FR3043762A1 - Systeme de pompe a chaleur avec valve d'expansion electrique pour un controle ameliore de l'humidite dans un habitacle - Google Patents

Abstract

Un circuit de circulation de fluide reliant un compresseur (2) à un condenseur (4) et le condenseur (4) à un évapo-condenseur (1) et à un évaporateur (3), puis l'évapo-condenseur (1) et l'évaporateur (3) au compresseur (2). La sortie du condenseur (4) est reliée respectivement aux entrées de l'évapo-condenseur (1) et de l'évaporateur (3) par l'intermédiaire d'un premier moyen (11, 12) de détente du fluide. Les sorties de l'évapo-condenseur (1) et de l'évaporateur (3) sont reliées chacune au compresseur par l'intermédiaire d'un second moyen (13, 14) de détente du fluide. Le circuit de circulation de fluide est configuré pour former deux branches distinctes de façon à autoriser deux modes de fonctionnement distincts, pour lesquels les l'évapo-condenseur (1) et l'évaporateur (3) sont placés respectivement en série ou en parallèle dans le circuit.

Description

Système de pompe à chaleur avec valve d’expansion électrique pour un contrôle amélioré de l’humidité dans un habitacle

DOMAINE DE L INVENTION L’invention se rapporte au domaine général des dispositifs de climatisation. Il concerne plus particulièrement les systèmes de climatisation équipant les habitacles de véhicules, de véhicules automobiles notamment.

CONTEXTE DE L INVENTION - ART ANTERIEUR

Quand on conçoit des systèmes de conditionnement thermique d’air, plus particulièrement de climatisation, il est connu qu’un des problèmes posés par une telle installation consiste dans le contrôle de l’humidité dont est chargé l’air circulant à l’intérieur de l’enceinte soumise à ce conditionnement.

Dans le cadre d’un habitacle de véhicule, assurer une bonne élimination de l’humidité est une fonction importante, dans la mesure où, la présence d’un taux d’humidité trop important dans l’air ambiant induit une sensation désagréable auprès des occupants du véhicule et peut en outre entraîner des phénomènes de condensation, de buée, sur les parois de l’habitacle notamment au niveau des surfaces vitrées qui perdent alors leur transparence. L’humidité non évacuée doit alors être dissipée en faisant fonctionner les dispositifs de ventilation du véhicule à un régime élevé, régime pour lequel ils sont par nature plus bruyants. S’agissant d’un système de conditionnement d’air équipant l’habitacle d’un véhicule automobile, l’évacuation de cette humidité est dévolue normalement à un élément évaporateur à travers lequel passe l’air circulant dans l’habitacle et dont le rôle principal consiste à abaisser la température de l’air qui le traverse de façon à provoquer la condensation de la vapeur d’eau qu’il transporte, l’abaissement de la température de l’air permettant par ailleurs de récupérer de l’énergie calorifique qui est transférée au fluide caloporteur qui circule dans le circuit de fluide de l’installation.

Les systèmes actuellement sur le marché réalisant le conditionnement de l’air d’un habitacle de véhicule, sont des systèmes de climatisation de type réversible qui permettent aussi bien, par temps chaud, de rafraîchir l’air circulant dans l’habitacle et, par temps froid, de réchauffer l’habitacle, la finalité du système étant de maintenir, dans toute la mesure du possible, la température dans l’habitacle à une valeur de consigne fixée tout en maintenant l’humidité de l’air ambiant en dessous d’un taux maximum donné au-delà duquel il peut se former de la buée dans l’habitacle.

Les systèmes de conditionnement d’air couramment mis en place sur certains véhicules automobiles actuels présentent une architecture dite « série >> globalement semblable à celle illustrée schématiquement par la figure 1.

Cette architecture comporte principalement un bloc de conditionnement 9 ou HVAC (Heat Ventilation Air Conditioning System) selon la terminologie anglo-saxonne, mise en place au niveau de l’habitacle du véhicule et à travers lequel circule l’air de l’habitacle, ainsi qu’un compresseur 2 et qu’un échangeur de chaleur 1, ou évapo-condenseur, remplissant la fonction d’évaporateur ou de condenseur.

Le bloc 9 est chargé du conditionnement (chauffage, climatisation et déshumidification) de l’air de l’habitacle. Il comporte lui-même un évaporateur 3, principalement chargé de la déshumidification de l’air circulant dans l’habitacle, ainsi qu’un condenseur 4 et qu’un jeu de conduits d’air, équipé d’un clapet 8, permettant de faire circuler l’air ayant traversé l’évaporateur 3 dans l’habitacle, directement ou après avoir traversé le condenseur 4 et s’être ainsi réchauffé.

Les différents éléments constituant le système de conditionnement d’air sont raccordés à un circuit de circulation d’un fluide caloporteur 21, de telle façon que le fluide comprimé par le compresseur 2 circule à travers le condenseur 4 puis à travers l’élément évapo-condenseur 1, puis enfin à travers l’évaporateur 3 pour finalement retourner vers le compresseur 2.

Le circuit de circulation comporte en outre un premier détendeur 11 placé dans le circuit entre le condenseur 4 et l’évapo-condenseur 1 ainsi qu’un deuxième détendeur 10 placé dans le circuit entre l’évapo-condenseur 1 et l’évaporateur 3 du bloc de conditionnement 9. A cet effet, l’entrée du compresseur 2 est reliée à la sortie de l’évaporateur 3 du bloc de conditionnement 9 et sa sortie est reliée à l’entrée du condenseur 4 du même bloc 9. L’entrée de l’évaporateur 3 est par ailleurs reliée à la sortie de l’évapo-condenseur 1 par l’intermédiaire d’un premier détendeur 10, préférentiellement un détendeur à détente variable, ou EXV ( pour Electrical Expansion Valve) selon la terminologie anglo-saxonne, tandis que l’entrée de l’élément 1 est reliée à la sortie du condenseur 4 du bloc de conditionnement 9 par l’intermédiaire d’un second détendeur 11.

Le circuit de circulation du fluide caloporteur comporte en outre généralement une branche 22 de dérivation de fluide comportant une valve 13a permettant de laisser le fluide circuler dans la branche de dérivation ou, au contraire d’empêcher son passage. Cette branche de dérivation 22 permet de faire circuler le fluide caloporteur directement de la sortie de l’évapo-condenseur 1 à l’entrée du compresseur 2, via un accumulateur 6 dont la fonction principale consiste à retenir la phase liquide du fluide de refroidissement de façon à ne faire pénétrer dans le compresseur 2 que du fluide en phase gazeuse. D’un point de vue fonctionnel, une telle architecture connue permet un fonctionnement réversible, soit en mode chauffage, soit en mode climatisation, de sorte qu’il est généralement possible d’obtenir dans l’habitacle une température d’ambiance choisie, indépendamment de la température régnant à l’extérieur du véhicule. A cet effet, pour atteindre la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle tout en empêchant la formation de buée à l’intérieur de ce même habitacle, on dispose des possibilités d’action suivantes : - agir sur vitesse de rotation du compresseur 2 de façon à augmenter ou diminuer la pression (et la température) du fluide caloporteur en sortie de celui-ci ; - mélanger, dans des proportions variables, de l’air chaud délivré par le condenseur 4 à de l’air plus frais prélevé au niveau du bloc de conditionnement 9, le mélange étant opéré en actionnant des volets 8 régulant la circulation d’air dans le bloc 9 ; - faire varier le niveau d’évaporation de l’évapo-condenseur 1 et de l’évaporateur 3, en faisant varier le niveau de détente du fluide caloporteur grâce aux deux détendeurs à détente variable 11 et 10, disposés respectivement en amont et en aval de l’évapo-condenseur 1.

Cependant, dans une telle architecture, l’évapo-condenseur 1 est placé en série avec l’évaporateur 3 du bloc de conditionnement 9 dans un circuit de circulation de fluide unique, ce qui limite les possibilités de régulation du système du fait des conditions de fonctionnement que requiert l’évaporateur 3 pour assurer la fonction de déshumidification de manière satisfaisante.

En effet dans une telle architecture, comme l’illustre le diagramme de Mollier de la figure 2, la pression de fonctionnement 51 de l’évapo-condenseur 1 est nécessairement supérieure à la pression de fonctionnement 52 de l’évaporateur 3 du bloc de conditionnement 9.

Or, le fait que la pression de fonctionnement de l’évaporateur 3 soit le plus basse peut, sous certaines conditions atmosphériques (conditions de température extérieure basse, pour lesquelles le système de conditionnement fonctionne en mode « chauffage >> notamment) peut conduire à un phénomène de givrage sur la paroi de l’évaporateur 3, l’énergie soutirée à l’air provenant de l’intérieur de l’habitacle amenant cet air à une température pour laquelle la vapeur d’eau qu’il contient se transforme en givre.

Ainsi, pour éviter la formation de givre tout en garantissant un désembuage efficace, il est nécessaire que la pression et la température du fluide caloporteur à l’entrée de l’évaporateur 3 soient telles que l’évaporation du fluide amène la température de l’air traversant l’évaporateur à une valeur située entre une température de condensation permettant de désembuer l’air et une température de givrage à ne pas atteindre.

Cependant la satisfaction d’une telle contrainte peut nécessiter de limiter la chute de pression imposée au fluide à l’entrée de l’évapo-condenseur 1, ce qui limite la quantité d’énergie calorifique soutirée par l’évapo-condenseur 1 à l’air extérieur 16 et transférée au fluide caloporteur.

Par suite, l’énergie correspondant à l’énergie calorifique soutirée à l’air extérieur 16 par l’évapo-condenseur 1, à laquelle vient s’ajouter celle fournie par le compresseur 2, et qui est restituée à l’air circulant dans l’habitacle au niveau du condenseur 4 du bloc de conditionnement 9, est limitée par les exigences de fonctionnement de l’évaporateur 3, de sorte que, dans certaines circonstances (température extérieure basse), la température de l’air fournie par le bloc de conditionnement 9 (HVAC) à l’habitacle peut ne pas atteindre la température souhaitée.

Dans une telle circonstance, pour atteindre la température demandée, on doit avoir recours à la mise en service d’un dispositif de chauffage additionnel 5, une résistance électrique par exemple, pour fournir un apport d’énergie calorifique complémentaire. Cet apport d’énergie se traduit cependant par une dépense énergétique supplémentaire qui diminue le rendement total du système.

Il existe ainsi des conditions climatiques pour lesquelles les systèmes de conditionnement d’air présentant une structure telle que celle décrite précédemment ne sont pas en mesure de répondre de manière entièrement satisfaisante à une consigne de température donnée tout en assurant la déshumidification de l’air circulant dans l’habitacle et par suite le désembuage des parois et des surfaces vitrées dudit habitacle.

PRESENTA TION DE L INVENTION

Un but de l’invention est de proposer une architecture alternative à l’architecture connue décrite précédemment, ayant pour objet de remplir les mêmes fonctions de conditionnement (chauffage, climatisation et déshumidification) que l’architecture connue, mais capable de fonctionner de manière plus satisfaisante, c’est-à-dire de maintenir une température de consigne demandée tout en assurant le désembuage de l’air circulant dans l’habitacle considéré et ce, pour une plage de température d’air extérieur plus vaste. A cet effet l’invention a pour objet un circuit de circulation de fluide caloporteur pour relier un compresseur à un condenseur et ledit condenseur à un évapo-condenseur et à un évaporateur, puis l’évapo-condenseur et l’évaporateur audit compresseur. Le circuit selon l’invention comporte deux branches de circulation distinctes, une première branche reliant la sortie du condenseur à l’évapo-condenseur et une seconde branche reliant la sortie du condenseur à l’évaporateur. Ledit circuit comportant en outre des moyens d’obturation commandables, permettant de laisser le fluide caloporteur circuler dans l’une ou l’autre des branches ou d’interrompre la circulation de fluide caloporteur dans ces mêmes branches, lesdits moyens d’obturation étant agencés de telle façon que le circuit de circulation de fluide puisse adopter deux modes de fonctionnement distincts, un premier mode de fonctionnement pour lequel l’évapo-condenseur et l’évaporateur sont placés en série dans le circuit et un deuxième mode de fonctionnement pour lequel l’évapo-condenseur et l’évaporateur sont placés en parallèle.

Selon diverses dispositions pouvant être considérées seules ou en combinaisons, le circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’invention peut présenter les caractéristiques mentionnées ci-après.

Le circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’invention, comporte une branche de dérivation de la première branche, permettant de relier la sortie de l’évapo-condenseur à l’entrée du compresseur et des moyens d’obturation commandables permettant de laisser le fluide caloporteur circuler dans la branche de dérivation ou d’interrompre la circulation de fluide caloporteur dans cette même branche.

Les moyens d’obturation commandables permettent de laisser le fluide caloporteur circuler dans l’une ou l’autre des branches du circuit de circulation de fluide selon l’invention, ou d’interrompre la circulation de fluide caloporteur dans ces mêmes branches, sont constitués par des détendeurs configurés pour agir, sur commande, comme des valves (également appelées vannes).

Le circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’invention comporte un accumulateur placé à l’entrée du compresseur : - la première branche de circulation relie la sortie de l’évapo-condenseur à l’entrée de l’évaporateur via une première valve et un premier détendeur et relie la sortie du condenseur à l’entrée de l’évapo-condenseur via un deuxième détendeur ; - la seconde branche de circulation relie la sortie du condenseur à l’entrée de l’évaporateur via un troisième détendeur et une deuxième valve ; - la branche de dérivation relie la sortie l’évapo-condenseur à l’entrée de l’accumulateur via une troisième valve ; la sortie de l’évaporateur étant reliée à l’entrée de l’accumulateur via une quatrième valve.

Le circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’invention comporte un troisième et un quatrième détendeur, placé respectivement entre la sortie de la troisième valve et l’entrée de l’accumulateur et entre la sortie de l’évaporateur et l’entrée de la quatrième valve.

Le condenseur du circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’invention comporte un condenseur à échanges fluide caloporteur/eau dont le circuit de circulation d’eau est relié à un échangeur air/eau et à une pompe de circulation d’eau. L’évapo-condenseur du circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’invention comporte un échangeur de chaleur fluide caloporteur/eau dont le circuit de circulation d’eau est relié à un échangeur air/eau et à une pompe de circulation d’eau. L’invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre du circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’invention dans lequel ledit circuit est configuré pour fonctionner selon l’un ou l’autre des modes de fonctionnement suivants : - un premier mode de fonctionnement durant lequel le réalise une fonction de « climatisation >> pour laquelle le passage d’air à travers le condenseur est obturé et l’évapo-condenseur agit alors comme un condenseur, l’évaporateur étant alors le seul évaporateur du dispositif ; - un deuxième mode de fonctionnement durant lequel le système réalise une fonction de « chauffage >>, pour laquelle le passage d’air à travers le condenseur est totalement ouvert, l’évapo-condenseur agissant alors comme un évaporateur ; - un troisième mode de fonctionnement durant lequel le système réalise une fonction de déshumidification adaptée à une température élevée de l’air extérieur, le passage d’air à travers le condenseur étant au moins partiellement ouvert et l’évapo-condenseur agissant alors comme un évaporateur, de manière indépendante de l’évaporateur le deuxième et le quatrième détendeur étant commandés de telle façon que la pression de fonctionnement de l’évaporateur soit inférieure à celle de l’évapo-condenseur; - un quatrième mode de fonctionnement durant lequel le système réalise une fonction de déshumidification adaptée à une température basse de l’air extérieur, le passage d’air à travers le condenseur étant au moins partiellement ouvert et l’évapo-condenseur agissant alors comme un évaporateur, de manière indépendante de l’évaporateur, le deuxième et le quatrième détendeur étant commandés de telle façon que la pression de fonctionnement de l’évaporateur soit supérieure à celle de l’évapo-condenseur. L’invention a également pour objet un système de conditionnement d’air pour véhicule automobile, comportant un circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’invention, ainsi qu’un véhicule automobile comportant un tel système de conditionnement d’air, configuré pour réaliser le conditionnement de l’habitacle dudit véhicule.

DESCRIPTION DES FIGURES

Les caractéristiques et avantages de l’invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui s’appuie sur les figures annexées qui présentent : - la figure 1, une représentation schématique de l’architecture d’un système de conditionnement d’air connue de l’art antérieur ; - la figure 2, un diagramme de Mollier illustrant le principe de fonctionnement de l’architecture de la figure 1 et les inconvénients engendrés par l’utilisation d’une telle structure ; - la figure 3, une représentation schématique de l’architecture selon l’invention ; - les figures 4 à 11, des représentations schématiques illustrant les différents modes de fonctionnement que peut adopter un système de conditionnement d’air conforme à l’architecture selon l’invention ; - la figure 12, une représentation schématique d’une variante de mise en oeuvre de l’architecture selon l’invention.

Il est à noter que, sur les différentes figures, un même élément fonctionnel porte préférentiellement le même repère de référence

DESCRIPTION DETAILLEE

La description qui suit a pour objet de mettre en évidence les caractéristiques techniques de la structure selon l’invention et les effets avantageux que l’on peut en attendre. C’est pourquoi tous les éléments que peut comporter un système de conditionnement d’air d’un véhicule qui n’ont pas un rôle fonctionnel en relation directe avec l’invention et dont la description n’ajoute rien à la définition ni à la compréhension de l’invention, ne sont pas systématiquement mentionnés dans la description qui suit et ce, sans préjudice du fait que la structure selon l’invention puisse comporter ou non ces éléments non expressément décrit.

Par ailleurs pour des raisons de clarté de la description, les éléments fonctionnels constituant cette architecture sont présentés au travers d’élément matériel, de composant, pris comme exemple de moyens pouvant remplir les fonctions considérées. Il est cependant entendu ici que l’objet de l’invention consiste en la combinaison d’éléments fonctionnels et structurels et ne se limite pas au simple exemple de mise en oeuvre décrit ici.

Comme l’illustre la figure 3, l’architecture selon l’invention diffère de l’architecture de l’art antérieur illustré par la figure 1, à la fois par les moyens fonctionnels mis en oeuvre et par l’agencement de ces différents moyens. L’architecture selon l’invention comporte, à la différence de l’architecture selon l’art antérieur telle qu’illustrée par la figure 1, un circuit de circulation de fluide qui présente une première branche 21, semblable au circuit de circulation de fluide de la figure 1, ainsi qu’une seconde branche 23 qui permet au fluide de s’écouler de la sortie du condenseur 4 du bloc de conditionnement 9 vers l’entrée de l’évaporateur 3 sans passer par l’évapo-condenseur 1. L’architecture selon l’invention comporte également des moyens lui permettant d’adopter soit un mode de fonctionnement pour lequel l’évaporateur 3 et à l’évapo-condenseur 1 sont agencés en série, comme dans le cas de l’architecture de la figure 1, de sorte que leurs conditions de fonctionnement, en termes de pression, sont interdépendantes, soit un mode de fonctionnement pour lequel l’évaporateur 3 et l’évapo-condenseur 1 sont agencés en parallèle et fonctionnent dans des conditions de pression indépendantes. L’architecture selon l’invention comporte ainsi, outre les éléments déjà présents dans l’architecture de la figure 1, un troisième détendeur 14 inséré dans la première branche 21 du circuit de circulation du fluide caloporteur, à la sortie de l’évaporateur 3, ainsi qu’un quatrième détendeur 12 placé dans la seconde branche 23 du circuit de circulation de fluide caloporteur, entre le condenseur 4 et l’évaporateur 3.

Elle comporte également un cinquième détendeur 13 placé entre la sortie de l’évapo-condenseur 1 et l’entrée de l’accumulateur 6.

Elle comporte encore des moyens d’obturation 10a, 14a, 12a et 13a permettant respectivement, sur commande, d’empêcher toute circulation de fluide, dans la portion de la première branche 21 du circuit de circulation de fluide dans laquelle sont placés l’évaporateur 3 et le premier détendeur 10, dans la seconde branche 23 du circuit de circulation, ou encore dans branche de dérivation 22 dans laquelle est placé le cinquième détendeur 13.

Ces moyens sont par exemple constitués, comme illustré sur la figure 3, par des valves commandables disposées dans les portions de circuits considérées.

Alternativement tout ou partie de ces moyens d’obturation peuvent être intégrés dans des éléments commandables remplissant à la fois la fonction de détendeur à détente variable et la fonction de valve, des éléments de type EXV par exemple.

Ainsi grâce à ces moyens d’obturation et aux détendeurs 10, 11, 12, 13 et 14 disposés dans la première et la seconde branches, 21 et 23, du circuit de circulation de fluide, un système de conditionnement conforme à l’architecture selon l’invention peut adopter différents modes de fonctionnement, outre un mode de fonctionnement identique à celui adopté par les systèmes de conditionnement connus de l’art antérieur et reproduisant l’architecture illustrée par la figure 1. Les figures 4 à 11 illustrent ces différents modes de fonctionnement. Néanmoins il est à noter qu’en fonction du mode de fonctionnement considéré, il peut être nécessaire que certains des détendeurs mis en oeuvre soient des détendeurs à détente variable sur commande. C’est pourquoi dans une forme préférée de mise en oeuvre de l’architecture selon l’invention le troisième et le cinquième détendeur, 14 et 13, sont des détendeurs à détente variable, le premier, le deuxième et le quatrième détendeur, 10, 11 et 12 pouvant être des détendeurs à détente fixe (orifices tubes) ou à détente variable.

Les figures 4 et 5 illustrent un premier mode de fonctionnement que peut adopter un système de conditionnement conforme à l’architecture selon l’invention.

Comme on peut le constater sur l’illustration de la figure 4, dans ce premier mode de fonctionnement le système selon l’invention est configuré pour rafraîchir l’air circulant dans l’habitacle. A cet effet, la seconde branche 23 du circuit de circulation ainsi que la branche de dérivation 22 permettant la circulation du fluide caloporteur dans le cinquième détendeur 13, sont coupés. La coupure est par exemple réalisée en commandant la fermeture des valves 12a et 13a. A cet effet également, aucune détente n’est opérée entre la sortie du condenseur 4 du bloc de conditionnement 9 et l’entrée de l’évapo-condenseur 1, ni entre la sortie de l’évaporateur 3 du bloc de conditionnement 9 et l’entrée de l’accumulateur 6.

Dans le cas où les détendeurs 11 et 14 sont des détendeurs à détente variable, ils sont commandés de façon à n’opérer aucune détente du fluide qui les traverse (ouverture maximale). Si tel n’est pas le cas, le système de conditionnement peut comporter des moyens de dérivation permettant de déconnecter, sur commande, les détendeurs 11 et 14 de la première branche 21 du circuit de circulation de fluide. A cet effet également, toute circulation de l’air de l’habitacle à travers le condenseur 4 est empêchée de sorte que l’air de l’habitacle ne subit que l’action de rafraîchissement opérée par l’évaporateur 3. Pour ce faire, on obture le passage d’air au moyen du volet 8.

Dans une telle configuration, comme l’illustre le diagramme de Mollier de la figure 5, le condenseur 4 ne produit aucune action de condensation et n’intervient pas dans le fonctionnement du système. L’évapo-condenseur 1, directement traversé par un fluide comprimé n’ayant subi aucune détente, est à une pression de fonctionnement 51 imposée par le compresseur et se comporte en condenseur. Il restitue l’énergie calorifique emmagasinée par le fluide au milieu extérieur.

Le fluide condensé est ensuite détendu au niveau du détendeur 10 de telle sorte que la pression de fonctionnement 52 de l’évaporateur 3 permette la vaporisation du fluide caloporteur. L’énergie calorifique nécessaire à la vaporisation du fluide caloporteur étant extraite de l’air 15 entrant dans le bloc de conditionnement 9 et traversant l’évaporateur 3 ce dernier se refroidit ce qui a pour effet d’abaisser la température à l’intérieur de l’habitacle.

Les figures 6 et 7 illustrent un deuxième mode de fonctionnement possible que peut adopter un système de conditionnement conforme à l’architecture selon l’invention.

Comme on peut le constater sur l’illustration de la figure 6, dans ce deuxième mode de fonctionnement le système selon l’invention est configuré pour réchauffer l’air circulant dans l’habitacle. A cet effet, la seconde branche 23 du circuit de circulation ainsi que la partie de la première branche 21 du circuit permettant la circulation du fluide caloporteur dans le premier détendeur 10 et dans l’évaporateur 3 sont coupées, par exemple en fermant les valves 10a, 12a et 14a comme illustré par la figure 6. A cet effet également, aucune détente n’est opérée entre la sortie de l’évapo-condenseur 1 et l’entrée du compresseur 2, le cinquième détendeur 13 étant par exemple configuré en mode passant. A cet effet également, on positionne le volet 8 de telle façon que la totalité de l’air 15 entrant dans le bloc de conditionnement 9 de l’habitacle traverse le condenseur 4 et se réchauffe au contact de ses parois.

Dans une telle configuration, l’évaporateur 3 se trouve fonctionnellement déconnecté du circuit de circulation du fluide caloporteur, de sorte qu’il n’intervient pas dans le fonctionnement du système, comme l’illustre le diagramme de Mollier de la figure 7.

En revanche la variation de pression que subit le fluide, sous l’action du second détendeur 11, avant son passage dans l’évapo-condenseur 1, induit son évaporation dans l’évapo-condenseur 1, ce dernier fonctionnant alors en évaporateur à une pression de fonctionnement 71 donnée, comme l’illustre la figure 7.

La pression de fonctionnement 71 est ici déterminée de telle façon que l’énergie calorifique prélevée sur l’air extérieure traversant l’évapo-condenseur 1 soit suffisante pour occasionner un réchauffement de l’air de l’habitacle au travers du condenseur 4 permettant de porter l’habitacle à une température de confort.

On rappelle ici que, de manière connue, l’énergie calorifique transférée à l’air de l’habitacle par le condenseur 4 est égale à l’énergie calorifique prélevée dans l’air extérieur 16 traversant l’évapo-condenseur 1 ajoutée à l’énergie calorifique transférée par le compresseur 2 au fluide caloporteur, énergie qui correspond, au rendement près, à l’énergie électrique ou mécanique consommée par le compresseur.

Les figures 8 à 11 illustrent deux autres modes de fonctionnement possible que peut adopter un système de conditionnement conforme à l’architecture selon l’invention. Ces deux modes de fonctionnement ont pour fonction de réaliser une déshumidification satisfaisante de l’air circulant dans l’habitacle.

Par déshumidification satisfaisante, on entend ici une déshumidification qui permet d’éviter la formation de buée sur les parois de l’habitacle compte tenu de l’écart de température pouvant exister entre l’air à l’intérieur de l’habitacle et la température des parois, ces parois étant quant à elles soumises plus ou moins directement aux conditions extérieures de température. A cet effet, la seconde branche 23 du circuit de circulation est mise en fonctionnement, en ouvrant la valve 12a par exemple, tandis que la partie de la première branche du circuit de circulation de fluide qui permet la circulation du fluide caloporteur dans le premier détendeur 10 et dans l’évaporateur 3 est coupée, par exemple en fermant les valves 10a, comme illustré par les figures 8 et 10.

De même, le condenseur 4 est également mis en service.

Avantageusement la présence des détendeurs 13 et 14, placés respectivement en aval l’évapo-condenseur 1 et de l’évaporateur 3 permet d’équilibrer les pressions du liquide caloporteur après son passage dans ces deux éléments de telle sorte qu’il est possible de déterminer la pression optimale de fonctionnement de chacun de ces éléments de manière indépendante pour chaque élément.

Les figures 8 et 9 illustrent un troisième mode de fonctionnement, dans lequel le système de conditionnement selon l’invention est configuré pour assurer une déshumidification satisfaisante lorsque la température extérieure reste relativement tempérée, typiquement entre 10 °C et 20 °C.

Dans ce mode de fonctionnement, comme l’illustre le diagramme de Mollier de la figure 9, la pression 92 de fonctionnement de l’évaporateur 3 est inférieure à la pression 91 de fonctionnement de l’évapo-condenseur 1.

Cet écart de pression est annulé par la mise en fonctionnement du détendeur 13 qui ramène la pression du fluide caloporteur ayant traversé l’évapo-condenseur 1 à la valeur de pression du fluide caloporteur en sortie de l’évaporateur 3 ; le détendeur 14 ne produisant quant à lui aucune détente.

Les figures 10 et 11 illustrent un quatrième mode de fonctionnement dans lequel le système de conditionnement selon l’invention est configuré pour assurer une déshumidification satisfaisante lorsque la température extérieure est inférieure à une dizaine de degrés, typiquement entre 5 °C et 10 °C.

Dans ce mode de fonctionnement, comme l’illustre le diagramme de Mollier de la figure 11, la pression 112 de fonctionnement de l’évaporateur 3 est supérieure à la pression 111 de fonctionnement de l’évapo-condenseur 1.

Cet écart de pression est annulé par la mise en fonctionnement du détendeur 14 qui ramène la pression du fluide caloporteur ayant traversé l’évaporateur 3 à la valeur de pression du fluide caloporteur en sortie de l’évapo-condenseur 1 ; le détendeur 13 ne produisant quant à lui aucune détente.

La figure 12 illustre une variante de réalisation de l’architecture selon l’invention.

Cette variante de réalisation a pour objet de limiter la longueur des branches 21 et 23 du circuit de circulation du fluide caloporteur à l’intérieur du véhicule dans lequel un système de conditionnement d’air selon l’invention est destiné à être installé. A cet effet l’architecture décrite précédemment est modifiée de façon à raccourcir le trajet du fluide caloporteur entre le condenseur 4 du bloc de conditionnement 9 et l’évapo-condenseur 1 ainsi que le trajet du même fluide entre l’évapo-condenseur 1 et le compresseur 2.

Pour ce faire, le condenseur 4 et l’évapo-condenseur 1 ne sont plus des échangeurs à air, mais des échangeurs à liquide, le liquide utilisé, de l’eau glycolée ou de l’huile par exemple, étant choisi pour son coût modéré et ses qualités de transport d’énergie calorifique.

Ainsi le condenseur 4 à échanges air/fluide décrit précédemment est ici remplacé par un condenseur 4a à échanges liquide/fluide placé à proximité du compresseur 2. Le condenseur 4a est relié à un échangeur thermique à circulation de liquide 4 b intégré au bloc de conditionnement 9 par un circuit de circulation de liquide intégrant une pompe de circulation 4c et de manière optionnelle, un élément de chauffage 4d.

De même, l’évapo-condenseur 1 à échanges air/fluide est ici remplacé par un évapo-condenseur 1a à échanges liquide/fluide également placé à proximité du compresseur 2. Il est relié à un échangeur thermique à circulation de liquide 1 b par un circuit de circulation de liquide intégrant une pompe de circulation 1c, l’échangeur 1 b étant placé dans le véhicule de façon à être en contact direct avec l’air extérieur 16.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Circuit de circulation de fluide caloporteur pour relier un compresseur (2) à un condenseur (4) et ledit condenseur (4) à un évapo-condenseur (1) et à un évaporateur (3), puis l’évapo-condenseur (1) et l’évaporateur (3) audit compresseur (2), caractérisé en ce qu’il comporte deux branches de circulation distinctes une première branche (21) reliant la sortie du condenseur (4) à l’évapo-condenseur (1) et une seconde branche (23) reliant la sortie du condenseur (4) à l’évaporàteur (3) ledit circuit comportant en outre des moyens d’obturation commandables (10a, 12a, 13a), permettant de laisser le fluide caloporteur circuler dans l’une ou l’autre des branches ou d’interrompre la circulation de fluide caloporteur dans ces mêmes branches, lesdits moyens d’obturation étant agencés de telle façon que le circuit de circulation de fluide puisse adopter deux modes de fonctionnement distincts, un premier mode de fonctionnement pour lequel les deux dispositifs évaporateurs (1, 3) sont placés en série dans le circuit de circulation de fluide caloporteur et un deuxième mode de fonctionnement pour lequel les deux dispositifs évaporateurs (1, 3) sont placés en parallèle.
2. 2. Circuit de circulation de fluide caloporteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une branche de dérivation (22) de la première branche (21) permettant de relier la sortie de l’évapo-condenseur à l’entrée du compresseur (2) et des moyens d’obturation commandables (13a) permettant de laisser le fluide caloporteur circuler dans la branche de dérivation (22) ou d’interrompre la circulation de fluide caloporteur dans cette même branche.
3. 3. Circuit de circulation de fluide caloporteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d’obturation commandables permettant de laisser le fluide caloporteur circuler dans l’une ou l’autre des branches (21, 22, 23) ou d’interrompre la circulation de fluide caloporteur dans ces mêmes branches sont constitués par des détendeurs (10, 12, 13, 14) configurés pour agir, sur commande, comme des valves.
4. 4. Circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que, un accumulateur (6) étant placé à l’entrée du compresseur (2) : - la première branche de circulation (21) relie la sortie de l’évapo-condenseur (1) à l’entrée de l’évaporateur (3) via une première valve (10a) et un premier détendeur (10) et relie la sortie du condenseur (4) à l’entrée de l’évapo-condenseur (1) via un deuxième détendeur (11) ; - la seconde branche de circulation (23) relie la sortie du condenseur (4) à l’entrée de l’évaporateur (3) via un troisième détendeur (12) et une deuxième valve (12a) ; - la branche de dérivation (22) relie la sortie de l’évapo-condenseur (1) à l’entrée de l’accumulateur (6) via une troisième valve (13a) ; la sortie de l’évaporateur (3) étant reliée à l’entrée de l’accumulateur (6) via une quatrième valve (14a).
5. 5. Circuit de circulation de fluide caloporteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’il comporte un troisième (13) et un quatrième (14) détendeurs, placés respectivement entre la sortie de la troisième valve (13a) et l’entrée de l’accumulateur et entre la sortie de l’évaporateur (3) et l’entrée de la quatrième valve (14a).
6. 6. Circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le condenseur (4) comporte un condenseur (4a) à échanges fluide caloporteur/eau dont le circuit de circulation d’eau est relié à un échangeur air/eau (4 b) et à une pompe de circulation d’eau (4c).
7. 7. Circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’évapo-condenseur (1) comporte un échangeur de chaleur fluide caloporteur/eau (1a) dont le circuit de circulation d’eau est relié à un échangeur air/eau (1 b) et à une pompe de circulation d’eau (1c).
8. 8. Système de conditionnement d’air pour véhicule automobile, comportant un circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’une des revendications 1 à 7.
9. 9. Véhicule automobile comportant un système de conditionnement d’air selon la revendication 8, configuré pour réaliser le conditionnement de l’habitacle dudit véhicule.
10. 10. Procédé de mise en oeuvre du circuit de circulation de fluide caloporteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit système est configuré pour fonctionner selon l’un ou l’autre des modes de fonctionnement suivants : - un premier mode de fonctionnement durant lequel le réalise une fonction de « climatisation » pour laquelle le passage d’air à travers le condenseur (4) est obturé et l’évapo-condenseur (1) agit alors comme un condenseur, l’évaporateur (3) étant alors le seul évaporateur du dispositif ; - un deuxième mode de fonctionnement durant lequel le système réalise une fonction de « chauffage », pour laquelle le passage d’air à travers le condenseur (4) est totalement ouvert, l’évapo-condenseur (1) agissant alors comme un évaporateur ; - un troisième mode de fonctionnement durant lequel le système réalise une fonction de déshumidification adaptée à une température élevée de l’air extérieur, le passage d’air à travers le condenseur (4) étant au moins partiellement ouvert et l’évapo-condenseur (1) agissant alors comme un évaporateur, de manière indépendante de l’évaporateur (3) le deuxième (11) et le quatrième (12) détendeur étant commandés de telle façon que la pression de fonctionnement de l’évaporateur (3) soit inférieure à celle de l’évapo-condenseur (1) ; - un quatrième mode de fonctionnement durant lequel le système réalise une fonction de déshumidification adaptée à une température basse de l’air extérieur, le passage d’air à travers le condenseur (4) étant au moins partiellement ouvert et l’évapo-condenseur (1) agissant alors comme un évaporateur, de manière indépendante de l’évaporateur (3), le deuxième (11) et le quatrième (12) détendeur étant commandés de telle façon que la pression de fonctionnement de l’évaporateur (3) soit supérieure à celle de l’évapo-condenseur (1).