (9) dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle (FH).
6. 6. Boucle de conditionnement thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un compresseur (3) du fluide réfrigérant.
7. 7. Boucle de conditionnement thermique selon la revendication 6, comprenant au moins une vanne de commande (17) pour diriger le fluide (FR) en sortie du compresseur (3) vers le condenseur (9) ou vers l'échangeur thermique (5).
8. 8. Boucle de conditionnement thermique selon l'une des revendications 6 ou 7, comprenant au moins une vanne de commande pour diriger le fluide (FR) en sortie de l'échangeur thermique (5) vers le compresseur (3) ou vers l'évaporateur (7).
9. 9. Procédé de pilotage d'une boucle de conditionnement thermique (1) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle circule au moins un fluide (FR) et comprenant un compresseur (3), au moins un échangeur thermique (5) pour un échange thermique du fluide (FR) avec un flux d'air extérieur (FE), et au moins un élément chauffant électrique (11,111), au moins un évaporateur (7) et au moins un condenseur (9) agencés en série dans le sens d'écoulement d'un flux d'air à destination de l'habitacle (FH) du véhicule, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape dans laquelle on active l'élément chauffant électrique (11,111) agencé en amont de l'évaporateur (7) dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle (FH) de manière à réchauffer le flux d'air à destination de l'habitacle (FH) avant de traverser l'évaporateur (7).
10. 10. Procédé de pilotage selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes : - on comprime le fluide (FR) dans le compresseur (3),-22- - on condense le fluide (FR) en sortie du compresseur (3) au sein du condenseur (9), et - on évapore le fluide (FR) condensé en sortie du condenseur (9) au sein de l'évaporateur (7) avec un échange thermique avec le flux d'air à destination de l'habitacle (FH) chauffé par l'élément chauffant électrique (11,111) en amont de l'évaporateur (7).
11. 11. Procédé de pilotage selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes : - on comprime le fluide (FR) dans le compresseur (3), - on condense le fluide (FR) en sortie du compresseur (3) au sein de l'échangeur thermique (5) travaillant en mode condenseur, - on évapore le fluide (FR) condensé en sortie de l'échangeur thermique (5) au sein de l'évaporateur (7) avec un échange thermique avec le flux d'air à destination de l'habitacle (FH) chauffé par l'élément chauffant électrique (11,111) en amont de l'évaporateur (7).
12. 12. Procédé de pilotage selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes : - on comprime le fluide (FR) dans le compresseur (3), - on condense une partie du fluide (FR) en sortie du compresseur (3) au sein de l'échangeur thermique (5) travaillant en mode condenseur, - on condense l'autre partie du fluide (FR) en sortie du compresseur (3) au sein du condenseur (9), et - on évapore au sein de l'évaporateur (7) le fluide (FR) condensé d'une part en sortie de l'échangeur thermique (5) et d'autre part en sortie du condenseur (9) avec un échange thermique avec le flux d'air à destination de l'habitacle (FH) chauffé par l'élément chauffant électrique (11,111) en amont de l'évaporateur (7).