FR3020598A1 - DEVICE FOR THERMALLY CONDITIONING A HABITACLE OF A MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle comportant notamment des moyens de stockage de la chaleur et des moyens (V1, V2, X1, X2) de circulation d'un fluide frigorigène selon au moins deux modes de fonctionnement - un premier mode de fonctionnement dans lequel un fluide frigorigène circule selon une première boucle traversant successivement un premier échangeur de chaleur (E1), un détendeur (D1), un deuxième échangeur de chaleur (E2) et un compresseur (Cp1), - un second mode de fonctionnement dans lequel le fluide frigorigène circule selon une deuxième boucle traversant successivement le premier échangeur de chaleur (E1), le détendeur (D1), le deuxième échangeur de chaleur (E2), un troisième échangeur de chaleur (E3) et le compresseur (Cp1), le troisième échangeur (E3) étant logé dans un canal de circulation d'un flux d'air comprenant des moyens de déviation (24) d'une partie d'un flux d'air (F) hors du troisième échangeur de chaleur (E3).The invention relates to a device for thermal conditioning of a passenger compartment comprising in particular means for storing heat and means (V1, V2, X1, X2) for circulating a refrigerant according to at least two modes of operation - a first mode of operation in which a refrigerant circulates in a first loop successively passing through a first heat exchanger (E1), a pressure reducer (D1), a second heat exchanger (E2) and a compressor (Cp1), - a second mode in which the refrigerant circulates in a second loop successively passing through the first heat exchanger (E1), the expander (D1), the second heat exchanger (E2), a third heat exchanger (E3) and the compressor ( Cp1), the third heat exchanger (E3) being housed in a circulation channel of an air flow comprising means for deflecting (24) a portion of an air flow (F) out of the third heat exchanger.heat (E3).
Description
DISPOSITIF DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE D'UN HABITACLE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle d'un véhicule automobile. Un tel dispositif connu de l'art antérieur comporte un circuit de fluide frigorigène comprenant un premier échangeur de chaleur apte à former un condenseur, un deuxième échangeur de chaleur apte à former un évaporateur, un compresseur, un détendeur, le deuxième échangeur de chaleur étant logé dans un canal de circulation d'un flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule, le deuxième échangeur étant apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et ledit flux d'air. Le circuit de fluide frigorigène comprend des moyens aptes à faire circuler le fluide frigorigène selon une boucle traversant 15 successivement le premier échangeur de chaleur, le détendeur, le deuxième échangeur de chaleur et le compresseur. Le premier échangeur de chaleur est classiquement agencé en face avant d'un véhicule automobile. Le second échangeur et le canal de circulation d'un flux d'air appartiennent par exemple à une installation de 20 chauffage, ventilation et/ou climatisation, également appelée H.V.A.C. (Heating, Ventilation and Air-Conditioning). En fonctionnement, le second échangeur de chaleur permet de refroidir le flux d'air traversant le canal précité (climatisation de l'habitacle). Les calories prélevées sur le flux d'air destiné à l'habitacle peuvent être 25 rejetées au niveau du premier échangeur de chaleur. Lors des phases où le moteur thermique a un bon rendement, tel que par exemple en phase d'accélération, on constate que l'on n'utilise pas au maximum les capacités du compresseur. De même, il serait intéressant de pouvoir récupérer une partie de l'énergie de la phase d'accélération et 30 plus avantageusement de la phase de frein moteur - la consommation spécifique (correspondant à la masse de carburant nécessaire pour fournir une puissance ou une poussée dans un temps donné) étant quasi-nulle dans cette dernière phase - et de stocker ce surplus d'énergie pour une utilisation ultérieure. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 5 efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle comportant : un circuit de fluide frigorigène comprenant un premier échangeur de chaleur apte à former un condenseur, un deuxième échangeur de chaleur 10 apte à former un évaporateur, un troisième échangeur de chaleur apte à former des moyens de stockage de la chaleur échangée, un compresseur, un détendeur et des moyens aptes à faire circuler le fluide frigorigène selon au moins les deux modes de fonctionnement suivants : - un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide 15 frigorigène circule selon une première boucle traversant successivement le premier échangeur de chaleur, le détendeur, le deuxième échangeur de chaleur et le compresseur, - un second mode de fonctionnement dans lequel le fluide frigorigène circule selon une deuxième boucle traversant 20 successivement le premier échangeur de chaleur, le détendeur, le deuxième échangeur de chaleur, le troisième échangeur de chaleur et le compresseur, le troisième échangeur étant logé dans un canal de circulation d'un flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule, le troisième 25 échangeur de chaleur étant apte à échanger de la chaleur avec ledit flux d'air, le dispositif comprenant en outre des moyens de déviation commandés aptes à dériver au moins une partie du flux d'air hors du troisième échangeur de chaleur. Lors d'une phase d'accélération, par exemple, il est ainsi 30 possible avec le dispositif selon l'invention de faire circuler le fluide frigorigène selon le second mode de fonctionnement permettant ainsi un stockage du surplus d'énergie fourni par le compresseur dans le troisième échangeur de chaleur sous forme de froid, le refroidissement du fluide frigorigène par échange de chaleur avec l'air extérieur circulant dans le canal de circulation permettant d'évacuer la chaleur de l'échangeur trifluide.The present invention relates to a device for thermal conditioning of a passenger compartment of a motor vehicle. BACKGROUND OF THE INVENTION Such a device known from the prior art comprises a refrigerant circuit comprising a first heat exchanger able to form a condenser, a second heat exchanger able to form an evaporator, a compressor, a pressure reducer, the second heat exchanger being housed in a circulation channel of a flow of air intended to open into the passenger compartment of the vehicle, the second exchanger being able to exchange heat between the refrigerant and said air flow. The refrigerant circuit comprises means capable of circulating the refrigerant in a loop through successively the first heat exchanger, the expander, the second heat exchanger and the compressor. The first heat exchanger is conventionally arranged on the front face of a motor vehicle. The second exchanger and the circulation channel of an air flow belong, for example, to a heating, ventilation and / or air conditioning system, also called H.V.A.C. (Heating, Ventilation and Air-Conditioning). In operation, the second heat exchanger makes it possible to cool the flow of air passing through the aforementioned channel (air conditioning of the passenger compartment). The calories taken from the air flow intended for the passenger compartment can be rejected at the level of the first heat exchanger. During phases where the engine has a good performance, such as for example in acceleration phase, it is found that it does not use the maximum capacity of the compressor. Similarly, it would be interesting to be able to recover some of the energy from the acceleration phase and more preferably from the engine brake phase - the specific fuel consumption (corresponding to the mass of fuel required to provide power or thrust in a given time) being virtually zero in this last phase - and storing this surplus energy for later use. The object of the invention is in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem. For this purpose, it proposes a device for thermal conditioning of a passenger compartment comprising: a refrigerant circuit comprising a first heat exchanger able to form a condenser, a second heat exchanger 10 capable of forming an evaporator, a third heat exchanger; heat capable of forming heat storage means exchanged, a compressor, a pressure reducer and means adapted to circulate the refrigerant according to at least the two following operating modes: a first operating mode in which the refrigerant fluid circulates in a first loop successively passing through the first heat exchanger, the expander, the second heat exchanger and the compressor, - a second operating mode in which the refrigerant circulates in a second loop through successively the first heat exchanger, the regulator, the second heat exchanger, the third heat exchanger and the compressor, the third heat exchanger being housed in a circulation channel of an air flow intended to open into the passenger compartment of the vehicle, the third heat exchanger being able to exchange heat with said flow of air, the device further comprising controlled deflection means adapted to divert at least a portion of the air flow out of the third heat exchanger. During an acceleration phase, for example, it is thus possible with the device according to the invention to circulate the refrigerant according to the second mode of operation thus allowing a storage of the surplus energy supplied by the compressor in the third heat exchanger in the form of cold, the cooling of the refrigerant by heat exchange with the outside air flowing in the circulation channel to evacuate the heat of the trifluid exchanger.
Dans un véhicule automobile, le stockage d'énergie peut ainsi avoir lieu lors d'une phase d'accélération ou plus avantageusement lors d'une phase d'utilisation du frein moteur puisque la consommation spécifique en carburant est nulle. Le premier mode de fonctionnement correspond à un mode de fonctionnement de production de froid pour l'habitacle d'un véhicule. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, les moyens de déviation comprennent un volet situé dans ledit canal de circulation du flux d'air, en amont du troisième échangeur de chaleur par rapport au sens de circulation du flux d'air.In a motor vehicle, the energy storage can thus take place during an acceleration phase or more advantageously during a phase of use of the engine brake since the specific fuel consumption is zero. The first mode of operation corresponds to a cold production operating mode for the passenger compartment of a vehicle. According to another possible characteristic of the invention, the deflection means comprise a flap located in said flow channel of the air flow, upstream of the third heat exchanger with respect to the direction of flow of the air flow.
Une telle solution technique est simple à mettre en oeuvre, peu coûteuse, fiable et peu encombrante. Des moyens de commande peuvent permettre de commander la position du volet de façon à adapter le débit du flux d'air passant par le troisième échangeur de chaleur.Such a technical solution is simple to implement, inexpensive, reliable and compact. Control means can be used to control the position of the flap so as to adapt the flow rate of the air flow passing through the third heat exchanger.
Dans une réalisation pratique de l'invention, le canal est subdivisé en un premier conduit et un second conduit, le troisième échangeur de chaleur étant logé dans le premier conduit. Avantageusement, le premier conduit et le second conduit sont séparés l'un de l'autre par une cloison dont l'extrémité amont par rapport au 25 sens de circulation du flux d'air comprend ou porte des moyens d'articulation du volet de déviation. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, le deuxième échangeur de chaleur est agencé dans le canal de circulation du flux d'air en amont du troisième échangeur de chaleur par rapport au sens 30 de circulation du flux d'air.In a practical embodiment of the invention, the channel is subdivided into a first conduit and a second conduit, the third heat exchanger being housed in the first conduit. Advantageously, the first duct and the second duct are separated from each other by a partition whose upstream end with respect to the direction of flow of the air flow comprises or carries means of articulation of the deflection flap. . According to another possible characteristic of the invention, the second heat exchanger is arranged in the flow channel of the air flow upstream of the third heat exchanger with respect to the direction of circulation of the air flow.
Préférentiellement, le troisième échangeur de chaleur est agencé dans un circuit de fluide caloporteur de sorte que le troisième échangeur de chaleur soit apte à échanger de la chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide frigorigène.Preferably, the third heat exchanger is arranged in a coolant circuit so that the third heat exchanger is able to exchange heat between the coolant and the refrigerant.
Ainsi, selon l'invention, l'échangeur de chaleur air/eau habituellement agencé dans un circuit de fluide caloporteur et dans le canal de circulation du flux d'air peut être remplacé par un échangeur de chaleur dit trifluide, un premier fluide étant ainsi le fluide frigorigène, un second fluide étant le fluide caloporteur et le troisième fluide étant l'air.Thus, according to the invention, the air / water heat exchanger usually arranged in a heat transfer fluid circuit and in the air flow circulation channel can be replaced by a so-called trifluid heat exchanger, a first fluid being thus the refrigerant, a second fluid being the coolant and the third fluid being air.
Le circuit de fluide caloporteur comprend une vanne d'arrêt de la circulation du fluide caloporteur dans le troisième échangeur de chaleur. De cette manière, le troisième échangeur de chaleur peut être isolé du reste du circuit de fluide caloporteur sur lequel est branché le moteur, ce qui évite un apport de calories dans celui-ci qui réduirait la quantité de frigorie stockée dans le troisième échangeur de chaleur. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, le dispositif comprend un quatrième échangeur de chaleur apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène issu du premier échangeur de chaleur, en amont du détendeur, et le fluide frigorigène issu du deuxième échangeur de chaleur ou du troisième échangeur de chaleur, en amont du compresseur. Le circuit de fluide frigorigène peut également comprendre : - une première portion s'étendant entre la sortie du premier échangeur de chaleur et l'entrée du second échangeur de chaleur, ladite première portion étant équipée du détendeur, - une deuxième portion s'étendant entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur et l'entrée du compresseur, la deuxième portion étant équipée d'une première vanne d'arrêt, la deuxième portion comprenant en outre un premier embranchement situé entre la première vanne d'arrêt et le deuxième échangeur de chaleur et un second embranchement entre la première vanne d'arrêt et l'entrée du compresseur, - une troisième portion s'étendant entre la sortie du compresseur et l'entrée du premier échangeur de chaleur, - une quatrième portion reliant le premier embranchement et l'entrée du troisième échangeur de chaleur, la quatrième portion étant équipée d'une deuxième vanne d'arrêt, - une cinquième portion s'étendant entre la sortie du troisième échangeur de chaleur et le second embranchement, la cinquième portion comprenant en outre un clapet unidirectionnel autorisant le passage de fluide frigorigène de la sortie du troisième échangeur de chaleur vers le second embranchement. Préférentiellement, le quatrième échangeur de chaleur comprend une première partie située au niveau de la première portion, entre la sortie du premier échangeur de chaleur et le détendeur, et une seconde partie située au niveau de la deuxième portion, entre le second embranchement et l'entrée du compresseur. Préférentiellement, la quatrième portion comprend au moins une partie configurée de manière à assurer une perte de charge en amont du troisième échangeur de chaleur, ladite partie étant préférentiellement formée par une zone à section réduite de la vanne d'arrêt ou de la quatrième portion. Le premier échangeur de chaleur est avantageusement apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et de l'air. L'invention concerne également un véhicule automobile, comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif pour le conditionnement thermique d'un habitacle d'un véhicule automobile, selon une forme de réalisation de l'invention et dans un premier mode de fonctionnement ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un échangeur de chaleur trifluide destiné à être utilisé dans le circuit de la figure 1 ; - la figure 3 est un diagramme de Mollier illustrant le fonctionnement du circuit de fluide frigorigène du dispositif selon un premier mode de fonctionnement ; - la figure 4 est un diagramme de Mollier illustrant le fonctionnement du circuit de fluide frigorigène du dispositif selon un second mode de fonctionnement ; - la figure 5 est une vue schématique du même dispositif que la figure 1 dans un second mode de fonctionnement.The heat transfer fluid circuit comprises a stop valve for the circulation of the coolant in the third heat exchanger. In this way, the third heat exchanger can be isolated from the rest of the coolant circuit on which the motor is connected, which avoids a caloric intake therein which would reduce the quantity of frigories stored in the third heat exchanger. . According to another possible feature of the invention, the device comprises a fourth heat exchanger capable of exchanging heat between the refrigerant from the first heat exchanger, upstream of the expander, and the refrigerant from the second heat exchanger or the third heat exchanger, upstream of the compressor. The refrigerant circuit may also comprise: a first portion extending between the outlet of the first heat exchanger and the inlet of the second heat exchanger, said first portion being equipped with the expander, a second portion extending between the outlet of the second heat exchanger and the inlet of the compressor, the second portion being equipped with a first shut-off valve, the second portion further comprising a first branch located between the first shut-off valve and the second heat exchanger; heat and a second branch between the first shutoff valve and the compressor inlet, - a third portion extending between the compressor outlet and the inlet of the first heat exchanger, - a fourth portion connecting the first spur and the inlet of the third heat exchanger, the fourth portion being equipped with a second shut-off valve; nt between the outlet of the third heat exchanger and the second branch, the fifth portion further comprising a unidirectional valve allowing the passage of refrigerant from the outlet of the third heat exchanger to the second branch. Preferably, the fourth heat exchanger comprises a first portion located at the first portion, between the outlet of the first heat exchanger and the expander, and a second portion located at the second portion, between the second branch and the second branch. compressor inlet. Preferably, the fourth portion comprises at least one portion configured to provide a pressure drop upstream of the third heat exchanger, said portion being preferably formed by a reduced section area of the stop valve or the fourth portion. The first heat exchanger is advantageously able to exchange heat between the refrigerant and air. The invention also relates to a motor vehicle, comprising a device as described above. The invention will be better understood and other details, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description given by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a view schematic of a device for the thermal conditioning of a passenger compartment of a motor vehicle, according to one embodiment of the invention and in a first mode of operation; FIG. 2 is a schematic sectional view of a trifluid heat exchanger for use in the circuit of FIG. 1; FIG. 3 is a Mollier diagram illustrating the operation of the refrigerant circuit of the device according to a first mode of operation; FIG. 4 is a Mollier diagram illustrating the operation of the refrigerant circuit of the device according to a second mode of operation; - Figure 5 is a schematic view of the same device as Figure 1 in a second mode of operation.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un circuit 10 de fluide frigorigène dans un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle selon un premier mode de fonctionnement. Plus particulièrement, le circuit 10 comprend un premier échangeur de chaleur El formant un condenseur et apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et de l'air extérieur au véhicule, un deuxième échangeur de chaleur E2 formant un évaporateur et apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et l'air extérieur au véhicule, un troisième échangeur de chaleur E3 apte à former des moyens de stockage d'énergie, un compresseur Cp1 et un détendeur Dl.Referring first to Figure 1 which shows a refrigerant circuit 10 in a thermal conditioning device of a passenger according to a first mode of operation. More particularly, the circuit 10 comprises a first heat exchanger E 1 forming a condenser and able to exchange heat between the refrigerant and the air outside the vehicle, a second heat exchanger E 2 forming an evaporator and able to exchange heat. the heat between the refrigerant and the air outside the vehicle, a third heat exchanger E3 adapted to form energy storage means, a compressor Cp1 and a Dl expander.
Le premier échangeur El est en général disposé en face avant du véhicule automobile. Le second échangeur de chaleur E2 appartient en général à une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, également appelée H.V.A.C. (Heating, Ventilation and Air-Conditioning). Le second échangeur de chaleur E2 est en particulier situé dans un canal 12 de circulation d'un flux d'air F destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule.The first exchanger E1 is generally disposed on the front face of the motor vehicle. The second heat exchanger E2 generally belongs to a heating, ventilation and / or air conditioning system, also called H.V.A.C. (Heating, Ventilation and Air-Conditioning). The second heat exchanger E2 is in particular located in a channel 12 for circulating a flow of air F intended to open into the passenger compartment of the vehicle.
Le circuit 10 de fluide frigorigène comporte en particulier : - une première portion P1 s'étendant entre la sortie du premier échangeur de chaleur El et l'entrée du second échangeur E2 de chaleur, ladite première portion P1 étant équipée du détendeur D1, - une deuxième portion P2 s'étendant entre la sortie du deuxième échangeur E2 de chaleur et l'entrée du compresseur CO , la deuxième portion P2 étant équipée d'une première vanne d'arrêt V1, la deuxième portion P2 comprenant en outre un premier embranchement X1 situé le deuxième échangeur de chaleur E2 et la première vanne d'arrêt V1 et un second embranchement X2 entre la première vanne d'arrêt V1 et l'entrée du compresseur Cpt, - une troisième portion P3 s'étendant entre la sortie du compresseur Cp1 et l'entrée du premier échangeur de chaleur E1, - une quatrième portion P4 reliant le premier embranchement X1 et l'entrée du troisième échangeur de chaleur E3, la quatrième portion P4 étant équipée d'une deuxième vanne d'arrêt V2, - une cinquième portion P5 s'étendant entre la sortie du troisième échangeur de chaleur E3 et le second embranchement X2, la cinquième portion P5 comprenant en outre un clapet unidirectionnel Cl autorisant le passage de fluide frigorigène de la sortie du troisième échangeur de chaleur E3 vers le second embranchement X2. Sur les figures 1 et 5, la circulation de fluide frigorigène est schématisée par des traits pleins et l'absence de circulation de fluide frigorigène est schématisé par des traits en pointillé.The refrigerant circuit 10 comprises in particular: a first portion P1 extending between the outlet of the first heat exchanger E1 and the inlet of the second heat exchanger E2, said first portion P1 being equipped with the expander D1; second portion P2 extending between the outlet of the second heat exchanger E2 and the inlet of the compressor CO, the second portion P2 being equipped with a first stop valve V1, the second portion P2 further comprising a first branch X1 located the second heat exchanger E2 and the first shutoff valve V1 and a second branch X2 between the first shutoff valve V1 and the inlet of the compressor Cpt, - a third portion P3 extending between the outlet of the compressor Cp1 and the inlet of the first heat exchanger E1, a fourth portion P4 connecting the first branch X1 and the inlet of the third heat exchanger E3, the fourth portion P4 being fitted. e of a second stop valve V2, - a fifth portion P5 extending between the output of the third heat exchanger E3 and the second branch X2, the fifth portion P5 further comprising a unidirectional valve Cl allowing the passage of fluid refrigerant from the outlet of the third heat exchanger E3 to the second branch X2. In FIGS. 1 and 5, the flow of refrigerant is shown schematically by solid lines and the absence of refrigerant circulation is shown schematically by dashed lines.
Le fluide frigorigène est par exemple du type R-134a (1,1,1,2- tétrafluoroéthane) ou du R-1234yf (2,3,3,3-tétrafluoropropène) ou du R-744 (dioxyde de carbone). La vanne V2 comprend avantageusement une zone à section réduite par rapport au reste du conduit de la quatrième portion P4 de manière à réaliser une perte de charge, c'est-à-dire une baisse de pression en amont du troisième échangeur de chaleur E3.The refrigerant is for example of the type R-134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) or R-1234yf (2,3,3,3-tetrafluoropropene) or R-744 (carbon dioxide). The valve V2 advantageously comprises a zone of reduced section relative to the remainder of the conduit of the fourth portion P4 so as to achieve a pressure drop, that is to say a pressure drop upstream of the third heat exchanger E3.
Le circuit de fluide frigorigène comprend également un quatrième échangeur de chaleur E4 appelé également I.H.X. (pour Internai Heat eXchanger, en anglais). Ce quatrième échangeur de chaleur E4, optionnel, est apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène issu du premier échangeur de chaleur E1, en amont du détendeur, et le fluide frigorigène issu du deuxième échangeur de chaleur E2 ou du troisième échangeur de chaleur E3, en amont du compresseur Cpt. Le quatrième échangeur de chaleur E4 comporte ainsi une première partie E4a située au niveau de la première portion P1, entre la sortie du premier échangeur de chaleur El et le détendeur D1, et une seconde partie E4b située au niveau de la deuxième portion P2, entre le second embranchement X2 et l'entrée du compresseur Cpt Le trait en pointillé reliant E4a et E4b précise ici le lien fonctionnel existant entre ces deux parties de l'I.H.X. Le dispositif comporte en outre un circuit de fluide caloporteur comprenant le troisième échangeur de chaleur E3, ce dernier étant représenté en figure 2. Le troisième échangeur de chaleur E3 est un échangeur de chaleur trifluide comprenant un conduit 14 de circulation du fluide frigorigène dont la paroi 16 est réalisée dans un matériau bon conducteur de la chaleur, tel que de l'aluminium. Le conduit 14 du circuit de fluide frigorigène est logé dans un conduit 17 d'écoulement d'un fluide caloporteur, tel que par exemple un mélange d'eau et de glycol. La paroi 18 du conduit d'écoulement du fluide caloporteur peut aussi être réalisée dans un matériau bon conducteur de la chaleur tel que de l'aluminium. Le fluide caloporteur circule ainsi dans un circuit de fluide caloporteur et permet lorsque l'on souhaite alimenter l'habitacle en air chaud de réchauffer l'air que l'on y injecte. Dans les réalisations selon l'invention, le troisième échangeur de chaleur E3 dit échangeur de chaleur trifluide assure une fonction de stockage d'énergie froide. A cette fin, et comme cela apparaitra plus clairement dans ce qui suit, le circuit de fluide caloporteur comprend une vanne d'arrêt de la circulation du fluide caloporteur dans le troisième échangeur de chaleur afin d'isoler le troisième échangeur de chaleur E3. Cette vanne d'arrêt V3 est agencée, dans le sens de circulation du fluide caloporteur, en amont du troisième échangeur de chaleur E3. Dans un véhicule automobile, l'échangeur de chaleur trifluide E3 remplace ainsi l'échangeur de chaleur air/eau habituellement agencé dans le canal 12 de circulation d'air. L'échangeur de chaleur E3 peut ainsi être utilisé lors que l'on souhaite alimenter l'habitacle en air chaud comme cela est réalisé habituellement en récupérant les calories du moteur thermique. Il peut aussi être utilisé lorsque l'on souhaite alimenter l'habitacle en air froid. Dans la réalisation du dispositif selon l'invention, le troisième échangeur E3 est logé dans le canal 12 de circulation du flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule. Plus particulièrement, le canal 12 est subdivisé en un premier conduit 20 et un second conduit 22, le troisième échangeur de chaleur étant logé dans le premier conduit 20. Un volet 24 est monté dans le canal de circulation du flux d'air F destiné à l'habitacle, en aval du deuxième échangeur de chaleur E2 et en amont du troisième échangeur de chaleur E3, dans le sens d'écoulement du flux d'air, comme cela est illustré sur la figure 1.The refrigerant circuit also comprises a fourth heat exchanger E4 also called I.H.X. (for Internai Heat eXchanger, in English). This fourth heat exchanger E4, optional, is able to exchange heat between the refrigerant from the first heat exchanger E1, upstream of the expander, and the refrigerant from the second heat exchanger E2 or the third heat exchanger E3, upstream of the compressor Cpt. The fourth heat exchanger E4 thus comprises a first portion E4a located at the first portion P1, between the output of the first heat exchanger E1 and the expander D1, and a second portion E4b located at the second portion P2, between the second branch X2 and the entry of the compressor Cpt The dashed line connecting E4a and E4b here specifies the functional link existing between these two parts of the IHX The device further comprises a heat transfer fluid circuit comprising the third heat exchanger E3, the latter being shown in FIG. 2. The third heat exchanger E3 is a trifluid heat exchanger comprising a refrigerant circulation duct 14 whose wall 16 is made of a material that is a good conductor of heat, such as aluminum. The conduit 14 of the refrigerant circuit is housed in a conduit 17 for the flow of a coolant, such as for example a mixture of water and glycol. The wall 18 of the coolant flow conduit may also be made of a good heat conducting material such as aluminum. The coolant circulates in a heat transfer fluid circuit and allows when it is desired to supply the passenger compartment with hot air to heat the air that is injected therein. In the embodiments according to the invention, the third heat exchanger E3 said trifluid heat exchanger provides a cold energy storage function. For this purpose, and as will become clearer in the following, the heat transfer fluid circuit comprises a stop valve for the circulation of the coolant in the third heat exchanger in order to isolate the third heat exchanger E3. This stop valve V3 is arranged, in the direction of circulation of the coolant, upstream of the third heat exchanger E3. In a motor vehicle, the trifluid heat exchanger E3 thus replaces the heat exchanger air / water usually arranged in the channel 12 of air circulation. The heat exchanger E3 can thus be used when it is desired to supply the passenger compartment with hot air as is usually done by recovering the heat engine calories. It can also be used when it is desired to supply the passenger compartment with cold air. In the embodiment of the device according to the invention, the third heat exchanger E3 is housed in the channel 12 for circulating the flow of air intended to open into the passenger compartment of the vehicle. More particularly, the channel 12 is subdivided into a first duct 20 and a second duct 22, the third heat exchanger being housed in the first duct 20. A flap 24 is mounted in the air flow duct F designed to the passenger compartment, downstream of the second heat exchanger E2 and upstream of the third heat exchanger E3, in the flow direction of the air flow, as illustrated in FIG.
Le premier conduit 20 et le second conduit 22 sont séparés l'un de l'autre par une cloison 23 dont l'extrémité amont par rapport au sens de circulation du flux d'air comprend ou porte des moyens d'articulation du volet de déviation 24. La position angulaire du volet 24 est commandée de façon à pouvoir réguler le débit du flux d'air F1 traversant le troisième échangeur de chaleur E3 (et donc refroidi par ce dernier) et le débit du flux d'air F2 détourné du troisième échangeur de chaleur E3. Le volet 24 est de préférence mobile entre une première position extrême 24a dans laquelle l'ensemble du flux F est détourné du troisième échangeur de chaleur E3 et une seconde position extrême 24b dans laquelle l'ensemble du flux F traverse le troisième échangeur de chaleur E3. Le volet peut également prendre toutes les positions intermédiaires entre ces deux positions extrêmes. Le degré d'ouverture du volet 24 est déterminé en fonction d'une température de consigne souhaitée en sortie du canal 12. Pour ce qui concerne le circuit 10 de fluide frigorigène, le fluide circule : - dans un premier mode de fonctionnement, selon une première boucle traversant successivement le premier échangeur de chaleur El, le détendeur Dl, le deuxième échangeur de chaleur E2 et le compresseur Cpl. Pour cela, la vanne V2 est fermée de manière à interdire la circulation de fluide dans la quatrième portion P4 et la vanne V1 est ouverte pour autoriser la circulation du fluide frigorigène dans la deuxième portion P2. - dans un second mode de fonctionnement, selon une deuxième boucle traversant successivement le premier échangeur de chaleur, le détendeur, le deuxième échangeur de chaleur, le troisième échangeur de chaleur et le compresseur. Pour cela, la vanne V2 est ouverte de manière à autoriser la circulation de fluide dans la quatrième portion P4 et la vanne V1 est fermée pour interdire la circulation du fluide frigorigène dans la deuxième portion P2. Dans le premier et le second mode de fonctionnement, le volet 20 24 est avantageusement commandé dans sa position extrême 24a de détournement du flux d'air F dans le second conduit du canal 12. Ainsi, l'air n'est refroidi que par le deuxième échangeur de chaleur. Dans le premier mode de fonctionnement, le clapet Cl assure un anti-retour du fluide frigorigène dans le troisième échangeur de chaleur 25 du fait d'une pression plus basse dans la cinquième portion P5 du circuit en comparaison de la pression dans la deuxième portion P2. Dans le second mode de fonctionnement, l'échange thermique réalisé entre le fluide frigorigène et le fluide caloporteur de l'échangeur trifluide assure un stockage d'énergie froide dans le fluide caloporteur, la 30 paroi 16 du conduit du circuit frigorigène et la paroi 18 du circuit du fluide caloporteur.The first duct 20 and the second duct 22 are separated from each other by a partition 23 whose upstream end with respect to the direction of flow of the air flow comprises or carries means of articulation of the deflection flap 24. The angular position of the flap 24 is controlled so as to regulate the flow rate of the air flow F1 passing through the third heat exchanger E3 (and thus cooled by the latter) and the flow rate of the air flow F2 diverted from the third heat exchanger E3. The flap 24 is preferably movable between a first end position 24a in which the entire flow F is diverted from the third heat exchanger E3 and a second end position 24b in which the whole flow F passes through the third heat exchanger E3 . The shutter can also take all the intermediate positions between these two extreme positions. The degree of opening of the flap 24 is determined as a function of a desired target temperature at the outlet of the channel 12. With regard to the refrigerant circuit 10, the fluid circulates: in a first mode of operation, according to a first loop successively passing through the first heat exchanger El, the expander D1, the second heat exchanger E2 and the compressor Cpl. For this, the valve V2 is closed so as to prevent the circulation of fluid in the fourth portion P4 and the valve V1 is open to allow the circulation of the refrigerant in the second portion P2. in a second mode of operation, according to a second loop successively passing through the first heat exchanger, the expander, the second heat exchanger, the third heat exchanger and the compressor. For this, the valve V2 is open so as to allow the circulation of fluid in the fourth portion P4 and the valve V1 is closed to prevent the flow of refrigerant in the second portion P2. In the first and second operating modes, the flap 24 is advantageously controlled in its extreme position 24a for diverting the air flow F into the second duct of the channel 12. Thus, the air is cooled only by the second heat exchanger. In the first mode of operation, the valve C1 ensures a non-return of the refrigerant in the third heat exchanger 25 due to a lower pressure in the fifth portion P5 of the circuit compared with the pressure in the second portion P2 . In the second mode of operation, the heat exchange effected between the refrigerant and the heat transfer fluid of the trifluid exchanger ensures a cold energy storage in the coolant, the wall 16 of the refrigerant circuit duct and the wall 18. of the coolant circuit.
Les cycles thermodynamiques correspondant au premier mode et au second mode de fonctionnement sont illustrés sur les diagrammes de Mollier des figures 3 et 4, respectivement. Sur ces diagrammes, l'abscisse est formée par l'enthalpie H et l'ordonnée est formée par la pression p du fluide frigorigène. Des points référencés il à i6 ont été reportés à la fois sur le diagramme de Mollier de la figure 3 correspondant au premier mode de fonctionnement et sur le circuit 10 de fluide frigorigène illustré en figure 1 fonctionnant alors dans son premier mode de fonctionnement, afin de faciliter la compréhension. Ce mode de fonctionnement est connu de l'homme du métier et ne sera donc pas décrit en détail. De même, des points référencés il à i8 ont été reportés à la fois sur le diagramme de Mollier de la figure 4 correspondant au second mode de fonctionnement et sur le circuit 10 de fluide frigorigène illustré en figure 5 fonctionnant alors dans son second mode de fonctionnement, afin de faciliter la compréhension. Lorsque le circuit de fluide frigorigène fonctionne selon le second mode, on constate que la vanne V2 autorise une perte de charge permettant d'abaisser la pression de P1 à P2 (entre les points i5 et i6), le fluide frigorigène est alors à l'état diphasique (mélange de liquide et de gaz). Le reste de l'étape d'évaporation a lieu dans le troisième échangeur de chaleur E3 qui permet alors de stocker de l'énergie froide à plus basse température que dans la technique antérieure du fait de l'abaissement de la pression de P1 à P2 induisant un abaissement de la température du fluide frigorigène. Dans ce mode de fonctionnement, le compresseur doit fonctionner avec une cylindrée plus importante que lors du fonctionnement selon le premier mode afin de pouvoir stocker de l'énergie sous forme de liquide caloporteur froid dans le troisième échangeur de chaleur. Notons que la vanne V2 pourrait ne pas autoriser de perte de charge. Dans ce cas, les diagrammes de Mollier seraient identiques entre les premier et second modes de fonctionnement.The thermodynamic cycles corresponding to the first mode and the second mode of operation are illustrated in the Mollier diagrams of Figures 3 and 4, respectively. On these diagrams, the abscissa is formed by the enthalpy H and the ordinate is formed by the pressure p of the refrigerant. Points referenced 11 to 16 have been reported both on the Mollier diagram of FIG. 3 corresponding to the first mode of operation and on the refrigerant circuit 10 illustrated in FIG. 1, then operating in its first mode of operation, in order to facilitate understanding. This mode of operation is known to those skilled in the art and will not be described in detail. Likewise, points referenced 11 to 18 have been reported both on the Mollier diagram of FIG. 4 corresponding to the second mode of operation and on the refrigerant circuit 10 illustrated in FIG. 5, then operating in its second mode of operation. , to facilitate understanding. When the refrigerant circuit operates in the second mode, it is found that the valve V2 allows a pressure drop to lower the pressure of P1 to P2 (between the points i5 and i6), the refrigerant is then at the diphasic state (mixture of liquid and gas). The remainder of the evaporation step takes place in the third heat exchanger E3 which then makes it possible to store cold energy at a lower temperature than in the prior art because of the lowering of the pressure from P1 to P2 inducing a lowering of the temperature of the refrigerant. In this operating mode, the compressor must operate with a larger displacement than during operation according to the first mode in order to be able to store energy in the form of cold heat transfer fluid in the third heat exchanger. Note that the valve V2 may not allow a pressure drop. In this case, the Mollier diagrams would be identical between the first and second modes of operation.
Le quatrième échangeur de chaleur E4, qui est optionnel, permet après la phase de condensation de sous-refroidir la phase liquide du fluide frigorigène (i2 à i3, figures 3 et 4) et permet après la phase d'évaporation de surchauffer la phase gaz du fluide frigorigène avant compression (i5 à i6 sur la figure 3 correspondant au premier mode de fonctionnement et i7 à i8 sur la figure 4 correspondant au second mode de fonctionnement). Lorsque l'on souhaite restituer l'énergie froide stockée dans le troisième échangeur de chaleur E3, il est ainsi possible d'arrêter le compresseur, ce qui a pour conséquence de stopper la circulation du fluide frigorigène. Dans cette situation, le volet 24 et déplacée dans sa seconde position 24b de sorte que l'ensemble du flux d'air F traverse le troisième échangeur de chaleur 3 dans le premier conduit 20. L'air alimentant l'habitacle est alors uniquement refroidi par le troisième échangeur E3, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie par le système H.V.A.C.15The fourth heat exchanger E4, which is optional, makes it possible, after the condensation phase, to subcool the liquid phase of the refrigerant (i2 to i3, FIGS. 3 and 4) and makes it possible, after the evaporation phase, to overheat the gas phase. refrigerant before compression (i5 to i6 in Figure 3 corresponding to the first mode of operation and i7 to i8 in Figure 4 corresponding to the second mode of operation). When it is desired to restore the cold energy stored in the third heat exchanger E3, it is thus possible to stop the compressor, which has the effect of stopping the flow of refrigerant. In this situation, the shutter 24 and moved in its second position 24b so that the entire air flow F through the third heat exchanger 3 in the first conduit 20. The air supplying the passenger compartment is then cooled only by the third E3 exchanger, which reduces the energy consumption by the HVAC15 system
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