FR3013268A1 - Systeme de conditionnement thermique pour vehicule automobile et installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation correspondante - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de conditionnement thermique d'un flux d'air pour véhicule automobile comportant un circuit de fluide réfrigérant (3), le circuit de fluide réfrigérant (3) comprenant : - un compresseur (7), - un condenseur (15), - au moins un évaporateur (9, 11, 35), et - au moins un organe de détente (31, 33, 36) agencé en aval du condenseur (15) et en amont d'un évaporateur associé (9, 11, 35) dans un sens de circulation du fluide réfrigérant. Selon l'invention, ledit circuit de fluide réfrigérant (3) comprend en outre un élément de détente (16) supplémentaire et un réservoir (17) agencés en série entre le condenseur (15) et ledit au moins un organe de détente (31, 33, 36) associé à un évaporateur (9, 11, 35). L'invention concerne aussi une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprenant un tel système de conditionnement d'un flux d'air ainsi qu'un procédé de pilotage de ce système de conditionnement d'un flux d'air.

Description

-1- Système de conditionnement thermique pour véhicule automobile et installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation correspondante L'invention est du domaine des installations de chauffage, de ventilation et/ou de 5 climatisation d'un véhicule automobile électrique ou hybride. L'invention a pour objet un système de conditionnement thermique coopérant avec une telle installation. Un véhicule automobile électrique ou hybride, dont la propulsion est assurée au 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 10 l'intérieur de l'habitacle du véhicule en délivrant un flux d'air conditionné à l'intérieur de l'habitacle. Une telle installation comprend généralement un système de conditionnement d'air. En particulier, l'invention peut concerner une architecture réversible du système 15 de conditionnement apte à être utilisée en mode pompe à chaleur pour répondre à un besoin de chauffage de l'habitacle, ou en mode de climatisation pour rafraîchir l'air à destination de l'habitacle. Bien sûr, le système de conditionnement d'air peut aussi être piloté en un mode de déshumidification, par un chauffage et un refroidissement du flux d'air, permettant d'assécher l'air à destination de l'habitacle. 20 Selon une architecture connue, le système de conditionnement d'air comprend une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant appelée circuit de fluide réfrigérant, et une boucle secondaire dans laquelle circule un deuxième fluide, dit fluide caloporteur. Avec une telle architecture, le flux d'air à destination de l'habitacle est réchauffé par le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide 25 caloporteur. On parle dans ce cas de système indirect. De façon traditionnelle, la boucle de climatisation ou circuit de fluide réfrigérant comprend un compresseur pour comprimer le fluide réfrigérant, un premier échangeur thermique agencé en face avant tel qu'un évaporateur externe, un deuxième échangeur thermique agencé pour conditionner le flux d'air à destination de l'habitacle tel qu'un 30 évaporateur interne. -2- Un organe de détente est agencé en amont de chaque évaporateur. Le compresseur est apte à porter le fluide réfrigérant à une haute pression. Le premier échangeur thermique permet un transfert thermique entre le fluide réfrigérant et l'air ambiant, tel qu'un flux d'air extérieur au véhicule.

Le deuxième échangeur thermique permet un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le flux d'air destiné à être délivré à l'intérieur de l'habitacle qui traverse l'échangeur thermique. En outre, le circuit de fluide réfrigérant et le circuit de fluide caloporteur comprennent conjointement un échangeur thermique bi-fluide, par exemple un 10 condenseur à eau dans lequel le fluide réfrigérant cède de la chaleur au fluide caloporteur. L'organe de détente est à même d'abaisser la pression du fluide réfrigérant sortant du condenseur à eau en l'amenant à l'état liquide. Un évaporateur permet quant à lui de faire passer à l'état gazeux le fluide réfrigérant arrivant à l'état liquide en 15 provenance de l'organe de détente, à pression relativement constante, en prélevant de la chaleur à un flux d'air qui traverse l'évaporateur. Le fluide réfrigérant vaporisé est ensuite aspiré par le compresseur. Une bouteille de stockage est généralement prévue en sortie du condenseur à eau et peut être solidaire du condenseur à eau. La bouteille de stockage permet de stocker le 20 fluide réfrigérant afin de compenser des variations de volume. La bouteille de stockage reçoit généralement en entrée un mélange de gaz et liquide provenant du condenseur à eau. La bouteille de stockage a pour fonction la séparation du fluide réfrigérant en gaz et liquide. La bouteille de stockage peut permettre également la déshydratation du fluide réfrigérant grâce à un sac déshydratant. La bouteille de stockage peut encore permettre 25 de filtrer des impuretés. Le liquide en sortie de la bouteille de stockage peut ensuite subir une détente avant d'être évaporé au sein d'un évaporateur. Cependant, les performances de fonctionnement d'un tel système de conditionnement d'air peuvent ne pas être optimales. 30 Un but de la présente invention est de proposer un système de conditionnement -3- dont les performances sont améliorées. À cet effet, l'invention a pour objet un système de conditionnement thermique d'un flux d'air pour véhicule automobile comportant un circuit de fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant : un compresseur un condenseur, au moins un évaporateur, et au moins un organe de détente agencé en aval du condenseur et en amont d'un évaporateur associé dans un sens de circulation du fluide réfrigérant, caractérisé en ce que ledit circuit de fluide réfrigérant comprend en outre un élément de détente supplémentaire et un réservoir agencés en série entre le condenseur et ledit au moins un organe de détente associé à un évaporateur. Cet élément de détente supplémentaire forme un élément de pré-détente. Selon un mode de réalisation, le condenseur est un condenseur à eau.

Ainsi, l'élément de pré-détente est agencé en aval du condenseur à eau et l'organe de détente est agencé en amont d'un évaporateur selon un sens de circulation du fluide réfrigérant. La solution proposée combine donc un élément de pré-détente et un réservoir pour forcer un sous-refroidissement à la sortie du condenseur à eau. Le fluide réfrigérant 20 subit donc deux détentes. Ainsi, une première détente ou pré-détente du fluide réfrigérant est réalisée en sortie du condenseur à eau, puis la phase liquide et la phase gazeuse du fluide réfrigérant se séparent dans le réservoir. La phase liquide du fluide réfrigérant subit ensuite une nouvelle détente et une 25 évaporation dans un évaporateur en aval du condenseur dans le sens de circulation du fluide réfrigérant. À titre d'exemple non limitatif, il peut s'agir d'un évaporateur externe, interne et/ou d'un évaporateur dit sur l'eau pour un refroidissement d'un composant électrique et/ou électronique du véhicule tel qu'une batterie. 30 Les performances du système de conditionnement d'air peuvent être améliorées -4- en augmentant l'échange thermique sur la phase liquide sous-refroidie du fluide réfrigérant. Le système de conditionnement peut en outre comporter une ou plusieurs 5 caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : l'élément de détente, autrement appelé élément de pré-détente, est réalisé par un rétrécissement de la conduite de circulation du fluide réfrigérant entre le condenseur à eau et le réservoir ; l'élément de détente, autrement appelé élément de pré-détente, comprend un 10 détendeur électronique ; le circuit de fluide réfrigérant comprend : un premier évaporateur pour un échange thermique avec un flux d'air extérieur, et un deuxième évaporateur pour un échange thermique avec un flux d'air à destination de l'habitacle dudit véhicule agencé en parallèle du premier évaporateur en termes de circulation du fluide réfrigérant, 15 lesdits premier et deuxième évaporateurs étant agencés et en aval du condenseur selon le sens de circulation du fluide réfrigérant ; le circuit de fluide réfrigérant comprend : un premier organe de détente agencé en amont du premier évaporateur selon un sens de circulation du fluide réfrigérant et un deuxième organe de détente agencé en amont du deuxième échangeur thermique 20 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant ; ledit système comprend un circuit de fluide caloporteur et dans lequel le condenseur est un échangeur thermique bi-fluide agencé conjointement sur le circuit de fluide caloporteur et le circuit de fluide réfrigérant ; ledit système comporte un deuxième échangeur thermique bi-fluide agencé 25 conjointement sur le circuit de fluide caloporteur et le circuit de fluide réfrigérant, et apte à refroidir un composant électronique et/ou électrique dudit véhicule ; le deuxième échangeur thermique bi-fluide est un évaporateur et le circuit de fluide réfrigérant comprend un organe de détente agencé en amont du deuxième échangeur thermique bi-fluide selon un sens de circulation du fluide réfrigérant ; 30 au moins un organe de détente est un détendeur thermostatique ; -5- le circuit de fluide caloporteur comprend un radiateur de chauffage agencé en aval du deuxième échangeur thermique selon un sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle, et en aval du condenseur selon un sens de circulation du fluide caloporteur.

L'invention concerne également une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comportant un système de conditionnement thermique d'un flux d'air tel que défini précédemment.

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 : la figure la représente un système de conditionnement d'air selon un premier mode de réalisation, la figure lb représente un système de conditionnement d'air selon un deuxième mode de réalisation, la figure 2 représente de façon schématique un diagramme de Mollier d'un cycle frigorifique du fluide réfrigérant circulant dans un système de conditionnement selon le premier mode de réalisation, la figure 3 représente le circuit de la figure la fonctionnant dans un mode de pompe à chaleur, la figure 4 représente le système de la figure la fonctionnant dans un mode de climatisation, et la figure 5 représente le système de la figure la fonctionnant dans un mode de déshumidification avec recirculation du flux d'air dans l'habitacle. Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. La figure la représente de façon schématique et simplifiée un système de conditionnement 1 d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour 30 véhicule automobile. -6- Un tel système de conditionnement 1 permet de modifier les paramètres de l'air à l'intérieur de l'habitacle du véhicule en délivrant un flux d'air à l'intérieur de l'habitacle. À cet effet, le système de conditionnement 1 peut comprendre un pulseur (non représenté) pour faire circuler le flux d'air par exemple depuis une bouche d'admission d'air (non représentée) vers une bouche de délivrance d'air (non représentée) dans l'habitacle. Il peut notamment comprendre une bouche de dégivrage/désembuage destinée à délivrer le flux d'air vers le pare-brise et/ou les vitres avant du véhicule. Un tel système de conditionnement 1 peut fonctionner selon différents modes, notamment en mode pompe à chaleur pour répondre à un besoin de chauffage de l'habitacle, ou un mode climatisation permettant de conditionner le flux d'air à destination de l'habitacle du véhicule pour le rafraîchir, ou encore un mode déshumidification pour obtenir un flux d'air sec avant de le distribuer dans l'habitacle, ou encore recirculation du flux d'air de l'habitacle tels que décrits par la suite.

Selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure la, le système de conditionnement 1 comporte un circuit de fluide réfrigérant 3, et un circuit de fluide caloporteur 5 tel qu'un mélange d'eau et de glycol. Le circuit de fluide réfrigérant 3 est aussi appelé boucle de climatisation 3.

Les composants du circuit de fluide réfrigérant 3 sont raccordés les uns aux autres par des conduites ou canalisations à travers lesquelles le fluide réfrigérant circule. Respectivement les composants du circuit de fluide caloporteur 5 sont raccordés les uns aux autres par des conduites ou canalisations à travers lesquelles le fluide caloporteur circule.

Sur les figures, le circuit du fluide réfrigérant 3 est représenté en pointillés et le circuit du fluide caloporteur 5 est représenté en traits pleins. Le sens de circulation des fluides est schématisé par des flèches. Bien entendu, le sens de circulation schématisé sur les figures est à titre illustratif et non limitatif et dépend de l'état de fonctionnement de l'installation.30 -7- Selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure la, le circuit de fluide réfrigérant 3 comprend : un compresseur 7, un premier échangeur 9 thermique, pour un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d'air extérieur FE, ici un premier évaporateur 9, un deuxième échangeur thermique 11 agencé de manière à conditionner un flux d'air à destination de l'habitacle du véhicule, ici un deuxième évaporateur 11. Le circuit de fluide réfrigérant 3 comporte en outre un échangeur thermique bifluide 15 agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 3 et le circuit de fluide 10 caloporteur 5, et en série avec l'échangeur thermique bi-fluide 15 un élément de détente 16, autrement appelé élément de pré-détente, et un réservoir ou accumulateur 17. Le circuit de fluide caloporteur 5 peut comporter un échangeur thermique additionnel optionnel 18, par exemple par chauffage par résistance électrique, en série 15 avec l'échangeur thermique bi-fluide 15. Le circuit de fluide caloporteur 5 comporte en outre un premier radiateur 19, tel qu'un radiateur de refroidissement 19 dit radiateur basse température, agencé en face avant du véhicule. Le circuit de fluide caloporteur 5 peut comporter en outre un deuxième radiateur 20 20, dit radiateur haute température agencé en face avant du véhicule. Le circuit de fluide caloporteur 5 comporte également un radiateur 21 de chauffage ou « heater core » en anglais, agencé de manière à conditionner le flux d'air à destination de l'habitacle. En outre, le circuit de fluide caloporteur 5 peut comporter une pompe 25 pour la 25 circulation du fluide caloporteur. Le circuit de fluide caloporteur 5 peut aussi comporter une ou plusieurs vannes de commande 27, 29, permettant de diriger le fluide caloporteur selon le mode de fonctionnement du système de conditionnement 1. 30 En fonctionnement, le compresseur 7 reçoit en entrée le fluide réfrigérant à l'état -8- gazeux, ou un mélange de gaz/liquide, sous basse pression et basse température, tel qu'illustré schématiquement par le sigle « BP » au-dessus des canalisations sur les figures. Le compresseur 7 comprend donc un orifice d'entrée par lequel le fluide 5 réfrigérant rentre et un orifice de sortie par lequel le fluide réfrigérant comprimé sort. La compression permet d'élever la pression et la température du fluide réfrigérant, tel qu'illustré schématiquement par le sigle «HP» au-dessus des canalisations sur les figures. 10 Selon le premier mode de réalisation décrit le premier échangeur thermique 9 est un évaporateur. Le premier évaporateur 9 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 FE en provenance de l'extérieur du véhicule. On parle également d'évaporateur externe 9. 15 En fonctionnement, le fluide réfrigérant s'évapore dans le premier évaporateur 9, et en s'évaporant le fluide réfrigérant absorbe la chaleur du flux d'air FE traversant le premier évaporateur 9. Un premier organe de détente 31 est par exemple agencé en série avec le premier évaporateur 9. 20 Notamment, le premier organe de détente 31 est agencé en amont du premier évaporateur 9 dans le sens de circulation du fluide réfrigérant en mode pompe à chaleur tel que décrit par la suite. En effet, dans un mode de pompe à chaleur, le fluide réfrigérant circule en série dans le premier organe de détente 31 puis dans le premier évaporateur 9, de façon à abaisser la pression et la température du fluide réfrigérant 25 avant l'évaporation. Le premier organe de détente 31 est par exemple un détendeur thermostatique. Selon le premier mode de réalisation décrit le deuxième échangeur thermique 11 est également un évaporateur 11. 30 En ce qui concerne le deuxième évaporateur 11, il est généralement qualifié d' -9- « évaporateur interne » du fait qu'il est agencé pour échanger des calories avec le flux d'air devant être distribué à l'intérieur de l'habitacle. Le premier évaporateur 9 et le deuxième évaporateur 11 sont agencés en parallèle en termes de circulation du fluide réfrigérant.

En fonctionnement, le fluide réfrigérant entrant dans le deuxième évaporateur 11 absorbe la chaleur du flux d'air à destination de l'habitacle en s'évaporant ; ce qui a pour effet de refroidir le flux d'air. Le deuxième évaporateur 11 est généralement agencé de façon à permettre une circulation du fluide réfrigérant en son sein sensiblement parallèle à la circulation du 10 fluide réfrigérant dans le premier évaporateur 9, en terme de circulation de fluide. De plus, le deuxième évaporateur 11 est agencé en amont du radiateur de chauffage 21 ou « heater core » du circuit de fluide caloporteur 5 dans le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle du véhicule. Cet agencement est en particulier intéressant pour déshumidifier le flux d'air à 15 destination de l'habitacle en le refroidissant par passage dans le deuxième évaporateur 11 par exemple avant de chauffer ce flux d'air par passage dans le radiateur de chauffage 21 du circuit de fluide caloporteur 5. Par ailleurs, un deuxième organe de détente 33 est agencé en série avec le deuxième évaporateur 11. Plus précisément, le deuxième organe de détente 33 est 20 agencé en amont du deuxième évaporateur 11 dans le sens de circulation du fluide réfrigérant par exemple dans un mode de climatisation ou de déshumidification tels que décrits par la suite. Le deuxième organe de détente 33 est par exemple un détendeur thermostatique. 25 Par ailleurs, le condenseur 15 est apte à recevoir le fluide réfrigérant sous forme de gaz chaud qui cède de la chaleur au fluide caloporteur. Le fluide caloporteur étant par exemple de l'eau, on parle de condenseur à eau ou « water condenser » en anglais. Selon l'agencement représenté sur la figure la, le condenseur à eau 15 est agencé en sortie du compresseur 7. En fonctionnement, le condenseur à eau 15 reçoit le 30 fluide réfrigérant sous forme de gaz chaud qui cède de la chaleur au fluide caloporteur. -10- Le fluide caloporteur étant par exemple de l'eau, le condenseur à eau 15 est communément appelé condenseur à eau. L'élément de pré-détente 16 est agencé en aval du condenseur à eau 15 dans le sens de circulation du fluide réfrigérant.

Cet élément de pré-détente 16 est par exemple réalisé par un rétrécissement de la conduite en sortie du condenseur à eau 15. Un tel rétrécissement d'une conduite de circulation peut être appelé tube de détente ou « Orifice Tube » en anglais. On peut aussi prévoir un détendeur électronique de sorte que la section de passage peut être variée de manière électronique. Un tel détendeur électronique permet 10 de modifier et ajuster le rétrécissement de la conduite. Cet élément de pré-détente 16 permet d'abaisser la pression et la température du fluide réfrigérant en sortie du condenseur à eau 15. Le réservoir 17 est quant à lui agencé en aval de l'élément de pré-détente 16. L'élément de pré-détente 16 peut être intégré à l'entrée du réservoir 17 ou 15 accumulateur. Le réservoir 17 peut être solidaire du condenseur à eau 15. Le réservoir 17 reçoit en entrée le fluide réfrigérant provenant du condenseur à eau 15 et ayant subi une première détente au niveau de l'élément de pré-détente 16. Le réservoir 17 permet de stocker le fluide réfrigérant liquide afin de compenser 20 d'éventuelles variations de volume. Il s'agit d'un réservoir de stockage ou également appelé réservoir de déshydratation. En effet, le réservoir 17 peut permettre également la déshydratation du fluide réfrigérant grâce à un sac déshydratant par exemple. Le réservoir 17 peut encore permettre de filtrer des impuretés. Le réservoir 17 peut assurer en plus une fonction de séparation entre une phase 25 gazeuse et une phase liquide du fluide réfrigérant. Le réservoir 17 permet d'imposer un équilibre du fluide réfrigérant en état de saturation après l'élément de pré-détente 16. On obtient ainsi un sous refroidissement forcé du fluide réfrigérant en sortie du condenseur à eau 15. En sortie du réservoir 17, le fluide réfrigérant sous forme de mélange gaz liquide 30 subit une nouvelle détente avant de subir une évaporation dans un des évaporateurs 9, -11- 11 du circuit de fluide réfrigérant 3. Selon une deuxième variante de réalisation illustrée sur la figure lb, le circuit de fluide réfrigérant 3 peut en outre comprendre un échangeur thermique additionnel 100 dit interne, connu sous le sigle « IHX » pour Internai Heat Exchanger en anglais.Cet échangeur thermique additionnel 100 est agencé entre le condenseur à eau 15 et l'élément de pré-détente 16. Ainsi, selon ce deuxième mode de réalisation, le fluide réfrigérant en sortie du condenseur à eau 15 peut circuler dans l'échangeur thermique additionnel interne 100 afin d'être refroidi avant de traverser l'élément de pré-détente 16 et le réservoir 17. Ceci permet d'améliorer les performances en particulier dans un mode de climatisation pour rafraîchir le flux d'air à destination de l'habitacle. Par ailleurs, le circuit de fluide réfrigérant 3 peut comprendre conjointement 15 avec le circuit de fluide caloporteur 5 un deuxième échangeur thermique bi-fluide 35, ici un évaporateur appelé « chiller » en anglais. Un troisième organe de détente 36 est agencé en série avec l'évaporateur bifluide 35. Plus précisément, le troisième organe de détente 36 est agencé en amont de l'évaporateur bi-fluide 35 dans le sens de circulation du fluide réfrigérant dans un mode 20 de refroidissement de composant décrit par la suite. Le troisième organe de détente 36 est par exemple un détendeur thermostatique. L'évaporateur bi-fluide 35 est apte à refroidir un composant électronique et/ou électrique du véhicule tel qu'une batterie 37 par échange thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur. On peut prévoir une pompe 39 pour la mise en 25 circulation du fluide caloporteur entre l'évaporateur bi-fluide 35 et la batterie 37. On peut également prévoir une vanne de contrôle 40 de la circulation du fluide caloporteur. Comme dit précédemment, le fluide caloporteur peut être de l'eau glycolée, l'évaporateur bi-fluide 35 forme donc un évaporateur sur l'eau. Lors de l'évaporation du fluide réfrigérant, ce dernier absorbe des calories du fluide caloporteur qui refroidi 30 permet à son tour de refroidir la batterie 37 par exemple. -12- Par ailleurs, le circuit de fluide réfrigérant 3 peut comprendre un premier point de raccordement 41 raccordé d'une part au condenseur à eau 15 et raccordé d'autre part au premier évaporateur 9 et à une conduite de circulation du fluide réfrigérant vers le deuxième évaporateur 11 et/ou l'évaporateur bi-fluide 35. Le fluide réfrigérant en sortie du condenseur à eau 15 peut donc être dirigé vers le premier évaporateur 9 et/ou vers le deuxième évaporateur 11 et/ou l'évaporateur bi-fluide 35. Le circuit de fluide réfrigérant 3 peut comprendre un deuxième point de raccordement 43 raccordé d'une part au premier point de raccordement 41 et d'autre 10 part au deuxième évaporateur 11 et à l'évaporateur bi-fluide 35. Le circuit de fluide réfrigérant 3 peut comprendre également un troisième point de raccordement 45 qui rassemble le fluide réfrigérant en sortie du deuxième évaporateur 11 et de l'évaporateur bi-fluide 35. Le circuit de fluide réfrigérant 3 peut comprendre en outre un quatrième point de 15 raccordement 47 qui rassemble le fluide réfrigérant en sortie du premier évaporateur 9 et en sortie du troisième point de raccordement 45 provenant du deuxième évaporateur 11 et/ou de l'évaporateur bi-fluide 35 pour le canaliser vers le compresseur 7. On a représenté de façon schématique sur la figure 2 un diagramme de Mollier 20 d'un cycle frigorifique du fluide réfrigérant avec en abscisse l'enthalpie en kJ/kg et en ordonnée la pression en Bars. Le point A correspond à l'entrée d'un évaporateur et le point B à la sortie de l'évaporateur et à l'entrée du compresseur 7 : de A à B, le fluide réfrigérant s'évapore. Le point C correspond à la sortie du compresseur 7 et à l'entrée du condenseur à 25 eau 15 : de B à C le fluide réfrigérant sous forme de gaz est comprimé. Le point D correspond au passage du fluide réfrigérant de l'état diphasique à l'état liquide. Le point D est le point de saturation.Le point E correspond à l'entrée dans l'élément de pré-détente 16 et le réservoir 17. Le point F correspond à la sortie de l'élément de pré-détente 16 et à l'entrée du 30 réservoir 17. Le réservoir 17 reçoit le fluide réfrigérant à l'état diphasique, de ce fait le -13- point F est à une intersection avec la courbe de saturation. Du fait de la présence de l'élément de détente 16 et du réservoir 17, le fluide réfrigérant est sous-refroidi au-delà de l'intersection entre la courbe de saturation et le point D, contrairement à certaines solutions de l'art antérieur avec une bouteille de stockage en sortie du condenseur qui ne permettent pas un sous-refroidissement du fluide réfrigérant en sortie du condenseur à eau 15 et pour lesquelles la détente avait lieu à l'intersection entre la courbe de saturation et la condensation sur un diagramme de Mollier. De D à E : le sous-refroidissement obtenu permet d'améliorer le rendement d'un 10 tel système de conditionnement d'air 1. Ensuite, la phase liquide du fluide réfrigérant subit une double détente de E à F et de F à A en passant par le réservoir 17. Concernant le circuit de fluide caloporteur 5 (figure la), le radiateur de 15 chauffage 21 permet de chauffer le flux d'air à destination de l'habitacle, par exemple ayant traversé le deuxième évaporateur 11 dans un mode déshumidification. Il s'agit par exemple d'un radiateur de chauffage couramment appelé « heater core » en anglais. De plus, comme dit précédemment, on peut prévoir un échangeur thermique additionnel électrique 18 en série entre le condenseur à eau 15 et le radiateur de 20 chauffage 21. En particulier, l'échangeur thermique additionnel électrique 18 est agencé en aval du condenseur à eau 15 et en amont du radiateur de chauffage 21, dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur, par exemple en mode pompe à chaleur, ou dans un mode de déshumidification du système de conditionnement d'air 1. Le circuit de fluide caloporteur 5 comprend également un point de raccordement 25 49 auquel est raccordé la sortie du condenseur à eau 15 ou de l'échangeur thermique additionnel 18, et permettant de diriger le fluide caloporteur vers le radiateur de chauffage 21, par exemple en mode de pompe à chaleur ou dans un mode de déshumidification, ou vers le radiateur basse température 19 par exemple en mode de climatisation. 30 Pour ce faire, le point de raccordement 49 du circuit de fluide caloporteur 5 est -14- par exemple également connecté d'une part à une première vanne de commande 27 en amont du radiateur basse-température 19 dans le sens de circulation du fluide caloporteur dans un mode de climatisation et d'autre part à une deuxième vanne de commande 29 en amont du radiateur de chauffage 21 dans le sens de circulation du fluide caloporteur dans un mode de pompe à chaleur ou de déshumidification. La circulation du fluide caloporteur dans le radiateur de refroidissement 19 ou le radiateur de chauffage 21 est donc placée sous la dépendance de la première vanne de commande 27 et de la deuxième vanne de commande 29. La première vanne de commande 27 et la deuxième vanne de commande 29 10 peuvent être des vannes trois-voies selon l'exemple illustré sur la figure la. On décrit maintenant plus en détail le pilotage du système de conditionnement 1 selon ce premier mode de réalisation selon divers modes de fonctionnement, tels que climatisation, pompe à chaleur, déshumidification, ou recirculation. 15 Bien entendu, d'autres modes de pilotage du système de conditionnement 1 peuvent être envisagés. Mode de pompe à chaleur On décrit en référence à la figure 3, un mode de pompe à chaleur, correspondant 20 à un besoin de chauffage de l'habitacle du véhicule. Selon ce mode de pompe à chaleur, on réalise une évaporation du fluide réfrigérant avec un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le flux d'air extérieur FE au sein du premier évaporateur 9. Le fluide réfrigérant absorbe donc des calories du flux d'air extérieur FE avant de les céder au fluide caloporteur dans l'échangeur 25 thermique bi-fluide 15, ici un condenseur à eau 15. Le fluide caloporteur réchauffé cède ensuite de la chaleur au flux d'air à destination de l'habitacle traversant le radiateur de chauffage 21. Selon ce mode de pompe à chaleur, le système de conditionnement d'air 1 est piloté de sorte que le fluide réfrigérant circule du compresseur 7 vers l'échangeur bi30 fluide 15. -15- En passant dans le condenseur à eau 15, le fluide réfrigérant à l'état gazeux comprimé à haute pression HP, haute température, cède de la chaleur au fluide caloporteur. Le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant quittent respectivement le 5 condenseur à eau 15. Le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant peuvent circuler à contre sens. En variante, le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant peuvent circuler dans le même sens. Le fluide réfrigérant ayant cédé de la chaleur au fluide caloporteur quitte le 10 condenseur à eau 15 et subit une première détente, autrement dit une pré-détente, en aval du condenseur à eau 15 via l'élément de pré-détente 16 tel qu'un détendeur électronique ou un rétrécissement de la conduite de circulation du fluide réfrigérant en aval du condenseur à eau 15. Les phases liquide et gazeuse du fluide réfrigérant sont séparées dans le 15 réservoir 17. Comme expliqué précédemment, du fait que le réservoir 17 sépare le fluide en gaz et en liquide, le point F se situe sur la courbe de saturation. Un sous refroidissement du fluide réfrigérant est obtenu grâce à la combinaison du rétrécissement de la conduite et du réservoir 17. Le sous-refroidissement forcé peut permettre d'élever la haute pression du cycle du fluide réfrigérant, ce qui a un avantage 20 sur les performances en pompe à chaleur. Le fluide réfrigérant circule ensuite du réservoir 17 vers le premier point de raccordement 41 du circuit de fluide réfrigérant 3. Le fluide réfrigérant est ensuite dirigé vers le premier évaporateur 9. Plus précisément, le fluide réfrigérant circule dans le premier organe de détente 25 31 et subit une deuxième détente en amont du premier évaporateur 9. Cette deuxième détente en aval du réservoir 17 permet d'ajuster la température en sortie du premier évaporateur 9. Lors du passage dans le premier évaporateur 9, le fluide réfrigérant en s'évaporant absorbe la chaleur du flux d'air extérieur traversant le premier évaporateur 30 9. Le premier évaporateur 9 permet ainsi de récupérer de l'énergie du flux d'air -16- extérieur FE. Le fluide réfrigérant quitte ensuite le premier évaporateur 9 et retourne dans le compresseur 7 pour recommencer un cycle réfrigérant. Entre la sortie du premier organe de détente 31 et l'entrée du compresseur 7, le 5 fluide réfrigérant est à basse pression et basse température. En ce qui concerne le fluide caloporteur, ce dernier est par exemple mis en mouvement par la pompe 25. Le fluide caloporteur traverse le condenseur à eau 15, dans lequel le fluide 10 caloporteur absorbe la chaleur du fluide réfrigérant. En sortie du condenseur à eau 15, le fluide caloporteur peut être réchauffé de nouveau par l'échangeur thermique additionnel 18. Le fluide caloporteur traverse ensuite le radiateur de chauffage 21, où il cède des calories au flux d'air à destination de l'habitacle le traversant. 15 Dans ce cas, on parle de système indirect car le chauffage du flux d'air à destination de l'habitacle est effectué via le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur 5 et non directement par le fluide réfrigérant. En atteignant l'habitacle du véhicule, par exemple sous l'action d'un pulseur (non représenté), le flux d'air chauffé permet d'augmenter la température de l'air de 20 l'habitacle. Le fluide caloporteur quitte ensuite le radiateur de chauffage 21 pour être dirigé de nouveau vers le condenseur à eau 15, éventuellement en étant mis en circulation par la pompe 25. 25 Mode de climatisation La figure 4 est une vue schématique du système de conditionnement d'air 1 de la figure la mis en oeuvre selon un mode de climatisation correspondant à un besoin en refroidissement de l'habitacle du véhicule. Selon ce mode de climatisation permettant de conditionner le flux d'air à 30 destination de l'habitacle du véhicule pour le rafraîchir, le fluide réfrigérant en sortie du -17- compresseur 7 est d'abord condensé, puis est sous-refroidi avant de subir une évaporation au sein du deuxième évaporateur 11. Le flux d'air à destination de l'habitacle traversant le deuxième évaporateur 11 est alors refroidi. Selon ce mode climatisation, le système de conditionnement d'air 1 est piloté de 5 sorte que le fluide réfrigérant circule du compresseur 7 vers le condenseur à eau 15. En passant dans le condenseur à eau 15, le fluide réfrigérant à l'état gazeux comprimé à haute pression HP, haute température, cède de la chaleur au fluide caloporteur. Le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant quittent respectivement le 10 condenseur à eau 15. Le fluide réfrigérant ayant cédé de la chaleur au fluide caloporteur dans le condenseur à eau 15 quitte le condenseur à eau 15 et subit une première détente autrement dit une pré-détente grâce à l'élément de pré-détente 16, par exemple un 15 détendeur électronique ou un rétrécissement de la conduite de circulation du fluide réfrigérant entre le condenseur à eau 15 et le premier point de raccordement 41, puis circule dans le réservoir 17. Un sous refroidissement du fluide réfrigérant est obtenu grâce à la combinaison de l'élément de pré-détente 16, tel qu'un rétrécissement de la conduite ou un détendeur 20 électronique, et du réservoir 17. Le fluide réfrigérant circule ensuite du réservoir 17 vers le premier point de raccordement 41 du circuit de fluide réfrigérant 3 et est ensuite dirigé vers le deuxième évaporateur 11. 25 Plus précisément, le fluide réfrigérant sous-refroidi circule en série dans le deuxième organe de détente 33 puis dans le deuxième évaporateur 11. Le fluide réfrigérant subit une deuxième détente permettant d'abaisser encore la pression et la température du fluide réfrigérant. Cette deuxième détente en aval du réservoir 17 permet d'ajuster la température en sortie du deuxième évaporateur 11. 30 Lors du passage dans le deuxième évaporateur 11, le fluide réfrigérant en -18- s'évaporant absorbe la chaleur du flux d'air traversant le deuxième évaporateur 11 à destination de l'habitacle en s'évaporant. Le flux d'air à destination de l'habitacle passant dans le deuxième évaporateur 11 est de la sorte refroidi. En atteignant l'habitacle du véhicule, par exemple sous l'action d'un pulseur 5 (non représenté), le flux d'air refroidi permet de diminuer la température de l'air de l'habitacle. Le fluide réfrigérant quitte ensuite le deuxième évaporateur 11 et retourne dans le compresseur 7 pour recommencer un cycle réfrigérant. Entre la sortie du deuxième organe de détente 33 et l'entrée du compresseur 7, le 10 fluide réfrigérant est à basse pression et basse température. En ce qui concerne le fluide caloporteur, ce dernier est par exemple mis en mouvement par la pompe 25. Le fluide caloporteur traverse le condenseur à eau 15 dans lequel le fluide 15 caloporteur absorbe la chaleur du fluide réfrigérant. Le fluide caloporteur traverse ensuite le radiateur de refroidissement 19, où il cède des calories au flux d'air extérieur. Il s'agit selon le mode de réalisation décrit d'un radiateur de refroidissement dit « basse température ». En mode climatisation, le radiateur de refroidissement 19 permet de refroidir le 20 fluide caloporteur provenant du condenseur à eau 15 par échange de chaleur avec le flux d'air extérieur FE. Le radiateur de refroidissement 19 présente en outre une sortie par laquelle le fluide caloporteur refroidi quitte le radiateur de refroidissement 19 pour être dirigé de nouveau vers le condenseur à eau 15, éventuellement en étant mis en circulation par la 25 pompe 25. En refroidissant le fluide caloporteur, le radiateur de refroidissement 19 permet ainsi de refroidir le condenseur à eau 15. Les deux détentes du fluide réfrigérant entre le condenseur à eau 15 et le deuxième évaporateur 11 permettent d'améliorer les performances de refroidissement 30 du système de conditionnement d'air 1 en mode de climatisation. -19- En référence à la figure lb, selon une alternative, le mode de climatisation comprend outre les étapes précédemment décrites, une étape supplémentaire lors de laquelle le fluide réfrigérant en sortie du condenseur à eau 15 passe à travers l'échangeur thermique interne 100, connu sous le sigle IHX, avant de subir la prédeténte. L'échangeur thermique interne IHX 100 permet de refroidir le liquide chaud en sortie du condenseur à eau 15 avant la pré-détente de façon à améliorer les performances de climatisation.

Le fluide réfrigérant subit ensuite une pré-détente au sein de l'élément de pré- détente 16 et circule dans le réservoir 17 permettant d'obtenir un sous-refroidissement du fluide réfrigérant. De façon similaire au premier mode de réalisation, le fluide réfrigérant circule ensuite du réservoir 17 vers le deuxième organe de détente 33 dans lequel le fluide 15 réfrigérant subit une deuxième détente avant de circuler dans le deuxième évaporateur 11. Le fluide réfrigérant quitte ensuite le deuxième évaporateur 11 et retourne dans l'échangeur thermique interne IHX 100 avant de retourner dans le compresseur 7 pour recommencer un cycle réfrigérant. 20 Mode de refroidissement de composant Le système de conditionnement d'air 1 peut être mis en oeuvre selon un mode de refroidissement de composant, tel que la batterie 37. Le fluide réfrigérant circule de façon similaire au mode de climatisation en 25 référence à la figure 3, dans le condenseur à eau 15, subit une détente puis une séparation gaz / liquide s'opère dans le réservoir 17. Un sous refroidissement du fluide réfrigérant est obtenu grâce à la combinaison de l'élément de pré-détente 16 et du réservoir 17. Le mode de refroidissement de composant diffère du mode de climatisation par 30 le fait que le fluide réfrigérant sous-refroidi circule ensuite du réservoir 17 vers le -20- troisième évaporateur 35. Plus précisément, le fluide réfrigérant sous-refroidi circule en série dans le troisième organe de détente 36 puis dans l'évaporateur bi-fluide 35. La détente au sein du troisième organe de détente 36 en aval du réservoir 17 dans le sens de circulation du fluide réfrigérant permet d'ajuster la température en sortie 5 de l'évaporateur bi-fluide 35 ou « chiller » en anglais. Lors du passage dans l'évaporateur bi-fluide 35, le fluide réfrigérant en s'évaporant absorbe la chaleur du fluide caloporteur traversant l'évaporateur bi-fluide 35. Le fluide caloporteur passant dans l'évaporateur bi-fluide 35 est de la sorte refroidi et permet de refroidir la batterie 37 en la traversant. 10 Le trajet du fluide caloporteur est similaire au trajet du fluide caloporteur dans le mode de climatisation. Mode de déshumidification Le système de conditionnement 1 peut également être piloté selon un mode de 15 déshumidification permettant de déshumidifier le flux d'air à destination de l'habitacle par exemple en le refroidissant avant que ce flux d'air ne traverse le radiateur de chauffage 21 du circuit de fluide caloporteur 5 pour être réchauffé. Pour ce faire, le fluide réfrigérant sous forme de gaz chaud haute pression et haute température en sortie du compresseur 7 entre dans l'échangeur thermique bi- 20 fluide 15 ou condenseur à eau 15, de façon à réchauffer le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur 5. En effet, dans le condenseur à eau 15, le fluide réfrigérant cède de la chaleur au fluide caloporteur. Le fluide caloporteur réchauffé retourne dans le radiateur de chauffage 21. Au préalable, le fluide caloporteur peut circuler dans l'échangeur thermique additionnel électrique 18 en amont du radiateur de 25 chauffage 21 pour être de nouveau chauffé. En parallèle, après avoir circulé dans le condenseur à eau 15, le fluide réfrigérant subit une première détente en aval du condenseur à eau 15 puis en sortie du réservoir 17 est divisé au premier point de raccordement 41 du circuit de fluide réfrigérant 3 ; une partie du fluide réfrigérant est dirigée vers le premier évaporateur 9 et une autre partie 30 du fluide réfrigérant vers le deuxième évaporateur 11. -21- La partie du fluide réfrigérant se dirigeant vers le premier évaporateur 9 subit une deuxième détente qui abaisse encore sa pression et sa température avant de passer dans le premier évaporateur 9. Le fluide réfrigérant s'évapore alors en absorbant la chaleur du flux d'air extérieur FE qui le traverse.

La partie du fluide réfrigérant circulant vers le deuxième évaporateur 11 subit également une deuxième détente qui abaisse sa pression et sa température avant de passer dans le deuxième évaporateur 11, de façon à refroidir en amont du radiateur de chauffage 21 le flux d'air à destination de l'habitacle. Le fluide réfrigérant s'évapore alors en absorbant la chaleur du flux d'air qui le 10 traverse. Le flux d'air à destination de l'habitacle passant dans le deuxième évaporateur 11 est de la sorte refroidi et donc déshumidifié avant de passer à travers le radiateur de chauffage 21, pour être chauffé avant de déboucher dans l'habitacle. Le fluide réfrigérant en sortie du premier évaporateur 9 et du deuxième évaporateur 11 se rejoignent au quatrième point de raccordement 47 du circuit de fluide 15 réfrigérant 3 en amont du compresseur 7 pour ensuite retourner dans le compresseur 7 et recommencer un cycle réfrigérant. Le sous refroidissement est obtenu grâce à la combinaison de l'élément de pré-détente 16 et du réservoir 17. Les organes de détente 31 et 33 en aval du réservoir 17 permettent d'ajuster la température en sortie du premier évaporateur interne 9 et 20 respectivement du deuxième évaporateur externe 11. Le trajet du fluide caloporteur est similaire au mode de pompe à chaleur ; il circule en série dans le condenseur à eau 15, l'éventuel échangeur thermique additionnel électrique 18, et le radiateur de chauffage 21. 25 Mode de recirculation Un autre mode de fonctionnement du système de conditionnement d'air 1 est illustré sur la figure 5. Le mode de recirculation du flux d'air de l'habitacle peut être utilisé pour un besoin de chauffage de l'habitacle et/ou pour déshumidifier le flux d'air à destination de 30 l'habitacle. -22- Le mode de recirculation pour déshumidifier le flux d'air à destination de l'habitacle peut être utilisé pour une température extérieure par exemple comprise entre 5°C et 20°C. Dans le mode de recirculation du flux d'air décrit il n'y a pas d'échange 5 thermique entre le fluide réfrigérant et le flux d'air extérieur. Le fluide réfrigérant sous forme de gaz chaud haute pression et haute température en sortie du compresseur 7 entre dans l'échangeur thermique bi-fluide 15 ou condenseur à eau 15, de façon à réchauffer le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur 5. Dans le condenseur à eau 15, le fluide réfrigérant cède de 10 la chaleur au fluide caloporteur. Le fluide caloporteur réchauffé retourne dans le radiateur de chauffage 21. Au préalable, le fluide caloporteur peut ou non circuler dans l'échangeur thermique additionnel électrique 18 en amont du radiateur de chauffage 21 pour être de nouveau chauffé. 15 En parallèle, après avoir circulé dans le condenseur à eau 15, le fluide réfrigérant subit une première détente au niveau de l'élément de pré-détente 16 puis circule vers le réservoir 17. Un sous refroidissement du fluide réfrigérant condensé est obtenu grâce à la combinaison de l'élément de pré-détente 16 et du réservoir 17. 20 En sortie du réservoir 17 le fluide réfrigérant arrivant au premier point de raccordement 41 du circuit de fluide réfrigérant circule vers le deuxième évaporateur 11. En effet, l'accès vers l'organe de détente 31 peut être fermé par une vanne séparée ou intégrée dans cet organe de détente 31, empêchant la circulation du fluide réfrigérant vers le premier évaporateur 9. Le fluide réfrigérant circulant vers le deuxième 25 évaporateur 11 subit une nouvelle détente qui abaisse sa pression et sa température avant de passer dans le deuxième évaporateur 11. Le deuxième organe de détente 33 en aval du réservoir 17 permet d'ajuster la température en sortie du deuxième évaporateur externe 11. Le fluide réfrigérant s'évapore alors en absorbant la chaleur du flux d'air qui le 30 traverse. Le flux d'air à destination de l'habitacle passant dans le deuxième évaporateur -23- 11 est de la sorte refroidi et déshumidifié avant de passer à travers le radiateur de chauffage 21, pour être chauffé avant de déboucher dans l'habitacle. Le fluide réfrigérant retourne ensuite dans le compresseur 7 pour recommencer un cycle réfrigérant.

On comprend donc qu'un tel système de conditionnement 1 avec un élément de pré-détente 16 et un réservoir 17 permet d'obtenir de façon simple un sous-refroidissement en sortie du condenseur à eau 15 pour améliorer les performances du système de conditionnement d'air 1.

Le sous-refroidissement a lieu entre le condenseur et l'entrée du réservoir 17.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Système de conditionnement thermique d'un flux d'air pour véhicule automobile comportant un circuit de fluide réfrigérant (3), le circuit de fluide réfrigérant (3) comprenant : un compresseur (7), un condenseur (15), au moins un évaporateur (9, 11, 35), et au moins un organe de détente (31, 33, 36) agencé en aval du condenseur (15) et en amont d'un évaporateur associé (9, 11, 35) dans un sens de circulation du fluide réfrigérant, caractérisé en ce que ledit circuit de fluide réfrigérant (3) comprend en outre un élément de détente (16) supplémentaire et un réservoir (17) agencés en série entre le condenseur (15) et ledit au moins un organe de détente (31, 33, 36) associé à un évaporateur (9, 11, 15 35).
2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'élément de détente (16) est réalisé par un rétrécissement de la conduite de circulation du fluide réfrigérant entre le condenseur (15) et le réservoir (17).
3. 3. Système selon la revendication bu 2, dans lequel l'élément de détente (16) 20 comprend un détendeur électronique.
4. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, - dans lequel le circuit de fluide réfrigérant (3) comprend : - un premier évaporateur (9) pour un échange thermique avec un flux d'air extérieur (FE), et 25 - un deuxième évaporateur (11) pour un échange thermique avec un flux d'air à destination de l'habitacle dudit véhicule agencé en parallèle du premier évaporateur (9) en termes de circulation du fluide réfrigérant, lesdits premier (9) et deuxième (11) évaporateurs étant agencés en aval du-25- condenseur (15) selon le sens de circulation du fluide réfrigérant.
5. 5. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de fluide réfrigérant (3) comprend : - un premier organe de détente (31) agencé en amont du premier évaporateur (9) selon un sens de circulation du fluide réfrigérant et un deuxième organe de détente (33) agencé en amont du deuxième échangeur thermique (11) selon le sens de circulation du fluide réfrigérant.
6. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un circuit de fluide caloporteur (5) et dans lequel le condenseur (15) est un échangeur thermique bi-fluide agencé conjointement sur le circuit de fluide caloporteur (5) et le circuit de fluide réfrigérant (3).
7. 7. Système selon la revendication précédente, comportant un deuxième échangeur thermique bi-fluide (35) agencé conjointement sur le circuit de fluide caloporteur (5) et le circuit de fluide réfrigérant (3) et apte à refroidir un composant électronique et/ou électrique dudit véhicule.
8. 8. Système selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième échangeur thermique bi-fluide (35) est un évaporateur et le circuit de fluide réfrigérant (3) comprend un organe de détente (36) agencé en amont du deuxième échangeur thermique bi-fluide (35) selon un sens de circulation du fluide réfrigérant.
9. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le circuit de fluide caloporteur (5) comprend un radiateur de chauffage (21) agencé en aval du deuxième échangeur thermique (11) selon un sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle, et en aval du condenseur (15) selon un sens de circulation du fluide caloporteur.
10. 10. Installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation caractérisée en ce qu'elle comporte un système de conditionnement thermique (1) d'un flux d'air selon l'une quelconque des revendications précédentes.