FR3006942A1 - Systeme et procede de commande d'un groupe moto-ventilateur, notamment pour une installation de chauffage et/ou de climatisation de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Procédé de commande d'un groupe motoventilateur (7) dans une installation de chauffage et/ou de climatisation comprenant un échangeur de chaleur interne (2), un échangeur de chaleur externe (3), un compresseur (4), un détendeur (5) et un fluide frigorigène traversant ces composants et destiné à échanger de la chaleur avec un fluide secondaire, ledit groupe motoventilateur (7) étant face à l'échangeur de chaleur externe (2). On détermine une puissance minimale à fournir au groupe motoventilateur (7) pour que le fluide réfrigérant arrive en phase gazeuse à l'entrée du compresseur (4).

Description

Système et procédé de commande d'un groupe moto- ventilateur, notamment pour une installation de chauffage et/ou de climatisation de véhicule automobile L'invention concerne la commande de groupes motoventilateurs utilisés dans une installation de chauffage et/ou de climatisation, et plus particulièrement, la commande de groupes motoventilateur utilisés dans les véhicules automobiles. Largement utilisés dans l'industrie automobile, les circuits de climatisation permettent de réguler la température de l'habitacle autour d'une consigne, soit directement si le système est pilotable, soit via un volet de mixage qui permet de réaliser le mélange de l'air extérieur et de l'air en sortie du circuit de climatisation. Leur principe de fonctionnement consiste à transporter la chaleur de l'air dans l'habitacle vers l'extérieur du véhicule à l'aide d'un fluide réfrigérant. Pour cela, le fluide réfrigérant est compressé pour augmenter sa pression et sa capacité de transport de la chaleur. Le fluide réfrigérant est ensuite détendu pour faciliter l'absorption de la chaleur provenant de l'habitacle. La boucle froide ainsi formée est une solution pour refroidir l'air dans l'habitacle. Cette solution est utilisée aussi bien dans les véhicules thermiques que dans les véhicules électriques. En revanche, le chauffage des voitures thermiques n'est plus applicable pour les véhicules électriques. En effet, la chaleur dissipée par le moteur thermique n'est plus disponible pour permettre de réchauffer l'habitacle. D'autres solutions doivent donc être envisagées. Une solution possible pour réchauffer l'habitacle est d'utiliser une pompe à chaleur, dite « PAC ». Les pompes à chaleur utilisent le même principe de fonctionnement que celui des systèmes de réfrigération pour véhicules automobiles. Un fluide mis en circulation dans le système absorbe la chaleur d'une zone pour la libérer ensuite dans une deuxième zone. La pompe à chaleur permet de réchauffer l'habitacle alors que la boucle froide a pour but de le refroidir. Les boucles froides et pompes à chaleur classiques comprennent au moins un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur. Le compresseur est chargé de mettre en circulation un fluide réfrigérant. Le condenseur assure le transfert de chaleur du fluide réfrigérant vers un fluide secondaire, par exemple de l'air. Le détendeur abaisse la pression et la température du fluide réfrigérant.

L'évaporateur assure le transfert de chaleur du fluide secondaire vers le fluide réfrigérant. L'évaporateur a donc une action inverse du condenseur. Une pompe à chaleur réversible est un système thermodynamique capable de transporter la chaleur entre deux zones isolées thermiquement. Elle combine alors les propriétés de la boucle froide et de la pompe à chaleur classique. L'évolution technologique des systèmes de pompes à chaleur et de boucles froides permet des degrés de liberté additionnels pour la commande par rapport à l'état de la technique antérieur. Le pilotage de ces organes permet d'amener le système dans des conditions de fonctionnement particulièrement performantes. Cependant, le système réfrigérant peut être amené à fonctionner dans des points de fonctionnement ne satisfaisant pas certaines contraintes de sécurité (limites tolérables pour le système dans la température ou la pression...), d'efficacité (par exemple, en gardant un taux de compression limite) ou de fonctionnement (à cause de la saturation de l'actionneur par exemple). Plus particulièrement, les limites de sécurité sont souvent imposées par les constructeurs de chaque organe intégrant le système tandis que les contraintes d'efficacité sont obtenues par des essais considérant le système complet. Il est ainsi nécessaire de disposer d'un système et d'un procédé de commande qui permettent de prendre en compte l'ensemble de ces contraintes et qui, en même temps, puissent être embarqués dans un véhicule automobile. Il est courant de retrouver deux groupes motoventilateurs comprenant chacun un moteur électrique et une hélice et disposés respectivement face à l'échangeur de chaleur externe et face à l'échangeur de chaleur interne à proximité de l'habitacle du véhicule. Le transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur est réalisé essentiellement par convection entre le fluide secondaire et le fluide frigorigène. Il est donc nécessaire de garantir que ces fluides soient toujours en mouvement. Le débit du fluide réfrigérant est obtenu par le compresseur, tandis que le débit du fluide secondaire (air) dans l'habitacle est commandé par le groupe motoventilateur face à l'échangeur interne, régulé par la demande de confort thermique. Le débit du fluide secondaire dans le compartiment avant du véhicule automobile est régulé par le groupe motoventilateur face à l'échangeur de chaleur externe, dont la puissance dépend généralement de la vitesse de l'air induite par la vitesse du véhicule automobile. On pourra à cet égard se référer aux documents US 52585650 et US 4465053 qui décrivent un système de commande permettant d'activer ou de désactiver le groupe motoventilateur face à l'échangeur de chaleur externe en fonction de la vitesse du véhicule. Toutefois, les organes destinés à améliorer le confort thermique dans l'habitacle du véhicule réduisent fortement l'autonomie d'un véhicule électrique lors de son fonctionnement. Il est donc important d'optimiser au mieux la consommation énergétique de ces organes, tout en assurant le confort thermique demandé. Les solutions proposées dans l'état de la technique ne permettent pas de commander efficacement le groupe motoventilateur face à l'échangeur de chaleur externe, tout en assurance le confort thermique de l'habitacle du véhicule automobile. L'objectif de l'invention est donc de pallier ces inconvénients et de fournir un système et un procédé de commande d'un groupe motoventilateur situé face à l'échangeur externe dans une pompe à chaleur permettant d'optimiser le fonctionnement de la pompe à chaleur en modifiant les échanges thermiques entre le fluide secondaire et le fluide réfrigérant. L'objectif de l'invention est donc de fournir un débit du fluide secondaire suffisant pour permettre au fluide réfrigérant de changer de phase (phase liquide à phase gazeuse) dans l'évaporateur tout en profitant du débit du fluide secondaire induit par le mouvement du véhicule. Dans un mode de réalisation, l'invention concerne un procédé de commande d'un groupe motoventilateur dans une installation de chauffage et/ou de climatisation comprenant un échangeur de chaleur interne, un échangeur de chaleur externe, un compresseur, un détendeur et un fluide frigorigène traversant ces composants et destiné à échanger de la chaleur avec un fluide secondaire, ledit groupe motoventilateur étant face à l'échangeur de chaleur externe, dans lequel on détermine une puissance minimale à fournir au groupe motoventilateur pour que le fluide réfrigérant arrive en phase gazeuse à l'entrée du compresseur. Avantageusement, lors d'une première étape, on fournit une puissance au groupe motoventilateur en fonction du régime du compresseur et de la vitesse du véhicule. Par exemple, on calcule le débit du fluide secondaire nécessaire en fonction du régime du compresseur, on estime le débit du fluide secondaire selon la vitesse du véhicule et une cartographie et on commande la puissance du groupe motoventilateur en fonction de la différence entre le débit du fluide secondaire calculé et le débit du fluide secondaire estimé. Selon un mode de réalisation, lorsque le fluide réfrigérant circule dans un premier sens, en mode de climatisation, on mesure la température du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur externe et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur externe et on détermine la température de sous refroidissement correspondant à la différence entre la température du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur externe et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur externe. Avantageusement, lorsque la température de sous refroidissement est supérieure à une valeur de seuil, on détermine le débit massique du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur interne, on calcule le débit du fluide secondaire à fournir à l'échangeur de chaleur externe en fonction de l'enthalpie du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur externe, et les enthalpies du fluide réfrigérant respectivement en sortie de l'échangeur de chaleur externe et de l'échangeur de chaleur interne. Si le compresseur est toujours en fonctionnement et que la température de sous refroidissement est supérieure à une valeur de seuil, on peut déterminer une température de désurchauffe correspondant à la température du fluide réfrigérant mesurée en entrée de l'échangeur externe et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en entrée de l'échangeur externe. On peut ensuite comparer la température de désurchauffe avec une valeur de seuil et réguler le débit du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur externe en fonction de ladite comparaison. L'échangeur de chaleur externe est par exemple un condenseur. Selon un autre mode de réalisation, lorsque le fluide réfrigérant circule dans un deuxième sens, en mode de chauffage, on mesure la température du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur de chaleur interne et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur interne et on détermine la température de sous refroidissement correspondant à la différence entre la température du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur interne et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur interne. Avantageusement, lorsque la température de sous refroidissement est supérieure à une valeur de seuil, on calcule le débit du fluide secondaire à fournir à l'échangeur de chaleur externe en fonction de l'enthalpie du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur externe, et les enthalpies du fluide réfrigérant respectivement en sortie de l'échangeur de chaleur externe et de l'échangeur de chaleur interne.

Si le compresseur est toujours en fonctionnement et que la température de sous refroidissement est supérieure à une valeur de seuil, on peut déterminer une température de désurchauffe correspondant à la température du fluide réfrigérant mesurée en entrée de l'échangeur interne et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en entrée de l'échangeur interne. On peut ensuite comparer la température de désurchauffe avec une valeur de seuil et réguler le débit du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur externe en fonction de ladite comparaison. L'échangeur de chaleur externe est par exemple un évaporateur.

Selon au second aspect, l'invention concerne un système de commande d'un groupe motoventilateur dans une installation de chauffage et/ou de climatisation comprenant un échangeur de chaleur interne, un échangeur de chaleur externe, un compresseur, un détendeur et un fluide frigorigène traversant ces composants et destiné à échanger de la chaleur avec un fluide secondaire, ledit groupe motoventilateur étant face à l'échangeur de chaleur externe. Le système de commande comprend un module commande apte à fournir la puissance minimale au groupe motoventilateur pour que le liquide réfrigérant arrive en phase gazeuse à l'entrée du compresseur.

Avantageusement, la puissance minimale à fournir au groupe motoventilateur est en fonction de l'enthalpie du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur externe, et des enthalpies du fluide réfrigérant respectivement en sortie de l'échangeur de chaleur externe et de l'échangeur de chaleur interne.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente très schématiquement les principaux éléments d'une pompe à chaleur selon l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement le fonctionnement d'un dispositif de commande du groupe motoventilateur de la figure 1 en mode climatiseur ; - la figure 3 représente schématiquement le fonctionnement d'un dispositif de commande du groupe motoventilateur de la figure 1 en mode pompe à chaleur ; et - la figure 4 représente schématiquement le détail de la première étape du dispositif de commande. Tel qu'illustrée à la figure 1, une pompe à chaleur 1, dite réversible, intègre une double fonction, d'une part de chauffage de l'habitacle H et d'autre part de refroidissement de l'habitacle H. Un tel système unique de climatisation et de chauffage permet de réduire les espaces utilisés par la ventilation. La pompe à chaleur 1 comprend des échangeurs de chaleur externe et interne 2, 3, un compresseur 4, un détendeur 5 et un fluide frigorigène (non représenté) traversant ces composants circulant dans un conduit 6 reliant les échangeurs de chaleur 3 et 4, le compresseur 4 et le détendeur 5. Le système 1 comprend deux groupes motoventilateurs 7, 8, situés dans l'axe du flux d'air FA et comprenant chacun un moteur électrique 7a, 8a relié à une unité de commande électronique 9 et un ventilateur ou hélice 7b, 8b mise en rotation par le moteur correspondant 7a, 8a. Un premier ventilateur 7 alimenté par un premier moteur électrique 7a est situé face à l'échangeur de chaleur externe 2 de manière à souffler l'air réchauffé ou refroidi vers l'échangeur de chaleur externe 2 et un deuxième ventilateur 8 alimenté par un deuxième moteur électrique 8a est situé face à l'échangeur de chaleur interne 3, par exemple entre l'échangeur de chaleur externe 2 et l'échangeur de chaleur interne 3 de manière à souffler l'air réchauffé ou refroidi vers dans l'habitacle du véhicule H. De manière générale, le premier ventilateur 7 est disposé dans le compartiment avant du véhicule automobile le plus proche de l'extérieur, tandis que le deuxième ventilateur 8 est disposé dans un compartiment du véhicule automobile le plus proche de l'habitacle H. Lorsque la pompe à chaleur 1 est destinée à réchauffer l'air intérieur de l'habitacle H du véhicule, l'échangeur externe 2 fonctionne en tant qu'évaporateur et l'échangeur interne 3 fonctionne en tant que condenseur. Le fluide frigorigène circule dans un deuxième sens de circulation, illustré par une flèche F2, de l'évaporateur à travers le compresseur, puis dans le condenseur et dans le détendeur pour revenir à l'évaporateur. Le fluide frigorigène circulant dans la pompe à chaleur 1 subit un cycle de transformation composé de quatre étapes : Lorsque le fluide frigorigène traverse l'évaporateur 2, il va prélever la chaleur au fluide secondaire qui est l'air extérieur en passant de l'état liquide à l'état gazeux. La température de l'air situé en aval de l'évaporateur devient inférieure à la température de l'air extérieur. Le fluide frigorigène traverse ensuite le compresseur 4 apte à comprimer le fluide frigorigène gazeux. A la sortie du compresseur 4, le fluide frigorigène est gazeux et a une température élevée. Dans le condenseur 3, le fluide frigorigène passe de l'état gazeux à l'état liquide et cède de l'énergie transférée au fluide secondaire (air) qui est l'air intérieur sous forme de chaleur. A la sortie du condenseur 3, la température du fluide frigorigène est fortement diminuée. Le fluide frigorigène est ensuite détendu dans le détendeur 5.

Lorsque la pompe à chaleur 1 est destinée à refroidir l'air intérieur de l'habitacle H du véhicule (non représenté), le débit du fluide frigorigène est inversé, selon le sens de la flèche F1. L'échangeur de chaleur externe 2 fonctionne en tant que condenseur et l'échangeur de chaleur interne 3 fonctionne en tant qu'évaporateur. Le fluide frigorigène circule donc du condenseur 2 à travers le détendeur 5, puis dans l'évaporateur 3 et dans le compresseur 4 pour revenir au condenseur 2.

Lorsque la pompe à chaleur 1 fonctionne en mode climatisation, l'unité de commande électronique 9 actionne un module de commande en mode climatisation 9a du moteur 7a du premier groupe motoventilateur 7 selon le procédé qui suit, illustré à la figure 2.

Lors d'une première étape 10, on fournit une puissance au groupe motoventilateur 7 en fonction du régime K du compresseur 4 et de la vitesse V du véhicule afin de fournir un débit d'air dans le condenseur 2 de façon proportionnelle au régime du compresseur 4. L'étape 10 est détaillée à la figure 4, dans laquelle on calcule le débit d'air Qa,N nécessaire en fonction du régime K du compresseur 4, on estime le débit d'airQa,est selon la vitesse V du véhicule et une cartographie 11 fournie par le constructeur et on calcule la différence entre le débit d'air calculé Qa,N et le débit d'air estiméQ a,este e commande la puissance du groupe motoventilateur en fonction de cette netote différence saturée. La saturation 12 permet au groupe motoventilateur de rester dans sa zone de fonctionnement. Ainsi, on obtient un gain statique Qa de commande du premier groupe motoventilateur 7. Le premier groupe motoventilateur 7 est ainsi commandé de manière proportionnelle au régime K du compresseur 4. L'augmentation du régime K du compresseur 4 entraine donc l'augmentation du débit massique du fluide réfrigérant et favorise ainsi l'échange de chaleur étant donné que le débit massique du fluide secondaire, ici l'air, augmente dans la même proportion avec le gain statique Qa calculé. Lors d'une deuxième étape 20, on mesure la température du fluide réfrigérant Tr,e,o en sortie de l'échangeur externe 2, ici le condenseur et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant Tsat(p)t,c,o en sortie du condenseur 2.

On détermine ensuite la température de sous refroidissement SR correspondant à la différence entre la température du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur externe 2 et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur externe 2 : SR = Tr,c,o - TSat(P)r,c,o (équation 1) Avec : Tr,c,o, la température du fluide réfrigérant en sortie du condenseur, exprimée en Kelvin ; et TSat(P)r,c,o, la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en sortie du condenseur, exprimée en Kelvin.

On compare ensuite à l'étape 30, la température de sous refroidissement SR avec une première valeur de seuil S1. Lorsque la température de sous refroidissement SR est supérieure avec la première valeur de seuil S1, on détermine, à l'étape 40, un certain nombre de variables, telles que : le débit massique ma,, du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur interne, ici l'évaporateur, exprimé en kg. s-1, le débit massique du fluide réfrigérant mr, exprimé en kg.s-1, l'enthalpie hr,c,o du fluide réfrigérant sortant du condenseur, exprimé en kJ.kg-1, l'enthalpie hr,e,o du fluide réfrigérant sortant de l'évaporateur, exprimé en kJ.kg-1, la température Ta,, du fluide secondaire entrant dans l'évaporateur, exprimée en Kelvin, la température moyenne Tmoy1 du fluide réfrigérant dans l'évaporateur, exprimée en Kelvin, et la chaleur spécifique du réfrigérant liquide Crj, exprimée en kJ.kg-1.1(-1. A l'étape 50, on calcule une première valeur d' enthalpie h1 selon l'équation suivante : , , r h 1- co h SR . Crj (équation 2) Avec : hr,c,o, l'enthalpie du fluide réfrigérant sortant du condenseur 2, exprimé en kJ.kg-1; SR, la température de sous refroidissement, exprimée en Kelvin ; et Cr,i, la chaleur spécifique du fluide réfrigérant liquide, exprimée en kJ.kg-1.K-1. En parallèle, à l'étape 60, on calcule le débit du fluide secondaire Qa,e traversant l'évaporateur 3 selon l'équation suivante : Qa,e = (Ta,e Tmoyl) - mae - Ca (équation 3) Avec : Ta,e, la température du fluide secondaire entrant dans l'évaporateur, exprimée en Kelvin ; T.,03,1, la température moyenne du fluide réfrigérant dans l'évaporateur, exprimée en Kelvin, ma,,, le débit massique du fluide secondaire dans l'évaporateur, exprimé en kg. s-1, et Ca la chaleur spécifique du fluide secondaire, exprimée en kJ.kg-1.1(-1.

A l'étape 70, on compare l'enthalpie hr,e,o du fluide réfrigérant sortant de l'évaporateur avec une valeur de seuil S2 définie comme suit : S2 = hl+Qa,e/Inr (équation 4) Si l'enthalpie hr,e,o du fluide réfrigérant sortant de l'évaporateur 3 est inférieure à la valeur de seuil S2, alors on augmente le débit d'air dans le condenseur à l'étape 80.

Si l'enthalpie hr,e,o du fluide réfrigérant sortant de l'évaporateur 3 est supérieure à la valeur de seuil S2, alors on calcule une deuxième et une troisième valeur d' enthalpie h2 et h3 respectivement selon les équations suivantes, respectivement aux étapes 90 et 100: h2 = h1 - ((W+Qa,e)/mr) (équation 5) h3 = hr,e,o - (Qa,e/mr) (équation 6) Avec : h1, la première valeur d'enthalpie calculée selon l'équation à l'étape, exprimée en kJ.kg-1 ; W, la puissance électrique consommée, par exemple mesurée; Qa,e la valeur calculée selon l'équation ; mr, le débit massique du fluide réfrigérant, exprimé en kg.s-1 ; et hr,e,o, l' enthalpie du fluide réfrigérant sortant de l'évaporateur, exprimé en kJ.kg-1 Afin de déterminer, à l'étape 120, le débit d'air Qa,c à fournir au condenseur 2 on divise la différence des deuxième et troisième valeurs d'enthalpie calculées aux équations par une valeur d'enthalpie d'air du condenseur ha,, calculée selon l'équation à l'étape 110: Qa,c = (h3-h2)/ha,, (équation 7) - (Tmoy2 - Taci)- Ca (équation 8) Avec : T.,03,2, la température moyenne du fluide réfrigérant dans le condenseur, exprimée en Kelvin, la température du fluide secondaire entrant dans le condenseur, exprimée en Kelvin ; et Ca la chaleur spécifique du fluide secondaire, exprimée en kJ.kg-1.1(-1.

A l'étape 130, on vérifie si le compresseur 4 est toujours allumé. Si le compresseur 4 est éteint, le module de commande 9a arrête d'alimenter, à l'étape 131, le premier groupe motoventilateur 7.

Si à l'inverse, le compresseur 4 est allumé, alors on vérifie à l'étape 140 si la température de sous refroidissement SR est supérieure à la première valeur de seuil Si. Si tel est le cas, on revient à l'étape 40. Si la température de sous refroidissement SR est inférieure à la première valeur de seuil Si, alors on calcule, à l'étape 150, la valeur de la température de surchauffe DSC correspondant à la différence entre la température du fluide réfrigérant en entrée du condenseur et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en entrée du condenseur: DSC = - TSat(P)r,c,1 (équation 9) Avec : Tr,c,i, la température du fluide réfrigérant en entrée du condenseur, exprimée en K ; et Tsat(p)r,c,i, la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en entrée du condenseur, exprimée en K. On compare ensuite à l'étape 160, la température de surchauffe DSC à une troisième valeur de seuil S3 calculée comme suit : S3=W/(mr.Cr,g) (équation 10) Avec : W, la puissance électrique consommée ; mr, le débit massique du fluide réfrigérant, exprimé en kg.s-1 ; et Cr,g, la chaleur spécifique du fluide réfrigérant en phase gazeuse, exprimée en kJ.kg-1.1(-1. Si la température de surchauffe DSC est supérieure à la troisième valeur de seuil S3, alors on augmente, à l'étape 170, le débit d'air dans le condenseur 2. Si à l'inverse, la température de surchauffe DSC est inférieure à la troisième valeur de seuil S3, on réduit, à l'étape 180, le débit d'air dans le condenseur 2. On retombe ensuite à l'étape 130. A nouveau, si le compresseur 4 est éteint, le module de commande 9a arrête d'alimenter, à l'étape 131, le premier groupe motoventilateur 7. Si à l'inverse, le compresseur 4 est allumé, alors on revérifie à l'étape 140 si la température de sous refroidissement SR est supérieure à la première valeur de seuil Si. Si tel est le cas, on revient à l'étape 40.

Lorsque la pompe à chaleur 1 fonctionne en mode chauffage, l'unité de commande électronique 9 actionne un module de commande en mode chauffage 9b du moteur 7a du premier groupe motoventilateur 7 selon le procédé qui suit, illustré à la figure 3. Les étapes 10, 20, 30 et 40 sont identiques aux figures 2 et 3.

Lors d'une première étape 10, on fournit une puissance au premier groupe motoventilateur 7 en fonction du régime K du compresseur 4 et de la vitesse V du véhicule afin de fournir un débit d'air dans le condenseur 3 de façon proportionnelle au régime K du compresseur 4.

L'étape 10 est détaillée à la figure 4, dans laquelle on calcule le débit d'air nécessaire Qa,N en fonction du régime du compresseur, on estime le débit d'air Qa,est selon la vitesse V du véhicule et une cartographie 11 fournie par le constructeur et on calcule la différence entre le débit d'air calculé Qa,N et le débit d'air estimé Qa,est e commande la puissance du groupe motoventilateur en fonction cette on etot n de e différence saturée par un saturateur 12. Ainsi, on obtient un gain statique Qa de commande du premier groupe motoventilateur 7. Lors d'une deuxième étape 20, on mesure la température du fluide réfrigérant Tr,e,o en sortie de l'échangeur interne 3, ici le condenseur et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant Tsai(p)r,c,0 en sortie du condenseur 3. On détermine ensuite la température de sous refroidissement SR selon l'équation : SR = Tr,c,o - TSat(P)r,c,o (équation 1) Avec : Tr,c,o, la température du fluide réfrigérant en sortie du condenseur 3, exprimée en K ; et TSat(P)r,c,o, la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en sortie du condenseur 3, exprimée en K.

On compare ensuite à l'étape 30, la température de sous refroidissement SR avec une première valeur de seuil Si. Lorsque la température de sous refroidissement SR est supérieure avec la première valeur de seuil Si, on détermine, à l'étape 40, un certain nombre de variables, telles que : le débit massique ma,, du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur externe 2, ici l'évaporateur, exprimé en kg. s-1, le débit massique du fluide réfrigérant mr, exprimé en kg. s-1, l'enthalpie hr,c,0 du fluide réfrigérant sortant du condenseur 3, exprimé en kJ.kg-1, l'enthalpie hr,e,o du fluide réfrigérant sortant de l'évaporateur 2, exprimé en kJ.kg-1, la température Ta,, du fluide secondaire entrant dans l'évaporateur 2, exprimée en Kelvin, la température moyenne Tmoyi du fluide réfrigérant dans l'évaporateur 2, exprimée en Kelvin, et la chaleur spécifique du réfrigérant liquide Crj, exprimée en kJ.kg-1.1(-1. A l'étape 200, on calcule une première valeur d'enthalpie h'1 selon l'équation suivante : h'1= SR . Cr,1 (équation 11) Avec : SR, la température de sous refroidissement, exprimée en Kelvin ; et Cr,1, la chaleur spécifique du fluide réfrigérant liquide, exprimée en kJ.kg-1.1(-1. A l'étape 210, on calcule une deuxième valeur d'enthalpie h'2 selon l'équation suivante : h'2 = hr,e,o - (équation 12) Avec : hr,e,o, l'enthalpie du fluide réfrigérant sortant de l'évaporateur 2, exprimé en kJ.kg-1 ; et hr,e,o, l'enthalpie du fluide réfrigérant sortant du condenseur 3, exprimé en kJ.kg-1. Afin de déterminer un gain dynamique G, à l'étape 230, correspondant au gain minimal nécessaire pour garantir l'évaporation du fluide réfrigérant, on divise la deuxième valeur d'enthalpie h'2 calculée à l'équation par une valeur d'enthalpie d'air de l'évaporateur ha,, calculée à l'étape 220 selon l'équation 14: G = (h'2/ha,e) . mr (équation 13) ha,e = (Ta,, - Tmoyi)- Ca (équation 14) Avec : Tmoyi, la température moyenne du fluide réfrigérant dans l'évaporateur, exprimée en Kelvin, Ta,e,i, la température du fluide secondaire entrant dans l'évaporateur 2, exprimée en Kelvin ; Ca la chaleur spécifique du fluide secondaire, exprimée en kJ.kg-1.1(-1; et mr, le débit massique du fluide réfrigérant exprimé en kg.s-1. A l'étape 240, on vérifie si le compresseur 4 est toujours allumé. Si le compresseur 4 est éteint, le module de commande en mode chauffage 9b arrête d'alimenter, à l'étape 241, le premier groupe motoventilateur 7. Si à l'inverse, le compresseur 4 est allumé, alors on vérifie à l'étape 250 si la température de sous refroidissement SR est supérieure à la première valeur de seuil Si. Si tel est le cas, on revient à l'étape 40.

Si la température de sous refroidissement SR est inférieure à la première valeur de seuil Si, alors on calcule, à l'étape 260, la valeur de la température de surchauffe DSC correspondant à la différence entre la température du fluide réfrigérant en entrée du condenseur 3 et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en entrée du condenseur 3: DSC = Tr,c, - TSat(P)r,c,i (équation 9) Avec : Tr,c,i, la température du fluide réfrigérant en entrée du condenseur 3, exprimée en K ; et Tsai(p)r,c,i, la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant en entrée du condenseur 3, exprimée en K. On compare ensuite à l'étape 270, la température de surchauffe DSC à une troisième valeur de seuil S3 calculée comme suit : S3=Wi(Mr.Cr,g) (équation 10) Avec : W, la puissance électrique consommée; mr, le débit massique du fluide réfrigérant, exprimé en kg.s-1 ; et Cr,g, la chaleur spécifique du fluide réfrigérant en phase gazeuse, exprimée en kJ.kg-1.1(-1. Si la température de surchauffe DSC est supérieure à la troisième valeur de seuil S3, alors on augmente, à l'étape 280, le débit d'air dans le condenseur 3. Si à l'inverse, la température de surchauffe DSC est inférieure à la troisième valeur de seuil S3, on réduit, à l'étape 290, le débit d'air dans le condenseur 3. On retombe ensuite à l'étape 240. A nouveau, si le compresseur 4 est éteint, le module de commande en mode chauffage 9b arrête d'alimenter, à l'étape 241, le premier groupe motoventilateur 7. Si à l'inverse, le compresseur 4 est allumé, alors on revérifie à l'étape 250 si la température de sous refroidissement SR est supérieure à la première valeur de seuil S1. Si tel est le cas, on revient à l'étape 40. Ainsi, on obtient un gain dynamique G permettant au groupe motoventilateur 7 face à l'échangeur de chaleur externe 2 de fournir un débit de fluide secondaire minium assurant la conversation complète du liquide réfrigérant en phase gazeuse lors de son passage dans l'évaporateur. Dans toutes les équations décrites ci-dessus, les enthalpies ainsi que les constantes de chaleur spécifiques sont uniques pour chaque fluide réfrigérant et peuvent, par exemple être intégrées à des cartographies. Les valeurs de la température moyenne Tmoy1, Tmoy2 correspondent à la valeur moyenne entre les températures mesurées en entrée et en sortie de l'échangeur de chaleur correspondant. Toutes les autres variables (températures, tension ou courant électrique...) sont obtenues par des moyens de mesure, tels que des capteurs (non représentés). Ainsi, au système et procédé qui viennent d'être décrits, on peut commander le premier groupe motoventilateur situé à proximité de l'échangeur de chaleur externe de manière à lui fournir une puissance minimale nécessaire pour que le fluide réfrigérant soit totalement transformé en gaz dans le passage de l'évaporateur et arrive en phase gazeuse à l'entrée du compresseur. De plus, on réduit au maximum la température de surchauffe correspondant à la différence entre la température du fluide réfrigérant en sortie du compresseur et la température de saturation à la pression du réfrigérant en sortie du compresseur. Ainsi, le réglage du groupe motoventilateur est optimisé au mieux. Le groupe motoventilateur situé face à l'échangeur de chaleur externe est donc commandé de manière à rester dans son point de fonctionnement permettant à la fois d'éviter la surchauffe du compresseur et d'assurer la conversion totale du fluide réfrigérant en gaz dans l'évaporateur tout en réduisant la consommation électrique du groupe motoventilateur.

On notera qu'un tel système peut être appliqué dans les systèmes à compression de vapeur dans les bâtiments comprenant un groupe motoventilateur extérieur et un groupe motoventilateur situé à l'intérieur du bâtiment.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un groupe motoventilateur (7) dans une installation de chauffage et/ou de climatisation comprenant un échangeur de chaleur interne (2), un échangeur de chaleur externe (3), un compresseur (4), un détendeur (5) et un fluide frigorigène traversant ces composants et destiné à échanger de la chaleur avec un fluide secondaire, ledit groupe motoventilateur (7) étant face à l'échangeur de chaleur externe (2), caractérisé en ce que l'on détermine une puissance minimale à fournir au groupe motoventilateur (7) pour que le fluide réfrigérant arrive en phase gazeuse à l'entrée du compresseur (4).
2. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel lors d'une première étape (10), on fournit une puissance au groupe motoventilateur (7) en fonction du régime (K) du compresseur (4) et de la vitesse (V) du véhicule.
3. 3. Procédé de commande selon la revendication 2, dans lequel on calcule le débit du fluide secondaire nécessaire (Qa,N) en fonction du régime (K) du compresseur (4), on estime le débit (Qa,est) du fluide secondaire selon la vitesse (V) du véhicule et une cartographie (11) et on commande la puissance du groupe motoventilateur (7) en fonction de la différence entre le débit du fluide secondaire calculé (Qa,N) et le débit du fluide secondaire estimé (Qa,est).
4. 4. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lorsque le fluide réfrigérant circule dans un premier sens (Fi), en mode de climatisation, on mesure la température du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur externe (2) et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant (Tsat(p),,,,,,) en sortie de l'échangeur externe (2) et on détermine la température de sous refroidissement (SR) correspondant à la différence entre la température du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur externe (2) et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant (Tsat(p),,,,,,) en sortie de l'échangeur externe (2).
5. 5. Procédé de commande selon la revendication 4, dans lequel lorsque la température de sous refroidissement (SR) est supérieure àune valeur de seuil (Si), on détermine le débit massique (mi-) du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur interne (3), on calcule le débit du fluide secondaire (Qa,c) à fournir à l'échangeur de chaleur externe (2) en fonction de l'enthalpie du fluide secondaire (ha,e) dans l'échangeur de chaleur externe, et des enthalpies hr,e,o) du fluide réfrigérant respectivement en sortie de l'échangeur de chaleur externe (2) et de l'échangeur de chaleur interne (3).
6. 6. Procédé de commande selon la revendication 5, dans lequel si le compresseur (4) est toujours en fonctionnement et que la température de sous refroidissement (SR) est supérieure à une valeur de seuil (Si), on détermine une température de désurchauffe (DSC) correspondant à la température du fluide réfrigérant mesurée en entrée de l'échangeur externe (2) et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant (TSat(P)r,c,i) en entrée de l'échangeur externe (2), on compare la température de désurchauffe (DSC) avec une valeur de seuil (S3) et on régule le débit du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur externe (2) en fonction de ladite comparaison.
7. 7. Procédé de commande selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel l'échangeur de chaleur externe (2) est un condenseur.
8. 8. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lorsque le fluide réfrigérant circule dans un deuxième sens (F2), en mode de chauffage, on mesure la température du fluide réfrigérant (Tr,,,,) en sortie de l'échangeur de chaleur interne (3) et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant (Tsai(p)r,,,,,) en sortie de l'échangeur interne (3) et on détermine la température de sous refroidissement (SR) correspondant à la différence entre la température du fluide réfrigérant (Tr,,,,) en sortie de l'échangeur interne (3) et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant (Tsai(p)r,,,,,) en sortie de l'échangeur interne (3).
9. 9. Procédé de commande selon la revendication 8, dans lequel lorsque la température de sous refroidissement (SR) est supérieure à une valeur de seuil (Si), on calcule le débit du fluide secondaire (G) à fournir à l'échangeur de chaleur externe (2) en fonction de l'enthalpie du fluide secondaire (ha,e) dans l'échangeur de chaleur externe (2), etles enthalpies du fluide réfrigérant hr,e,o) respectivement en sortie de l'échangeur de chaleur externe (2) et de l'échangeur de chaleur interne (3).
10. 10. Procédé de commande selon la revendication 9, dans lequel lorsque le compresseur (4) est toujours en fonctionnement et que la température de sous refroidissement (SR) est supérieure à une valeur de seuil (S1), on détermine une température de désurchauffe (DSC) correspondant à la température du fluide réfrigérant mesurée en entrée de l'échangeur interne (3) et la température de saturation à la pression du fluide réfrigérant (TSat(P)r,c,i) en entrée de l'échangeur interne (3), on compare la température de désurchauffe avec une valeur de seuil et on régule le débit du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur externe (2) en fonction de ladite comparaison.
11. 11. Procédé de commande selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel l'échangeur de chaleur externe (2) est un évaporateur.
12. 12. Système de commande d'un groupe motoventilateur dans une installation de chauffage et/ou de climatisation (1) comprenant un échangeur de chaleur interne (2), un échangeur de chaleur externe (3), un compresseur (4), un détendeur (5) et un fluide frigorigène traversant ces composants et destiné à échanger de la chaleur avec un fluide secondaire, ledit groupe motoventilateur (7) étant situé face à l'échangeur de chaleur externe (2), caractérisé en ce qu'il comprend un module de commande (9a, 9b) apte à fournir la puissance minimale au groupe motoventilateur (7) pour que le liquide réfrigérant arrive en phase gazeuse à l'entrée du compresseur (4).
13. 13. Système de commande d'un groupe motoventilateur selon la revendication 12, dans lequel la puissance minimale à fournir au groupe motoventilateur (7) est en fonction de l'enthalpie (ha,e, ha,e) du fluide secondaire dans l'échangeur de chaleur externe (2), et des enthalpies du fluide réfrigérant (hr,e,o, hr,e,o) en sortie des échangeurs de chaleur externe et interne (2, 3).