FR3025299A1

FR3025299A1 - Boucle de climatisation a architecture amelioree

Info

Publication number: FR3025299A1
Application number: FR1458041A
Authority: FR
Inventors: Jean-Luc Thuez
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-03-04

Abstract

L'invention concerne une boucle de climatisation (20) pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation dans laquelle un fluide frigorigène circule, la boucle comprenant : - un compresseur (C) du type multi-étages qui fonctionne suivant plusieurs états de fonctionnement, à savoir en utilisant tous les étages de compression en série ou en utilisant un niveau de pression intermédiaire d'un étage intermédiaire de compression, - un échangeur thermique de face avant (E1) qui assure un échange thermique avec un flux d'air extérieur, l'échangeur (E1) étant fractionné en un nombre n de parties (E11, E12,...) qui correspond au nombre d'étages de compression du compresseur, la boucle (20) pouvant assurer plusieurs modes de fonctionnement en fonction de l'état de fonctionnement du compresseur et du niveau de pression de fluide dans chaque partie de l'échangeur (E1) : un mode de conditionnement d'air, au moins un mode de pompe à chaleur et au moins un mode de dégivrage.

Description

1 Boucle de climatisation à architecture améliorée L'invention concerne une boucle de climatisation pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, notamment 5 pour un habitacle d'un véhicule automobile. Il est connu, notamment du document DE 102011 100 198, une boucle de climatisation comprenant plusieurs composants dont : - un évaporateur et un échangeur placés l'un derrière l'autre dans le sens de circulation du flux d'air intérieur destiné à l'habitacle, 10 l'échangeur pouvant ou non être traversé par ce flux d'air, - un compresseur bi-étagé équipé d'une vanne trois voies, - un échangeur thermique dit de face avant qui est apte à assurer un échange thermique avec un flux d'air extérieur à l'habitacle du véhicule et à jouer notamment le rôle d'un condenseur. 15 La vanne trois voies permet de faire fonctionner la boucle de climatisation soit en mode pompe à chaleur en utilisant les deux étages du compresseur en série soit en mode conditionnement d'air en utilisant le refroidissement intermédiaire de l'étage intermédiaire. Au vu de ce qui précède, il serait intéressant de concevoir une 20 nouvelle architecture de boucle de climatisation qui soit configurable de manière à pouvoir offrir, selon la configuration choisie, plusieurs modes de fonctionnement, dont un mode de conditionnement d'air, un mode de pompe à chaleur et un mode de dégivrage. La présente invention a ainsi pour objet une boucle de 25 climatisation pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation dans laquelle un fluide frigorigène est apte à circuler, la boucle de climatisation comprenant : - un compresseur, - un échangeur thermique dit de face avant qui est apte à assurer 30 un échange thermique avec un flux d'air extérieur, caractérisée en ce que le compresseur est du type multi-étages qui est apte à fonctionner suivant plusieurs états de fonctionnement, à savoir en utilisant tous les étages de compression en série ou en 3025299 2 utilisant au moins un niveau de pression intermédiaire d'un étage intermédiaire de compression, l'échangeur de face avant étant fractionné en un nombre n de parties qui correspond au nombre d'étages de compression du compresseur, la boucle de climatisation étant apte à assurer plusieurs modes de fonctionnement en fonction de l'état de fonctionnement du compresseur et du niveau de pression de fluide dans chacune des parties de l'échangeur de face avant, à savoir un mode de conditionnement d'air, au moins un mode de pompe à chaleur et au moins un mode de dégivrage.

La boucle de climatisation selon l'invention offre une nouvelle architecture basée sur une configuration modulable qui fait intervenir un compresseur multi-étagé et un échangeur de face avant fractionné en plusieurs parties. Différentes configurations peuvent être obtenues en combinant différents états de fonctionnement du compresseur associés à un ou des niveaux de pression de fluide dans les parties d'échangeur, chaque configuration correspondant à un mode de fonctionnement possible de la boucle de climatisation. Selon d'autres caractéristiques prises isolément ou en combinaison l'une avec l'autre : - les différentes parties de l'échangeur de face avant sont aptes chacune à fonctionner soit à un même niveau de pression de fluide soit à des niveaux de pression de fluide différents en combinaison avec un des états de fonctionnement du compresseur ; cette modularité contribue à la possibilité pour la boucle de climatisation de fonctionner suivant différents modes de fonctionnement complémentaires les uns des autres ; - le mode de conditionnement d'air et ledit au moins un mode de dégivrage sont obtenus chacun pour un état de fonctionnement donné du compresseur associé à des niveaux de pression de fluide différents 30 dans les différentes parties de l'échangeur de face avant ; - dans le mode de conditionnement d'air et dans un premier mode de dégivrage, l'état de fonctionnement du compresseur fait intervenir au moins un niveau de pression intermédiaire d'un étage intermédiaire 3025299 3 de compression ; dans ce mode de dégivrage, seule la partie de l'échangeur de face avant dans laquelle sont injectés les gaz chauds issus de l'étage intermédiaire de compression est dégivrée ; - dans un deuxième mode de dégivrage (ce deuxième mode 5 complète le premier mode exposé ci-dessus) l'état de fonctionnement du compresseur fait alternativement intervenir tous les étages de compression en série et au moins un niveau de pression intermédiaire d'un étage intermédiaire de compression ; ce deuxième mode de dégivrage permet, en alternant les phases de dégivrage, de dégivrer les 10 deux parties de l'échangeur de face avant, c'est-à-dire la totalité de celui-ci ; - dans un mode de pompe à chaleur, l'état de fonctionnement du compresseur fait intervenir tous les étages de compression en série en combinaison avec un même niveau de pression de fluide dans les 15 différentes parties de l'échangeur de face avant ; - dans un premier mode de pompe à chaleur, le niveau de pression de fluide commun aux parties de l'échangeur de face avant est non nul ; - dans un deuxième mode de pompe à chaleur, le niveau de 20 pression de fluide commun aux parties de l'échangeur de face avant est nul, rendant ainsi inactif ledit échangeur ; - la boucle de climatisation comprend en outre au moins deux échangeurs thermiques qui sont aptes chacun à assurer un échange thermique avec un flux d'air intérieur destiné à être diffusé dans un 25 habitacle de véhicule automobile, un premier desdits au moins deux échangeurs thermiques étant apte à être utilisé en tant qu'évaporateur pour refroidir le flux d'air intérieur, tandis qu'un deuxième échangeur thermique est apte à être utilisé pour chauffer le flux d'air intérieur ; - le premier échangeur thermique est apte à être utilisé comme 30 évaporateur ou à être inactif et le deuxième échangeur thermique est apte à être utilisé pour chauffer ou à être inactif selon le mode de fonctionnement de la boucle de climatisation ; 3025299 4 - le deuxième échangeur thermique est apte à être utilisé pour chauffer dans ledit au moins un mode de pompe à chaleur et dans ledit au moins un mode de dégivrage ; - dans le deuxième mode de pompe à chaleur, le premier 5 échangeur thermique est apte à être utilisé comme évaporateur et le deuxième échangeur thermique est apte à être utilisé pour chauffer tandis que l'échangeur de face avant est rendu inactif ; - la boucle de climatisation comprend des moyens de commutation qui sont aptes à sélectionner, sur commande, l'un des états de 10 fonctionnement du compresseur ; - le compresseur est par exemple du type bi-étagé ; - les moyens de commutation comprennent une vanne trois voies qui permet de faire fonctionner le compresseur en utilisant soit tous les étages de compression en série, soit l'étage intermédiaire de 15 compression pour en prélever des gaz chauds de compression ; - dans le premier ; mode de dégivrage, la boucle de climatisation est configurée pour injecter dans l'une des deux parties de l'échangeur de face avant (pour le dégivrage de cette partie), les gaz chauds issus de l'étage intermédiaire de compression à un niveau de pression 20 intermédiaire avant de les réinjecter à l'entrée du deuxième étage de compression du compresseur ; - la boucle de climatisation est configurée pour assurer la détente des gaz chauds issus du deuxième étage de compression au niveau de pression final en vue de leur évaporation dans l'autre partie de 25 l'échangeur de face avant ; - les deux parties de l'échangeur de face avant sont imbriquées au moins partiellement l'une dans l'autre de manière à former une alternance de tubes dans lesquels le fluide est apte à circuler à des niveaux de pression différents ; cet agencement permet, dans ce premier mode de dégivrage, de dégivrer également l'autre partie de l'échangeur qui n'est pas directement réchauffée par les gaz chauds issus de l'étage intermédiaire de compression ; 3025299 5 - dans le deuxième mode de dégivrage, la boucle de climatisation est configurée pour injecter, sur commande, soit dans une première des deux parties de l'échangeur de face avant, les gaz chauds issus de l'étage intermédiaire de compression à un niveau de pression 5 intermédiaire, soit dans une deuxième partie de l'échangeur de face avant les gaz chauds issus du deuxième étage de compression au niveau de pression final ; l'injection alternative de gaz chauds de compression dans l'une ou l'autre des deux parties de l'échangeur de face avant assure le dégivrage de la partie concernée, et donc, au final, 10 le dégivrage de tout l'échangeur ; - dans le deuxième mode de dégivrage, la boucle de climatisation comprend un organe de détente qui est apte à occuper, sur commande, une position parmi deux positions, à savoir, d'une part, une position dite de non-détente dans laquelle l'organe de détente est apte à laisser 15 passer sans détente, dans un premier sens de circulation des gaz, en aval de la première partie de l'échangeur de face avant, les gaz chauds issus de l'étage intermédiaire de compression et qui ont été préalablement injectés dans ladite première partie et, d'autre part, une autre position dite de détente dans laquelle l'organe de détente est apte 20 à assurer, dans un deuxième sens de circulation des gaz, en amont de la première partie de l'échangeur de face avant et en aval de la deuxième partie, une détente des gaz chauds issus du deuxième étage de compression et qui ont été préalablement injectés dans ladite deuxième partie ; 25 - la boucle de climatisation est configurée pour injecter en amont des deux parties de l'échangeur de face avant, dans le deuxième échangeur thermique, les gaz chauds issus du deuxième étage de compression au niveau de pression final, le premier échangeur étant inactif.

30 D'autres caractéristiques et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 3025299 6 - la figure 1 illustre de manière schématique un boitier de conditionnement d'air pour l'habitacle d'un véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'une architecture d'une 5 boucle de climatisation selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 illustre le fonctionnement en mode conditionnement d'air de la boucle de climatisation de la figure 2 ; - la figure 4 illustre le fonctionnement suivant un premier mode de pompe à chaleur de la boucle de climatisation de la figure 2 ; 10 - la figure 5 illustre le fonctionnement suivant un deuxième mode de pompe à chaleur de la boucle de climatisation de la figure 2 ; - la figure 6a illustre le fonctionnement suivant un premier mode de dégivrage de la boucle de climatisation de la figure 2 ; - la figure 6b est une vue schématique d'un mode de réalisation 15 possible de l'échangeur de face avant El de la boucle de la figure 6a ; - la figure 7 illustre le fonctionnement suivant un deuxième mode de dégivrage d'une boucle de climatisation différente de la boucle de la figure 2. Comme représenté schématiquement à la figure 1, un boîtier 10 20 de conditionnement pour le traitement thermique d'un flux d'air intérieur destiné à être diffusé dans un habitacle d'un véhicule automobile comprend, dans le sens de circulation du flux d'air intérieur : -une première zone Z1 dans laquelle l'air neuf (extérieur) repéré 25 par la flèche Fl est soufflé de manière connue par un ventilateur (non représenté) dans une conduite 12, -une deuxième zone Z2 dans laquelle l'air neuf F1 peut être mélangé ou non, au moyen d'un organe de mélange 16, avec de l'air recyclé F2 provenant d'une conduite 14, 30 -une troisième zone Z3 dans laquelle un échangeur thermique E3, alternativement (sur commande), assure la fonction d'un évaporateur ou est rendu inactif, 3025299 7 -une quatrième zone Z4 dans laquelle l'air neuf, mélangé ou non à de l'air recyclé, et ayant traversé l'échangeur E3 est dirigé de manière sélective, par déplacement d'un volet 18, sur un autre échangeur thermique E2 logé dans une portion de conduite 12a ou sur une portion 5 de conduite parallèle 12b. Les deux portions de conduite parallèles 12a, 12b sont reliées de manière connue à un système de distribution d'air non représenté destiné à distribuer dans l'habitacle l'air conditionné par le boitier 10. La figure 2 représente une boucle de climatisation 20 selon un 10 mode de réalisation de l'invention qui comprend les échangeurs thermiques E2 et E3 du boitier 10 de la figure 1. Dans cette boucle circule un fluide frigorigène ou réfrigérant qui est par exemple du CO2, du R -134a, du R-1234yf. Toutefois, d'autres fluides frigorigènes peuvent être utilisés sans sortir du cadre de 15 l'invention. La boucle de climatisation 20 peut comporter de manière optionnelle et non représentée un moyen de stockage du fluide frigorigène tel qu'une bouteille ou un accumulateur. La boucle 20 comprend un compresseur C du type à multi-étages 20 qui, dans ce mode de réalisation, est bi-étagé. Toutefois, la boucle de climatisation selon l'invention s'applique, de manière générale, à un compresseur à multi-étages. Le compresseur C est apte à fonctionner suivant plusieurs états de fonctionnement distincts, à savoir soit en utilisant tous les étages de compression en série soit en utilisant un 25 niveau de pression intermédiaire de l'étage intermédiaire de compression. La boucle 20 comprend également un échangeur thermique de face avant El qui assure un échange thermique avec l'air extérieur au véhicule (reçu en face avant du véhicule).

30 L'échangeur de face avant El est fractionné en deux parties ou circuits Ell, E12 (de manière générale, avec un compresseur multiétages, le nombre de parties de l'échangeur El correspond au nombre 3025299 8 d'étages de compression du compresseur) qui peuvent être des échangeurs totalement distincts ou non. De manière générale, la boucle de climatisation 20 est apte à assurer plusieurs modes de fonctionnement qui comprennent un mode 5 de conditionnement d'air, au moins un mode de pompe à chaleur et au moins un mode de dégivrage. Chacun de ces modes est obtenu à partir, d'une part, d'un état de fonctionnement donné du compresseur parmi les deux états mentionnés ci-dessus et, d'autre part, d'un niveau de pression de fluide donné dans chacune des deux parties EU, E12 de 10 l'échangeur de face avant El. Le niveau de pression de fluide peut être soit identique dans les deux parties Ell, E12, à savoir non nul ou bien nul, soit différent d'une partie à l'autre. Les différentes combinaisons d'état de fonctionnement du compresseur et de niveau (x) de fluide dans les deux parties Ell, E12 de l'échangeur El seront présentées ci- 15 après en référence aux différents modes de fonctionnement de la boucle de climatisation illustrés sur les figures 3 et suivantes. On notera que la boucle de climatisation 20 comprend plusieurs vannes dont la configuration et la position permettent de sélectionner différents modes de fonctionnement en privilégiant la circulation du 20 fluide dans certaines branches du circuit ou boucle. Le compresseur C est équipé d'une vanne trois voies A dont l'une des voies qui correspond à la sortie de l'étage intermédiaire de compression est raccordée à une conduite 22. La conduite 22 s'étend en éloignement de la vanne A jusqu'à un point de bifurcation P1 où elle se 25 sépare en deux conduites 24, 26. Une voie correspond à l'entrée du premier étage de compression tandis que l'autre voie correspond à la sortie du deuxième étage de compression. La conduite 24 rejoint une extrémité (entrée ou sortie selon le sens de circulation du fluide dans le circuit) de la première partie Ell 30 de l'échangeur El, tandis que la conduite 26 est équipée d'une vanne deux voies 28 et repart vers le compresseur C. La conduite 26 comporte à un point de bifurcation P2 une dérivation 26a qui rejoint le 3025299 9 compresseur C et se prolonge par une conduite 26b jusqu'à un point de bifurcation P3. La boucle 20 comprend une conduite 30 qui relie l'extrémité opposée (entrée ou sortie selon le sens de circulation du fluide dans le 5 circuit) de la partie Ell de l'échangeur El à une vanne trois voies 32. De cette vanne trois voies 32 partent deux conduites, une première 34 qui rejoint le compresseur C et qui est équipée d'un clapet antiretour 36, et une deuxième 38. La deuxième conduite 38 se sépare à un point de bifurcation P4 en deux conduites : 10 - une conduite 38a qui est raccordée à une vanne trois voies 40 dont l'une des voies est elle-même raccordée à la sortie du compresseur C (niveau de pression finale obtenu en sortie du deuxième étage de compression) par une portion de conduite 42, - une conduite 38b qui est raccordée à une extrémité (entrée ou 15 sortie selon le sens de circulation du fluide dans le circuit) de la deuxième partie E12 de l'échangeur El. L'extrémité opposée (entrée ou sortie selon le sens de circulation du fluide dans le circuit) de la partie E12 de l'échangeur El est raccordée à une conduite 44 qui est munie d'un premier organe de 20 détente D1 et qui rejoint une extrémité d'un premier circuit 46a d'un échangeur thermique 46 (IHX) optionnel. On notera, par ailleurs, que l'échangeur thermique 46 (IHX) optionnel permet, lorsqu'il est présent, d'améliorer le coefficient de performance (ou COP) de ladite boucle de climatisation 20.

25 Une conduite 48 part de l'extrémité opposée du premier circuit 46a de l'échangeur 46 et rejoint un point de bifurcation P5 auquel sont raccordées deux branches. Une première branche 50 est munie d'un deuxième organe de détente D2 et alimente en fluide l'entrée de l'échangeur thermique E3 30 déjà mentionné ci-dessus en référence à la figure 1 (cet échangeur fonctionne en mode évaporateur ou est inactif). La sortie de l'échangeur thermique E3 est raccordée, par une conduite 52, à une extrémité d'un deuxième circuit 46b de l'échangeur thermique 46. Une conduite 54 3025299 10 relie l'extrémité opposée du deuxième circuit 46b au point de bifurcation P3. Une conduite 56 équipée d'une vanne deux voies 58 relie le point P3 à la conduite 38b entre la partie E12 et le point de bifurcation P4.

5 Par ailleurs, la troisième voie de la vanne trois voies 40 est raccordée à l'entrée de l'échangeur thermique E2 déjà mentionné ci-dessus en référence à la figure 1 (cet échangeur fonctionne en mode chauffage ou est inactif) par l'intermédiaire d'une conduite 60. La sortie de cet échangeur est raccordée au point de bifurcation P5 par une 10 conduite 62 équipée d'un clapet anti-retour 64 (deuxième branche raccordée au point P5). On notera que les deux organes de détente D1 et D2 (détendeurs) sont configurés pour être totalement réglables et, en position ouverte (au repos) être complètement passants, c'est-à-dire ne permettre 15 aucune détente du fluide gazeux. On va maintenant décrire en référence à la figure 3 le mode de fonctionnement dit de conditionnement d'air de la boucle de climatisation 20 de la figure 2. Dans le mode de fonctionnement en conditionnement d'air (illustré 20 par les flèches qui indiquent le sens de circulation du fluide dans la boucle), on utilise la sortie de l'étage intermédiaire de compression du compresseur C, les deux parties E11 et E12 de l'échangeur de face avant El sont soumises respectivement à des niveaux de pression différents (la partie E11 assurant un refroidissement intermédiaire des 25 gaz chauds de compression issus de l'étage intermédiaire de compression à un niveau de pression intermédiaire) et l'échangeur thermique E3 fonctionne en mode évaporateur tandis que l'échangeur thermique E2 est rendu inactif. Plus particulièrement, la conduite 22 récupère les gaz chauds de 30 compression issus de l'étage intermédiaire de compression à un niveau de pression intermédiaire (grâce à la vanne trois voies A) et les injecte dans la première partie E11 de l'échangeur de face avant E1 (la vanne 28 est fermée) où un échange thermique se produit avec l'air 3025299 11 extérieur froid. Les gaz chauds refroidis sont réinjectés dans le compresseur via les conduites 30 et 34 (la troisième voie de la vanne 32 menant à la conduite 38 est fermée) afin d'achever la compression des gaz dans le deuxième étage de compression.

5 En sortie du deuxième étage de compression, les gaz sont injectés dans la deuxième partie E12 de l'échangeur de face avant El via les conduites 38a et 38b (la troisième voie de la vanne 40 menant à la conduite 60 est fermée et la vanne 58 est également fermée). Le premier organe de détente D1 est totalement ouvert, laissant ainsi 10 passer les gaz dans le premier circuit 46a, puis dans le deuxième organe de détente D2 qui, lui, est réglé pour assurer une détente des gaz comprimés avant d'entrer dans l'échangeur E3 qui fonctionne alors en mode évaporateur. Le fluide sortant de l'échangeur E3 circule ensuite dans le deuxième circuit 46b, puis rejoint l'entrée du compresseur via 15 les conduites 54, 26b et 26a. Dans ce mode, l'échangeur thermique E2 est rendu inactif. On va maintenant décrire en référence à la figure 4 un premier mode de fonctionnement de la boucle de climatisation 20 de la figure 2 en pompe à chaleur.

20 Dans ce premier mode de fonctionnement en pompe à chaleur (illustré par les flèches qui indiquent le sens de circulation du fluide dans la boucle), les deux étages de compression du compresseur C sont utilisés en série, les deux parties Ell et E12 de l'échangeur de face avant El sont soumises respectivement à un même niveau de pression 25 non nul et l'échangeur thermique E3 est rendu inactif tandis que l'échangeur thermique E2 fonctionne en mode chauffage sur l'air intérieur destiné à l'habitacle. Dans ce mode, on assure un fonctionnement en mode pompe à chaleur sur l'air extérieur. Plus particulièrement, on utilise directement les gaz chauds issus 30 du deuxième étage de compression du compresseur (la vanne trois voies A effectue un « by-pass » ou contournement de la sortie de l'étage intermédiaire de compression) qui sont injectés dans l'échangeur E2 via la conduite 60, puis dans le premier circuit 46a via la 3025299 12 conduite 48. Le premier organe de détente D1 est réglé en position pour assurer une détente des gaz chauds avant de pénétrer dans la deuxième partie E12 de l'échangeur de face avant El, puis dans la première partie Ell via les conduites 38b et 30. Les gaz basse pression sont 5 refroidis successivement dans les deux parties E12 et Ell à partir de l'air extérieur froid. Les gaz basse pression sortant de la première partie Ell de l'échangeur de face avant El rejoignent ensuite l'entrée du compresseur via les conduites 24, 26 et 26a. Pour permettre ce fonctionnement la voie de la vanne 40 menant 10 à la conduite 38a est fermée, le deuxième organe de détente D2 est réglé en position de fermeture afin d'empêcher toute alimentation de l'échangeur E3, la vanne 58 est fermée, la voie de la vanne 32 menant à la conduite 34 est fermée et les deux autres voies sont ouvertes de manière à mettre en communication entre elles les deux parties E12 et 15 Ell de l'échangeur El et la vanne 28 est ouverte. On notera que le choix des vannes et leur position dans la boucle de climatisation 20 permettent de rendre fonctionnelles certaines branches dites « mortes » et notamment de vider le contenu de l'échangeur E3 en fluide frigorigène et en huile.

20 Au démarrage de la boucle de climatisation, l'air intérieur traversant l'échangeur E3 (l'air intérieur correspond à l'air neuf extérieur mélangé ou non avec de l'air recyclé comme expliqué en référence à la figure 1) a une température égale à la température extérieure. De ce fait, il existe un risque de piéger du fluide frigorigène 25 dans l'échangeur E3 (branche morte du circuit). Toutefois, comme l'échangeur E3 est relié à l'aspiration du compresseur C, ce dernier est apte à vider le contenu de l'échangeur en fluide et en huile. La présence d'un éventuel moyen de stockage du fluide dans la 30 boucle (circuit) peut également contribuer à pallier le manque de charge en fluide dans la boucle. Ces particularités s'appliquent également aux modes de dégivrage illustrés sur les figures 6a et 7.

3025299 13 On va maintenant décrire en référence à la figure 5 un deuxième mode de fonctionnement de la boucle de climatisation 20 de la figure 2 en pompe à chaleur. Dans ce deuxième mode de fonctionnement en pompe à chaleur 5 (illustré par les flèches qui indiquent le sens de circulation du fluide dans la boucle), les deux étages de compression du compresseur C sont utilisés en série comme dans le premier mode, les deux parties EU et E12 de l'échangeur de face avant El sont soumises respectivement à un même niveau de pression nul (en d'autres termes, l'échangeur El est 10 rendu inactif), l'échangeur thermique E3 fonctionne en mode évaporateur et l'échangeur thermique E2 fonctionne en mode chauffage sur l'air intérieur destiné à l'habitacle. Plus particulièrement, on utilise directement les gaz chauds issus du deuxième étage de compression du compresseur (la vanne trois 15 voies A effectue un « by-pass » ou contournement de la sortie de l'étage intermédiaire de compression) qui sont injectés dans l'échangeur E2 via la conduite 60. Le premier organe de détente D1 est réglé en position fermée, tandis que le deuxième organe de détente D2 est réglé en position 20 ouverte de manière à assurer une détente des gaz chauds de compression, permettant ainsi à l'échangeur E3 de fonctionner en mode évaporateur sur l'air intérieur destiné à l'habitacle. Les gaz basse pression refroidis sont ensuite réinjectés en entrée du compresseur via les conduites 52, 54, 26b et 26a.

25 Pour permettre ce fonctionnement, la voie de la vanne 40 menant à la conduite 38a est fermée, ainsi que les vannes 58 et 28. Ce deuxième mode de fonctionnement en pompe à chaleur correspond également au mode de déshumidification et au mode de désembuage qui sont utilisés dans le domaine automobile et qui 30 fonctionnent à des températures dites positives. On va maintenant décrire en référence à la figure 6a un premier mode de fonctionnement de la boucle de climatisation 20 de la figure 2 en dégivrage.

3025299 14 Dans ce premier mode de dégivrage (illustré par les flèches qui indiquent le sens de circulation du fluide dans la boucle), on utilise la sortie de l'étage intermédiaire de compression du compresseur C, les deux parties Ell et E12 de l'échangeur de face avant El sont soumises 5 respectivement à des niveaux de pression différents (la première partie Ell assure un refroidissement intermédiaire des gaz chauds de compression issus de l'étage intermédiaire de compression à un niveau de pression intermédiaire et la deuxième partie E12 est soumise à un niveau de basse pression) et l'échangeur thermique E2 fonctionne en 10 mode chauffage tandis que l'échangeur thermique E3 est rendu inactif. Ce mode permet d'assurer un dégivrage partiel de l'échangeur El grâce aux gaz chauds de l'étage intermédiaire de compression injectés dans la première partie Ell de cet échangeur. La fonction chauffage est maintenue durant le dégivrage. Ce mode de fonctionnement évite 15 d'avoir à sélectionner le mode de conditionnement d'air pour assurer le dégivrage partiel de l'échangeur El. En dégivrant de façon partielle l'échangeur et en maintenant une quantité de chauffage thermodynamique grâce à l'échangeur E2, on diminue fortement le complément d'énergie électrique à fournir pour maintenir le confort de 20 l'habitacle. En passant en mode de conditionnement d'air, l'échangeur E3 fonctionnerait en mode évaporateur et fournirait alors une température d'air plus froide que la température extérieure. Une telle température nécessiterait alors de dépenser une grande quantité d'énergie électrique afin de réchauffer cet air et éviter tout inconfort qui 25 serait causé par le soufflage d'un air plus froid que l'air extérieur. Plus particulièrement, la conduite 22 récupère les gaz chauds de compression issus de l'étage intermédiaire de compression à un niveau de pression intermédiaire et les injecte dans la première partie Ell de l'échangeur de face avant El (la vanne 28 est fermée) où un échange 30 thermique se produit avec l'air extérieur froid. Les gaz chauds refroidis sont réinjectés dans le compresseur via les conduites 30 et 34 (la troisième voie de la vanne 32 menant à la conduite 38 est fermée) afin 3025299 15 d'achever la compression des gaz dans le deuxième étage de compression. Les gaz chauds issus du deuxième étage de compression du compresseur sont injectés dans l'échangeur E2 via la conduite 60, puis 5 dans le premier circuit 46a via la conduite 48. Le premier organe de détente Dl est réglé en position pour assurer une détente des gaz chauds avant de pénétrer dans la deuxième partie E12 de l'échangeur de face avant El. Les gaz basse pression sortant de la deuxième partie E12 sont 10 ensuite redirigés sur l'entrée du compresseur via les conduites 38b, 26b et 26a. Pour permettre ce fonctionnement, la vanne 28 est fermée, la voie de la vanne 32 menant à la conduite 38 est fermée, la voie de la vanne 40 menant à la conduite 38a est fermée, le deuxième organe de 15 détente D2 est réglé en position de fermeture afin d'empêcher toute alimentation de l'échangeur E3 et la vanne 58 est ouverte. Pour permettre à la deuxième partie E12 de l'échangeur de face avant El d'être réchauffée et, donc, au moins partiellement dégivrée, les deux parties Ell et E12 peuvent être configurées de manière à ce 20 que l'air réchauffé au contact de la première partie Ell contribue au réchauffement de la deuxième partie E12 (c'est-à-dire la partie non réchauffée par les gaz de l'étage intermédiaire de compression). Les deux parties Ell et E12 peuvent par exemple être imbriquées l'une dans l'autre afin de créer une alternance de tubes à pression 25 intermédiaire et à basse pression. Un exemple de réalisation d'une configuration particulière de l'échangeur de face avant El est illustré à la figure 6b. Les deux parties Ell et E12 ont par exemple chacune la forme d'un peigne et les deux peignes sont emboîtés l'un dans l'autre, 30 assurant ainsi une alternance de tubes ti à pression intermédiaire et de tubes tb à basse pression.

3025299 16 D'autres agencements des deux parties de l'échangeur de face avant El sont bien entendu envisageables afin de permettre le dégivrage de l'autre partie E12 de cet échangeur. La figure 7 représente un autre mode de réalisation d'une boucle 5 de climatisation 80 selon l'invention. Cette boucle reprend l'ensemble des composants de la boucle 20 de la figure 2 qui conservent les mêmes références et assure les mêmes modes de fonctionnement que cette dernière. Toutefois, la boucle 80 assure un deuxième mode de dégivrage de 10 l'échangeur de face avant El qui n'était pas possible avec la configuration de la boucle de la figure 2. La boucle 80 comprend un troisième organe de détente D3 placé sur la conduite 30, entre la première partie Ell de l'échangeur de face avant El et la vanne trois voies 32. Cet organe de détente présente les 15 mêmes particularités/fonctionnalités que celles des deux organes de détente D1 et D2 énoncées plus haut. Ce mode de dégivrage correspond à un mode de dégivrage complet de l'échangeur de face avant El qui ne nécessite pas de passer par le mode de conditionnement d'air. Le mode de dégivrage complet 20 est effectué en dégivrant alternativement chacune des deux parties Ell et E12 de l'échangeur El. La figure 7 illustre le mode de dégivrage de la seule deuxième partie E12. Dans ce mode de dégivrage (illustré par les flèches qui indiquent le sens de circulation du fluide dans la boucle), les deux étages de 25 compression du compresseur C sont utilisés en série, les deux parties Ell et E12 de l'échangeur de face avant El sont soumises respectivement à des niveaux de pression différents et l'échangeur thermique E3 est rendu inactif tandis que l'échangeur thermique E2 fonctionne en mode chauffage sur l'air intérieur destiné à l'habitacle.

30 Plus particulièrement, on utilise directement les gaz chauds issus du deuxième étage de compression du compresseur (la vanne trois voies A effectue un « by-pass » de la sortie de l'étage intermédiaire de compression) qui sont injectés dans l'échangeur E2 via la conduite 60, 3025299 17 puis dans le premier circuit 46a via la conduite 48. Le premier organe de détente D1 est réglé en position complètement ouverte pour assurer le passage des gaz chauds dans la deuxième partie E12 de l'échangeur de face avant El (dégivrage de la deuxième partie E12). Les gaz chauds 5 sont ensuite amenés, via les conduites 38b, 38 et 30, au troisième organe de détente D3 qui est réglé en position de manière à assurer une détente de ces gaz chauds avant de pénétrer dans la première partie Ell de l'échangeur de face avant El qui fonctionne en mode évaporateur au contact de l'air extérieur. Les gaz basse pression sortant 10 de la première partie Ell de l'échangeur de face avant El rejoignent ensuite l'entrée du compresseur via les conduites 24, 26 et 26a. Pour permettre ce fonctionnement, la voie de la vanne 40 menant à la conduite 38a est fermée, le deuxième organe de détente D2 est réglé en position de fermeture afin d'empêcher toute alimentation de 15 l'échangeur E3, le premier organe de détente D1 est ouvert, la vanne 58 est fermée, la voie de la vanne 32 menant à la conduite 34 est fermée et la vanne 28 est ouverte. Le dégivrage de la première partie Ell de la boucle 80 est effectué conformément au mode de dégivrage de la boucle de 20 climatisation 20 illustré sur la figure 6a (décrit ci-dessus). Toutefois, le troisième organe de détente D3 présent en aval de la première partie Ell et illustré en pointillés sur la figure 6a est réglé en position complètement ouverte pour permettre la réaspiration des gaz chauds à l'entrée du deuxième étage de compression du compresseur via les 25 conduites 30 et 34. Ainsi, la boucle de climatisation 80 est configurable, grâce à son architecture, de manière à permettre le dégivrage complet de l'échangeur de face avant El en effectuant un dégivrage alternatif de ses deux parties E12 (mode de dégivrage de la figure 7) et Ell (mode 30 de dégivrage de la figure 6a). Ce mode de dégivrage procure également les mêmes avantages que ceux du mode de dégivrage partiel par rapport à un dégivrage en mode de conditionnement d'air.

Claims

REVENDICATIONS1. Boucle de climatisation (20 ; 80) pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation dans laquelle un fluide 5 frigorigène est apte à circuler, la boucle de climatisation comprenant : - un compresseur (C), - un échangeur thermique dit de face avant (El) qui est apte à assurer un échange thermique avec un flux d'air extérieur, caractérisée en ce que le compresseur est du type multi-étages 10 qui est apte à fonctionner suivant plusieurs états de fonctionnement, à savoir en utilisant tous les étages de compression en série ou en utilisant au moins un niveau de pression intermédiaire d'un étage intermédiaire de compression, l'échangeur de face avant (El) étant fractionné en un nombre n de parties (Ell, E12,... Eln) qui correspond 15 au nombre d'étages de compression du compresseur, la boucle de climatisation (20 ;80) étant apte à assurer plusieurs modes de fonctionnement en fonction de l'état de fonctionnement du compresseur et du niveau de pression de fluide dans chacune des parties de l'échangeur de face avant, à savoir un mode de conditionnement d'air, 20 au moins un mode de pompe à chaleur et au moins un mode de dégivrage.
2. Boucle de climatisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les différentes parties (Ell, E12,... Eln) de l'échangeur de face avant sont aptes chacune à fonctionner soit à un même niveau de 25 pression de fluide soit à des niveaux de pression de fluide différents en combinaison avec un des états de fonctionnement du compresseur.
3. Boucle de climatisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le mode de conditionnement d'air et ledit au moins un mode de dégivrage sont obtenus chacun pour un état de 30 fonctionnement donné du compresseur associé à des niveaux de pression de fluide différents dans les différentes parties (Ell, E12,... Eln) de l'échangeur de face avant (El). 3025299 19
4. Boucle de climatisation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, dans le mode de conditionnement d'air et dans un premier mode de dégivrage, l'état de fonctionnement du compresseur (C) fait intervenir au moins un niveau de pression intermédiaire d'un étage intermédiaire de compression.
5. Boucle de climatisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que, dans un deuxième mode de dégivrage, l'état de fonctionnement du compresseur (C) fait alternativement intervenir tous les étages de compression en série et au moins un niveau de pression intermédiaire d'un étage intermédiaire de compression.
6. Boucle de climatisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, dans un mode de pompe à chaleur, l'état de fonctionnement du compresseur (C) fait intervenir tous les étages de compression en série en combinaison avec un même niveau de pression de fluide dans les différentes parties de l'échangeur de face avant (E1).
7. Boucle de climatisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que, dans un premier mode de pompe à chaleur, le niveau de pression de fluide commun aux parties (Ell, E12,... Eln) de l'échangeur de face avant (El) est non nul.
8. Boucle de climatisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que, dans un deuxième mode de pompe à chaleur, le niveau de pression de fluide commun aux parties (Ell, E12,... Eln) de l'échangeur de face avant (El) est nul, rendant ainsi inactif ledit échangeur.
9. Boucle de climatisation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins deux échangeurs thermiques (E2, E3) qui sont aptes chacun à assurer un échange thermique avec un flux d'air intérieur destiné à être diffusé dans un habitacle de véhicule automobile, un premier (E3) desdits au moins deux échangeurs thermiques étant apte à être utilisé en tant qu'évaporateur pour refroidir le flux d'air intérieur, tandis qu'un deuxième échangeur thermique (E2) est apte à être utilisé pour chauffer le flux d'air intérieur. 3025299 20
10. Boucle de climatisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le premier échangeur thermique (E3) est apte à être utilisé comme évaporateur ou à être inactif et le deuxième échangeur thermique (E2) est apte à être utilisé pour chauffer ou à être inactif 5 selon le mode de fonctionnement de la boucle de climatisation.
11. Boucle de climatisation selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que le deuxième échangeur thermique (E2) est apte à être utilisé pour chauffer dans ledit au moins un mode de pompe à chaleur et dans ledit au moins un mode de dégivrage. 10
12. Boucle de climatisation selon les revendications 8 et 10, caractérisée en ce que, dans le deuxième mode de pompe à chaleur, le premier échangeur thermique (E3) est apte à être utilisé comme évaporateur et le deuxième échangeur thermique (E2) est apte à être utilisé pour chauffer tandis que l'échangeur de face avant (El) est 15 rendu inactif.
13. Boucle de climatisation selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la boucle de climatisation comprend des moyens de commutation (A) qui sont aptes à sélectionner, sur commande, l'un des états de fonctionnement du compresseur. 20
14. Boucle de climatisation selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le compresseur est du type bi-étagé.
15. Boucle de climatisation selon les revendications 13 et 14, caractérisée en ce que les moyens de commutation comprennent une vanne trois voies (A). 25
16. Boucle de climatisation selon les revendications 4 et 14, caractérisée en ce que, dans le premier mode de dégivrage, la boucle de climatisation est configurée pour injecter, dans l'une (E11) des deux parties de l'échangeur de face avant (El), les gaz chauds issus de l'étage intermédiaire de compression à un niveau de pression 30 intermédiaire avant de les réinjecter à l'entrée du deuxième étage de compression du compresseur.
17. Boucle de climatisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que la boucle de climatisation est configurée pour 3025299 21 assurer la détente des gaz chauds issus du deuxième étage de compression au niveau de pression final en vue de leur évaporation dans l'autre partie (E12) de l'échangeur de face avant (El).
18. Boucle de climatisation selon la revendication 16 ou 17, 5 caractérisée en ce que les deux parties (Ell, E12) de l'échangeur de face avant (El) sont imbriquées au moins partiellement l'une dans l'autre de manière à former une alternance de tubes (ti, tb) dans lesquels le fluide est apte à circuler à des niveaux de pression différents. 10
19. Boucle de climatisation selon la revendication 5 et selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisée en ce que, dans le deuxième mode de dégivrage, la boucle de climatisation est configurée pour injecter, sur commande, soit dans une première (E11) des deux parties de l'échangeur de face avant (El), les gaz chauds issus de l'étage 15 intermédiaire de compression à un niveau de pression intermédiaire, soit dans une deuxième partie (E12) de l'échangeur de face avant (El) les gaz chauds issus du deuxième étage de compression au niveau de pression final.
20. Boucle de climatisation selon la revendication 19, 20 caractérisée en ce que la boucle de climatisation comprend un organe de détente (D3) qui est apte à occuper, sur commande, une position parmi deux positions, à savoir, d'une part, une position dite de non-détente dans laquelle l'organe de détente (D3) est apte à laisser passer sans détente, dans un premier sens de circulation des gaz, en aval de la 25 première partie (E11) de l'échangeur de face avant (El), les gaz chauds issus de l'étage intermédiaire de compression et qui ont été préalablement injectés dans ladite première partie (E11) et, d'autre part, une autre position dite de détente dans laquelle l'organe de détente (D3) est apte à assurer, dans un deuxième sens de circulation 30 des gaz, en amont de la première partie (E11) de l'échangeur de face avant (El) et en aval de la deuxième partie (E12), une détente des gaz chauds issus du deuxième étage de compression et qui ont été préalablement injectés dans ladite deuxième partie (E12). 3025299 22
21. Boucle de climatisation selon la revendication 10 et selon l'une des revendications 16 à 20, caractérisée en ce que la boucle de climatisation est configurée pour injecter en amont des deux parties (Ell, E12) de l'échangeur de face avant (El), dans le deuxième 5 échangeur thermique (E2), les gaz chauds issus du deuxième étage de compression au niveau de pression final, le premier échangeur (E3) étant inactif.