FR3001184A1

FR3001184A1 - Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation pour vehicule automobile

Info

Publication number: FR3001184A1
Application number: FR1350594A
Authority: FR
Inventors: Kamel Azzouz; Pelsemaeker Georges De
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-07-25
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: FR3001184B1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation (1) pour véhicule automobile comprenant un boitier de climatisation (2) et une boucle d'air conditionné dans laquelle un premier échangeur de chaleur (12) est en contact avec l'air extérieur et un second échangeur de chaleur (16) est placé dans le boitier de climatisation (2). Le dispositif selon la présente invention comporte en outre, un matériau à changement de phase composite (40), ledit matériau à changement de phase composite (40) comportant au moins un premier matériau qui est un matériau à changement de phase et un second matériau dont la structure forme une matrice de support dudit matériau à changement de phase, ledit matériau à changement de phase composite (40) conservant une structure rigide quelque soit l'état solide ou liquide du matériau à changement de phase.

Description

Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation et plus particulièrement un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation embarqué dans un véhicule automobile. Les dispositifs d'air conditionné pour véhicule automobile comprennent généralement une boucle de climatisation dans laquelle circule un fluide caloporteur. La boucle de climatisation comporte notamment un compresseur, un premier échangeur de chaleur une vanne d'expansion et un second échangeur de chaleur placé dans un conduit d'arrivée d'air de l'habitacle. La boucle de climatisation, dans un mode climatisation, permet un refroidissement de l'air destiné à l'habitacle lorsque le premier échangeur de chaleur joue un rôle de condenseur et le second échangeur de chaleur joue un rôle d'évaporateur. L'énergie calorifique, prélevée à l'air destiné à l'habitacle par le fluide caloporteur au niveau de l'évaporateur, est libérée par condensation au niveau du condenseur.

Dans le cas d'un dispositif de climatisation dit réversible, l'air destiné à l'habitacle peut être réchauffé par passage de la boucle de climatisation en mode pompe à chaleur. Dans ce mode, les rôles des premier et second échangeurs de chaleur sont inversés. Le premier échangeur de chaleur joue ainsi le rôle d'évaporateur, prélevant de l'énergie calorifique à l'air extérieur. Ladite énergie calorifique est ensuite libérée au niveau du second échangeur de chaleur qui joue le rôle de condenseur et réchauffe ainsi l'air destiné à l'habitacle.

Néanmoins, sur des véhicules automobiles équipés d'un alternodémarreur pour la mise en oeuvre d'un dispositif d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur, l'arrêt du moteur à un feu tricolore ou à un stop entraîne l'arrêt du fonctionnement du compresseur de la boucle de climatisation et donc un arrêt du fonctionnement de cette dernière. Afin de prolonger le refroidissement de l'air destiné à l'habitacle en mode climatisation, il est connu d'intégrer à l'intérieur du second échangeur de chaleur un matériau à changement de phase. Lorsque la boucle de climatisation fonctionne, le matériau à changement de phase, à l'instar de l'air destiné à l'habitacle, cède de l'énergie calorifique, via le second échangeur, au fluide caloporteur en passant en phase solide. Lorsque la boucle de climatisation est à l'arrêt, l'air destiné à l'habitacle circulant au travers du second échangeur est refroidi par le matériau à changement de phase qui lui prélève de l'énergie calorifique en passant en phase liquide. Néanmoins, ce type d'échangeur de chaleur intégrant un matériau à changement de phase est particulièrement coûteux et peut ne pas être suffisant pour assurer un refroidissement de l'air destiné à l'habitacle lorsque le moteur est à l'arrêt pour un confort optimal du conducteur et des passagers du véhicule automobile. Un des buts de l'invention est donc de proposer un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile remédiant au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et proposant un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation permettant un refroidissement prolongé de l'air destiné à l'habitacle même en cas d'arrêt de la boucle de climatisation. 1. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile comprenant un boitier de climatisation et une boucle d'air conditionné dans laquelle un premier échangeur de chaleur est en contact avec l'air extérieur et un second échangeur de chaleur est placé dans le boitier de climatisation, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte en outre, un matériau à changement de phase composite (40), ledit matériau à changement de phase composite (4o) comportant au moins un premier matériau qui est un matériau à changement de phase et un second matériau dont la structure forme une matrice de support dudit matériau à changement de phase, ledit matériau à changement de phase composite (4o) conservant une structure rigide quelque soit l'état solide ou liquide du matériau à changement de phase. L'utilisation d'un matériau à changement de phase composite permet de 15 garantir une conductivité thermique accrue par rapport à un matériau à changement de phase intégré au sein du second échangeur de chaleur ainsi qu'une meilleure tenue mécanique. Selon un aspect de l'invention, le matériau à changement de phase 20 composite entoure au moins partiellement le second échangeur de chaleur. Cette configuration autour du second échangeur de chaleur permet notamment de limiter la place nécessaire à l'intégration du matériau à changement de phase composite dans le boitier de climatisation. 25 Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase composite forme le support du second échangeur de chaleur. Cette configuration permet non seulement de limiter la place nécessaire à l'intégration du matériau à changement de phase composite mais aussi présente un avantage économique car permet l'utilisation d'un un second échangeur de 30 chaleur classique ce qui limite les coûts de fabrication.

Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase composite est placé en aval du second échangeur de chaleur au sein du boitier de climatisation. Le matériau à changement de phase est ainsi en contact direct avec l'air destiné à l'habitacle et peut échanger efficacement de l'énergie calorifique avec lui et donc permet d'améliorer le confort de l'utilisateur en cas d'arrêt de la boucle de climatisation. De même, l'utilisation d'un matériau à changement de phase composite en aval du second échangeur de chaleur permet d'utiliser un second échangeur de chaleur classique ce qui limite les coûts de fabrication.

Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase composite est placé entre le second échangeur de chaleur et une chambre de mixage et de distribution d'air.

Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase composite est placé à l'intérieur de conduits de distribution d'air. Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase composite est intégré au moins en partie à la structure des volets d'obturations des conduits de distribution. Cela permet de limiter la place nécessaire au matériau à changement de phase composite dans le boitier de climatisation et limite les perturbations du flux d'air. Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase composite est intégré au moins en partie à la paroi du boitier de climatisation, ce qui permet de limiter la place nécessaire au matériau à changement de phase composite dans le boitier de climatisation et limite les perturbations du flux d'air.

Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase composite est perméable à l'air.

Selon un autre aspect de l'invention, la température de fusion du matériau à changement de phase est comprise entre 9 et 13°C.

Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase composite comporte comme second matériau une matrice de fibres capillaires de carbone. Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase 10 composite comporte comme second matériau une matrice de fibres capillaires de polymère. Selon un autre aspect de l'invention, le matériau à changement de phase composite comporte une pluralité de billes de matériau à changement de phase 15 encapsulée dans une enveloppe polymère et retenue par au moins une grille de support. 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 limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : 20 - la figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 montre une représentation schématique d'un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation selon un deuxième mode de 25 réalisation, - la figure 3 montre une représentation schématique d'un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation selon un troisième mode de réalisation, - la figure 4 montre une représentation schématique d'un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation selon un quatrième mode de réalisation, - la figure 5 montre une représentation schématique d'un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation selon un cinquième mode de réalisation, et - la figure 6 montre un graphique présentant l'évolution de la température en fonction du temps en sortie d'un échangeur de chaleur.

Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. La figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation 1. Ledit dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation 1 comprend une boucle de climatisation dans laquelle circule un fluide caloporteur et comprenant un premier échangeur de chaleur 12, une vanne d'expansion 14, un second échangeur de chaleur 16 et un compresseur 10. Le dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation 1 comprend également un boitier de climatisation 2 relié à la boucle de climatisation. Le premier échangeur de chaleur 12 peut être placé au contact de l'air extérieur du véhicule, par exemple au niveau de la face avant. Ledit premier échangeur de chaleur 12 peut être notamment couplé avec un ventilateur i8 qui permet le passage de l'air extérieur au travers de ce dernier en cas de faible vitesse ou d'arrêt du véhicule automobile. Le second échangeur de chaleur i6 est quant à lui placé à l'intérieur du boitier de climatisation 2. Le compresseur 10 est placé en sortie du second échangeur de chaleur i6 et la vanne d'expansion 14 en entrée de ce dernier. Lorsque la boucle de climatisation est en mode climatisation et refroidit l'air destiné à l'habitacle, le premier échangeur de chaleur 12 est un condenseur cédant de l'énergie calorifique à l'air afin de permettre le passage du fluide caloporteur d'une phase gazeuse à liquide et le second échangeur de chaleur 16 est un évaporateur captant de l'énergie calorifique à l'air destiné à habitacle afin de permettre le passage du fluide caloporteur d'une phase liquide à gazeuse. Le boitier de climatisation 2 comprend notamment une chambre de mixage 26 et des conduits de distribution d'air 30A, 3oB, 3oC. Un ventilateur 22 10 peut également être placé en amont du boitier de climatisation 2 afin de propulser l'air au travers dudit boitier de climatisation 2. L'air destiné à l'habitacle est propulsé par le ventilateur 22, passe au travers du second échangeur de chaleur 16, et arrive dans la chambre de mixage 15 26. L'entrée de l'air dans ladite chambre de mixage 26 est contrôlée et régulée par un volet de mixage 24. L'orientation du volet de mixage 24 permet de guider l'air destiné à l'habitacle soit directement vers les conduits de distribution, l'air dans ce cas est froid, ou bien au travers d'un réchauffeur 32, par exemple un dispositif de chauffage électrique additionnel à coefficient de température 20 positif, l'air dans ce cas est réchauffé. Il existe aussi une position intermédiaire pour laquelle l'air passe de part et d'autre du volet de mixage 24, ce qui permet le mélange d'un air froid avec un air réchauffé dans la chambre de mixage 26. Depuis la chambre de mixage, l'air destiné à l'habitacle est distribué au moyen de volets d'obturation 28 aux zones de l'habitacle via les conduits de 25 distributions d'air 30A, 3oB et 3oC. Par exemple, le conduit de distribution d'air 3oA guide l'air vers des sorties d'air sous pare-brise, le conduit de distribution d'air 3oB vers des sorties en façade du tableau de bord et le conduit de distribution d'air Soc vers des sorties d'air sous le tableau de bord en direction des pieds. 30 Le dispositif de climatisation 1 comporte en outre, un matériau à changement de phase composite 40. Ledit matériau à changement de phase composite 40 comporte au moins un premier matériau qui est un matériau à changement de phase et un second matériau dont la structure forme une matrice de support dudit matériau à changement de phase. Le matériau à changement de phase composite 40 est tel que grâce à sa structure composite il conserve une structure rigide quelque soit l'état solide ou liquide du matériau à changement de phase.

L'utilisation d'un matériau à changement de phase composite 40 permet de garantir une conductivité thermique accrue par rapport à un matériau à changement de phase intégré au sein du second échangeur de chaleur i6 ainsi qu'une meilleure tenue mécanique.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 1, le matériau à changement de phase composite 40 entoure au moins partiellement le second échangeur de chaleur i6. Ainsi, lors d'un arrêt de la boucle de climatisation, l'air destiné à l'habitacle, traversant l'échangeur de chaleur, continue d'être refroidie grâce au transfert d'énergie calorifique entre l'air et le second échangeur de chaleur 16. Cette énergie calorifique, au lieu d'être évacuée par le fluide caloporteur, est absorbée par le matériau à changement de phase composite 40, dans lequel le matériau à changement de phase passe d'un état solide à liquide.

Selon une variante de ce premier mode de réalisation, le matériau à changement de phase composite 40 est utilisé comme matériau pour réaliser le support du second échangeur de chaleur 16. Cette configuration autour du second échangeur de chaleur i6 permet notamment de limiter la place nécessaire à l'intégration du matériau à changement de phase composite 40 dans le boitier de climatisation 2.

Le matériau à changement de phase composite 40 peut également être placé en aval du second échangeur de chaleur i6 au sein du boitier de climatisation 2et ainsi être en contact direct avec l'air destiné à l'habitacle, l'habitacle et donc échanger efficacement de l'énergie calorifique avec lui et donc améliorer le confort de l'utilisateur en cas d'arrêt de la boucle de climatisation. Pour cela, le matériau à changement de phase composite 40 est avantageusement placé en aval du second échangeur de chaleur i6. Selon un second mode de réalisation, illustré à la figure 2, le matériau à 10 changement de phase composite 40 est placé entre le second échangeur de chaleur i6 et la chambre de mixage et de redistribution 26. Selon un troisième mode de réalisation, illustré à la figure 3, le matériau à changement de phase composite 40 est placé à l'intérieur des conduits de 15 distribution d'air 3oA, 3oB, 3oC. Cela permet de limiter la place nécessaire au matériau à changement de phase composite 40 dans le boitier de climatisation 2. Selon un quatrième mode de réalisation, illustré par la figure 4, le 20 matériau à changement de phase composite 40 est intégré aux volets d'obturation 28. Le matériau à changement de phase composite 40 peut avantageusement former lesdits volets d'obturation 28 dans un souci de facilité de fabrication et d'économie. Cela permet de limiter la place nécessaire au matériau à changement de phase composite 40 dans le boitier de climatisation 2 25 et limite les perturbations du flux d'air. Selon un cinquième mode de réalisation, illustré par la figure 5, le matériau à changement de phase composite 40 est intégré à la paroi même du boitier de climatisation 2, ce qui permet de limiter la place nécessaire au 30 matériau à changement de phase composite 40 dans le boitier de climatisation 2 et limite les perturbations du flux d'air.

Le matériau à changement de phase composite 40 peut également et avantageusement former la paroi du boitier de climatisation 2, toujours dans un souci de facilité de fabrication et d'économie.

Le matériau à changement de phase composite 40 peut être perméable à l'air, par exemple au moyen d'une multitude d'orifices traversant ou d'ouvertures, et ainsi être placé à l'intérieur du boitier de climatisation 2. La perméabilité à l'air du matériau à changement de phase composite 40 doit être suffisante pour que l'air destiné à l'habitacle le traverse sans trop de perte de vitesse, mais également pour que les échanges d'énergies calorifiques se fassent convenablement. Le matériau à changement de phase composite 40 peut à contrario être imperméable à l'air, notamment dans les variantes où ce dernier est utilisé 15 comme matériau pour réaliser la structure du support du second échangeur 16, les volets d'obturation 28 ou la paroi du boitier de climatisation 2. Le matériau à changement de phase utilisé dans le matériau à changement de phase composite 40 a de préférence une température de fusion 20 comprise entre 9 et 13°C. De plus, afin de garantir une grande capacité de stockage d'énergie et donc de prélèvement de chaleur à l'air destiné à l'habitacle, ledit matériau à changement de phase a avantageusement une chaleur latente comprise entre loo et 3 oolU/Kg.

25 Le second matériau formant matrice de support du matériau à changement de phase au sein du matériau à changement de phase composite 40 peut être une matrice de fibres capillaires de carbone ou de polymère. Alternativement, le matériau à changement de phase composite peut 30 comporter un matériau à changement de phase encapsulé dans une enveloppe polymère sous forme d'une pluralité de billes. Lesdites billes étant retenues par au moins une grille de support, par exemple sous la forme d'un sac grillagé. La figure 6 montre un graphique de l'évolution de la température d'air en 5 sortie d'évaporateur après coupure de la boucle de climatisation. La zone A hachurée correspond à la zone de confort où l'air est suffisamment refroidi pour assurer un confort suffisant aux passagers du véhicule automobile. La figure 6 montre que pour un second échangeur de chaleur 16 10 classique, dès lors que la boucle de climatisation est arrêtée au temps o, la courbe B de température de l'air en sortie dudit échangeur est égale à celle de l'air extérieur, ici 30°C. Pour un second échangeur de chaleur 16 possédant un matériau à changement de phase intégré en son sein, la courbe C de température en sortie dudit échangeur sort de la zone de confort au bout de 50 15 secondes environ. Enfin, pour un second échangeur de chaleur 16 possédant un matériau à changement de phase intégré en son sein couplé avec un matériau à changement de phase composite 40 en dehors du second échangeur de chaleur 16, la courbe D de température en sortie dudit échangeur sort de la zone de confort au bout de loo secondes environ.

20 On voit ainsi qu'un dispositif de climatisation 1 selon l'invention permet, en cas d'arrêt de la boucle de climatisation, de prolonger la durée de refroidissement de l'air destiné à l'habitacle et ainsi de garantir un meilleur confort aux conducteur et passagers du véhicule automobile. De plus 25 l'utilisation d'un matériau à changement de phase composite 40 entourant ou en aval du second échangeur de chaleur i6 permet d'utiliser un second échangeur de chaleur i6 classique ce qui peut limiter les coûts de fabrication.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation (1) pour véhicule automobile comprenant un boitier de climatisation (2) et une boucle d'air conditionné dans laquelle un premier échangeur de chaleur (12) est en contact avec l'air extérieur et un second échangeur de chaleur (16) est placé dans le boitier de climatisation (2), caractérisé en ce que ledit dispositif comporte en outre, un matériau à changement de phase composite (40), ledit matériau à 10 changement de phase composite (40) comportant au moins un premier matériau qui est un matériau à changement de phase et un second matériau dont la structure forme une matrice de support dudit matériau à changement de phase, ledit matériau à changement de phase composite (40) conservant une structure rigide quelque soit l'état solide ou liquide du matériau à changement 15 de phase.
2. Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase composite (40) entoure au moins partiellement le second échangeur de chaleur 20 (16).
3. Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase composite (40) forme le support du second échangeur de chaleur (16). 25
4. Dispositif de ventilation, chauffage et ou climatisation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase composite (40) est placé en aval du second échangeur de chaleur (16) au sein du boitier de climatisation (2). 30 3 00 1 1 84 13
5. Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase composite (40) est placé entre le second échangeur de chaleur (16) et une chambre de mixage et de distribution d'air (26)
6. Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase composite (40) est placé à l'intérieur de conduits de distribution d'air (3oA, 30B, 3oC).
7. Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation Op selon la revendication 6, caractérise en ce que le matériau à changement de phase composite (40) est intégré au moins en partie à la structure des volets d'obturations (28) des conduits de distribution (3oA, 3013, 30C).
8. Dispositif de ventilation, chauffage et ou climatisation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase composite (40) est intégré au moins en partie à la paroi du boitier de climatisation (2).
9. Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation (1) selon l'une des revendications 1, 2, 4 à 7, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase composite (40) est perméable à l'air.
10. Dispositif de ventilation, chauffage et ou climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de fusion du matériau à changement de phase est comprise entre 9 et 13°C. n. Dispositif de ventilation, chauffage et ou climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau àchangement de phase composite (40) comporte comme second matériau une matrice de fibres capillaires de carbone. 12. Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation (1) selon l'une 5 quelconque des revendications 1 à io, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase composite (4o) comporte comme second matériau une matrice de fibres capillaires de polymère. 13. Dispositif de ventilation, chauffage et/ou climatisation (1) selon l'une 10 quelconque des revendications 1 à Io, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase composite (40) comporte une pluralité de billes de matériau à changement de phase encapsulée dans une enveloppe polymère et retenue par au moins une grille de support.