FR3049235A1 - AUXILIARY AIR CONDITIONING SYSTEM FOR MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Ce système auxiliaire de conditionnement d'air pour véhicule automobile, comprend au moins un module thermoélectrique (2), au moins deux dispositifs de transfert de chaleur (5, 6), respectivement de chauffage et de refroidissement, comprenant chacun un circuit en boucle fermée (8, 9) dans lequel circule un fluide caloporteur en relation d'échange thermique avec le module thermoélectrique et un échangeur thermique (10, 11) en relation d'échange thermique avec le circuit en boucle fermée et associé à un ventilateur d'aspiration d'air dans le dispositif et de refoulement d'air hors du dispositif, et au moins un commutateur pour activer les dispositifs de transfert de chaleur.This auxiliary air conditioning system for a motor vehicle comprises at least one thermoelectric module (2), at least two heat transfer (5, 6) and heating and cooling devices, each comprising a closed-loop circuit. (8, 9) in which circulates a heat transfer fluid in heat exchange relationship with the thermoelectric module and a heat exchanger (10, 11) in heat exchange relation with the closed loop circuit and associated with a suction fan air in the device and discharging air out of the device, and at least one switch to activate the heat transfer devices.
Description
Système auxiliaire de conditionnement d’air pour véhicule automobile L’invention concerne, de manière générale, les systèmes de conditionnement d’air pour véhicule automobile et se rapporte plus particulièrement à un système auxiliaire de conditionnement d’air.The invention relates generally to air-conditioning systems for a motor vehicle and relates more particularly to an auxiliary air-conditioning system.
Comme on le sait, les véhicules automobiles sont souvent dotés d’un système de conditionnement d’air qui est destiné à réguler la température intérieure de l’habitacle autour d’une valeur de consigne.As is known, motor vehicles are often equipped with an air conditioning system which is intended to regulate the interior temperature of the passenger compartment around a set point.
En l’absence d’un tel système de conditionnement d’air, les véhicules sont dotés de systèmes de ventilation assurant une ventilation de l’air ambiant, sans refroidissement. L’air peut toutefois être chauffé à partir de la chaleur dégagée par le groupe motopropulseur du véhicule ou à partir d’un système de chauffage auxiliaire.In the absence of such an air-conditioning system, vehicles are equipped with ventilation systems that provide ventilation to the surrounding air without cooling. Air can, however, be heated from the heat generated by the vehicle powertrain or from an auxiliary heating system.
Par ailleurs, l’interaction entre le flux de chaleur convectif, conductif et celui du rayonnement solaire vers l’habitacle est très complexe et susceptible de rendre inhomogène la température à l’intérieur de l’habitacle. De même, les courants d’air dans l’habitacle contribuent au caractère inhomogène de la température.Moreover, the interaction between the convective, conductive heat flow and that of the solar radiation towards the passenger compartment is very complex and likely to make the temperature inside the passenger compartment inhomogeneous. Similarly, drafts in the passenger compartment contribute to the inhomogeneous nature of the temperature.
Pour tenter d’améliorer l’homogénéité de la température dans l’habitacle, les véhicules sont pourvus de systèmes de conditionnement d’air multizone qui assurent le contrôle de la température de l’habitacle. Les systèmes multizones peuvent gérer jusqu’à quatre zones. De tels systèmes ont toutefois une structure complexe, ce qui augmente leur coût de fabrication. En outre, ils ne peuvent être activés que lorsque le moteur du véhicule est en fonctionnement.In an attempt to improve the homogeneity of the temperature in the passenger compartment, the vehicles are equipped with multi-zone air conditioning systems that control the temperature of the passenger compartment. Multizone systems can handle up to four zones. Such systems, however, have a complex structure, which increases their manufacturing cost. In addition, they can only be activated when the vehicle engine is running.
Pour pallier ces divers inconvénients, il a été proposé, dans le document US 2012/0079837, d’utiliser des modules thermoélectriques en relation d’échange thermique avec un échangeur de chaleur, lui-même en relation d’échange thermique avec des composants de traction du véhicule.In order to overcome these various drawbacks, it has been proposed in document US 2012/0079837 to use thermoelectric modules in heat exchange relation with a heat exchanger, itself in heat exchange relation with components of traction of the vehicle.
Lorsqu’il s’agit d’un véhicule à traction électrique, il peut s’agir, par exemple, de la batterie, du moteur électrique de traction, ou encore de composants d’électronique de puissance.In the case of an electric traction vehicle, it may be, for example, the battery, the electric traction motor, or even power electronics components.
Il a été toutefois constaté que ce type de dispositif ne permet pas d’effectuer efficacement le réchauffage ou le refroidissement de l’habitacle d’un véhicule automobile. L’invention propose donc, pour pallier cet inconvénient, un système auxiliaire de conditionnement d’air pour véhicule automobile, comprenant au moins un module thermoélectrique, et comportant deux dispositifs de transfert de chaleur, respectivement de chauffage et de refroidissement, comprenant chacun un circuit en boucle fermée dans lequel circule un fluide caloporteur en relation d’échange thermique avec le module thermoélectrique et un échangeur thermique en relation d’échange thermique avec le circuit en boucle fermée et associé à un ventilateur d’aspiration d’air dans le dispositif et de refoulement d’air hors du dispositif, et au moins un commutateur pour activer les dispositifs de transfert de chaleur.It has been found, however, that this type of device does not effectively perform the heating or cooling of the passenger compartment of a motor vehicle. The invention therefore proposes, to overcome this drawback, an auxiliary air conditioning system for a motor vehicle, comprising at least one thermoelectric module, and comprising two heat transfer, heating and cooling devices, each comprising a circuit in a closed loop in which circulates a heat transfer fluid in heat exchange relationship with the thermoelectric module and a heat exchanger in heat exchange relation with the closed loop circuit and associated with an air suction fan in the device and discharging air out of the device, and at least one switch for activating the heat transfer devices.
Selon une autre caractéristique de l’invention, chaque dispositif de transfert de chaleur est adapté pour aspirer l’air de l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile pour le refouler vers l’extérieur.According to another characteristic of the invention, each heat transfer device is adapted to suck air from inside the passenger compartment of the motor vehicle to drive it outwards.
Selon encore une autre caractéristique, le circuit de fluide caloporteur est pourvu d’une pompe de circulation dudit fluide.According to yet another characteristic, the heat transfer fluid circuit is provided with a circulation pump for said fluid.
Dans un mode de réalisation, les modules thermoélectriques sont des modules à effet Peltier alimentés en énergie électrique.In one embodiment, the thermoelectric modules are Peltier modules powered by electrical energy.
Avantageusement, le ventilateur de chaque dispositif de transfert est activable indépendamment du module thermoélectrique. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est un schéma synoptique d’un système auxiliaire de conditionnement d’air conforme à l’invention ; -la figure 2 est une vue extérieure d’un véhicule automobile montrant le renouvellement de l’air à l’intérieur de l’habitacle du véhicule au moyen d’un système auxiliaire de conditionnement d’air conforme à l’invention ; -la figure 3 est une vue de l’intérieur de l’habitacle d’un véhicule automobile montrant le renouvellement de l’air intérieur de l’habitacle au moyen d’un système conforme à l’invention ; -la figure 4 montre le schéma électrique d’un système auxiliaire de conditionnement d’air conforme à l’invention ; et -la figure 5 montre des courbes illustrant la variation de température de l’habitacle d’un véhicule automobile équipé d’un système auxiliaire de conditionnement selon l’invention.Advantageously, the fan of each transfer device is activatable independently of the thermoelectric module. Other objects, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description, given solely by way of nonlimiting example, and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a block diagram of FIG. an auxiliary air conditioning system according to the invention; FIG. 2 is an external view of a motor vehicle showing the renewal of the air inside the passenger compartment of the vehicle by means of an auxiliary air-conditioning system according to the invention; FIG 3 is a view of the interior of the passenger compartment of a motor vehicle showing the renewal of the interior air of the passenger compartment by means of a system according to the invention; FIG 4 shows the electrical diagram of an auxiliary air conditioning system according to the invention; and FIG. 5 shows curves illustrating the variation in temperature of the passenger compartment of a motor vehicle equipped with an auxiliary conditioning system according to the invention.
On se référera tout d’abord à la figure 1 qui illustre l’architecture générale d’un système de conditionnement d’air selon l’invention, désigné par la référence numérique générale 1.Reference is first made to FIG. 1, which illustrates the general architecture of an air conditioning system according to the invention, designated by the general reference numeral 1.
Ce dispositif est destiné à être implanté dans l’habitacle d’un véhicule afin d’assurer sélectivement son chauffage ou son refroidissement en réponse à une commande réalisée manuellement par un utilisateurThis device is intended to be implanted in the cabin of a vehicle to selectively heat or cool in response to a command made manually by a user
Ce dispositif comporte essentiellement un module thermoélectrique 2 en relation d’échange thermique avec une partie froide 3 et une partie chaude 4.This device essentially comprises a thermoelectric module 2 in heat exchange relation with a cold part 3 and a hot part 4.
Le module thermoélectrique est un module à effet Peltier.The thermoelectric module is a Peltier module.
Un tel effet est à la portée d’un homme du métier. Il ne sera donc pas décrit en détail par la suite.Such an effect is within the reach of a person skilled in the art. It will not be described in detail later.
On notera toutefois qu’il consiste à bénéficier de l’effet qui se produit dans des matériaux électriquement conducteurs liés par des jonctions, en présence d’un courant électrique. L’une des jonctions se refroidit alors que l’autre se réchauffe.Note, however, that it is to benefit from the effect that occurs in electrically conductive materials connected by junctions, in the presence of an electric current. One of the junctions cools while the other heats up.
Chacune des parties froide et chaude comporte un dispositif de transfert de chaleur, respectivement 5 et 6, comprenant un radiateur 7 en contact avec le module thermoélectrique, par exemple en cuivre, un circuit en boucle fermée, respectivement 8 et 9, dans lequel circule un fluide caloporteur et en relation d’échange thermique avec le radiateur et un échangeur de chaleur, 10 et 11 qui récupère les calories ou les frigories issues du circuit en boucle fermée 8 ou 9. L’échangeur de chaleur 10 ou 11 est en outre associé à un ventilateur (non représenté) qui aspire l’air à partir de l’habitacle pour le refouler vers l’extérieur.Each of the cold and hot parts comprises a heat transfer device, respectively 5 and 6, comprising a radiator 7 in contact with the thermoelectric module, for example copper, a closed-loop circuit, respectively 8 and 9, in which circulates a heat transfer fluid and heat exchange relationship with the radiator and a heat exchanger, 10 and 11 which recovers calories or frigories from the closed loop circuit 8 or 9. The heat exchanger 10 or 11 is further associated a fan (not shown) that sucks air from the cabin to push it outward.
En ce qui concerne la partie chaude 4, le ventilateur aspire l’air chaud de l’habitacle pour le refouler vers l’extérieur du véhicule.Regarding the hot part 4, the fan draws warm air from the passenger compartment to push it towards the outside of the vehicle.
Au contraire, en ce qui concerne la partie froide 3, le ventilateur aspire l’air froid de l’habitacle pour le refouler vers l’extérieur.On the contrary, as regards the cold part 3, the fan draws cold air from the passenger compartment to push it outwards.
Ainsi, en référence aux figures 2 et 3, la carrosserie de l’habitacle est dotée d’ouvertures 01 et 02 assurant l’une, l’aspiration de l’air de l’extérieur pour renouveler l’air de l’habitacle, et l’autre, le refoulement de l’air issu du système auxiliaire de conditionnement. Ces couvertures 01 et 02 communiquent avec des ouvertures correspondantes 03 et 04 de l’habitacle.Thus, with reference to Figures 2 and 3, the body of the passenger compartment is provided with openings 01 and 02 ensuring one, the suction of air from the outside to renew the air of the passenger compartment, and the other, the discharge of the air from the auxiliary conditioning system. These covers 01 and 02 communicate with corresponding openings 03 and 04 of the passenger compartment.
Le module thermoélectrique 2 ainsi que les ventilateurs associés aux échangeurs 10 et 11 sont alimentés en énergie électrique, par exemple à partir de la batterie du véhicule.The thermoelectric module 2 and the fans associated with the exchangers 10 and 11 are supplied with electrical energy, for example from the vehicle battery.
De même, le circuit en boucle fermée 8, 9 est doté d’une pompe de circulation du fluide (non représentée), qui est alimentée à partir de la batterie.Similarly, the closed-loop circuit 8, 9 is provided with a fluid circulation pump (not shown), which is powered from the battery.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le système est doté d’un unique module thermoélectrique. Il est également possible, sans sortir du cadre de l’invention, de doter le système de plusieurs modules thermoélectriques.In the embodiment illustrated in Figure 1, the system is provided with a single thermoelectric module. It is also possible, without departing from the scope of the invention, to provide the system with several thermoelectric modules.
On a représenté sur la figure 4 un tel mode de réalisation.FIG. 4 shows such an embodiment.
Comme on le voit sur cette figure, qui montre le circuit électrique d’un système auxiliaire de conditionnement doté de deux modules thermoélectriques TE1 et TE2, le système est alimenté à partir d’une batterie dont les bornes sont raccordées, par l’intermédiaire d’un interrupteur I et d’un relais RL, à deux commutateurs Cl et C2 manipulables manuellement par un utilisateur pour piloter la polarité des modules thermoélectriques TE1 et TE2 suivant le mode de fonctionnement que l’on souhaite obtenir, en chauffage, ou en refroidissement.As can be seen in this figure, which shows the electrical circuit of an auxiliary conditioning system equipped with two thermoelectric modules TE1 and TE2, the system is powered from a battery whose terminals are connected, via a switch I and a relay RL, with two switches C1 and C2 manipulated manually by a user to control the polarity of the thermoelectric modules TE1 and TE2 according to the desired operating mode, in heating, or in cooling .
Les deux commutateurs Cl et C2 sont associés à des fusibles Fl et F2 situés entre les relais et les commutateurs.The two switches C1 and C2 are associated with fuses Fl and F2 located between the relays and the switches.
Par ailleurs, comme on le voit sur cette figure, la fermeture de l’interrupteur et du relais provoquent l’activation de deux pompes PI et P2 associées aux circuits en boucle fermée 8 et 9 et deux ventilateurs VI et V2 associés aux échangeurs de chaleur 10 et 11.Moreover, as seen in this figure, the closing of the switch and the relay cause the activation of two pumps PI and P2 associated with closed loop circuits 8 and 9 and two fans VI and V2 associated with the heat exchangers 10 and 11.
Un tel système permet de fournir un conditionnement auxiliaire pour véhicule automobile, qui n’utilise aucun gaz réfrigérant susceptible d’avoir un impact négatif sur l’environnement.Such a system makes it possible to provide an auxiliary packaging for a motor vehicle, which does not use any refrigerant gas that may have a negative impact on the environment.
On a représenté sur la figure 6 l’évolution en fonction du temps de la température au sein du système auxiliaire.FIG. 6 shows the evolution as a function of time of the temperature within the auxiliary system.
Sur cette figure, -la température Tl désigne la température de l’air en amont de la grille de ventilation de l’habitacle du côté de la partie froide ; -la température T2 désigne la température sur l’échangeur de chaleur du côté de la partie froide; -la température T3 désigne la température de l’air devant l’échangeur de chaleur du côté de la partie chaude ; -la température T4 désigne la température sur l’échangeur de chaleur du côté de la partie chaude ; -la température T5 désigne la température sur le module thermoélectrique du côté de la partie froide ; -la température T6 désigne la température sur le module thermoélectrique du côté de la partie chaude ; et -la température T7 désigne la température dans l’habitacle.In this figure, the temperature T1 designates the temperature of the air upstream of the ventilation grille of the passenger compartment on the cold side; the temperature T2 designates the temperature on the heat exchanger on the side of the cold part; the temperature T3 designates the temperature of the air in front of the heat exchanger on the side of the hot part; the temperature T4 designates the temperature on the heat exchanger on the side of the hot part; the temperature T5 denotes the temperature on the thermoelectric module on the side of the cold part; the temperature T6 designates the temperature on the thermoelectric module on the side of the hot part; and the temperature T7 denotes the temperature in the passenger compartment.
On notera que le ventilateur de chaque échangeur thermique peut être activé indépendamment du module Peltier. Ainsi, lorsque le véhicule est à l’arrêt, on peut procéder à une ventilation de l’intérieur de l’habitacle, sans mettre en œuvre les modules thermoélectriques et ainsi limiter la consommation du dispositif.It will be noted that the fan of each heat exchanger can be activated independently of the Peltier module. Thus, when the vehicle is stationary, it is possible to ventilate the interior of the passenger compartment without using the thermoelectric modules and thus limit the consumption of the device.
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