FR3051547B1 - Systeme et procede de conditionnement d'air pour un compartiment, notamment un habitacle de vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un système de conditionnement d'air pour un compartiment, ledit système comprenant : - un échangeur de chaleur extérieur (21) pour réaliser un échange de chaleur entre un fluide frigorigène et un flux d'air ? circulant à l'extérieur du compartiment, - au moins un échangeur de chaleur intérieur (6, 27) pour réaliser un échange de chaleur impliquant le fluide frigorigène. Selon l'invention, ledit système étant configuré pour fonctionner dans un mode de pompe à chaleur dans lequel il prélève de la chaleur sur l'air à l'extérieur du compartiment à l'aide de l'échangeur de chaleur extérieur (21) et la rejette dans un flux d'air (I) devant être soufflé à l'intérieur du compartiment à l'aide du ou de l'un au moins des échangeurs de chaleur intérieurs (6, 27), ledit système comprenant en outre un échangeur de chaleur (24), dit interne, ledit système étant configuré pour qu'un échange de chaleur ait lieu entre ledit fluide frigorigène et lui-même dans ledit échangeur interne (24), au moins dans ledit mode de pompe à chaleur.

Description

Système et procédé de conditionnement d’air pour un compartiment, notamment un habitacle de véhicule automobile
L’invention concerne un système et un procédé pour conditionner un flux d'air entrant dans un compartiment, par exemple un habitacle de véhicule, notamment un système pour la ventilation, le chauffage et/ou la climatisation du compartiment.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d'un système de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier les paramètres aérothermiques de l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Une telle modification est obtenue à partir de la délivrance d'un flux d'air soufflé à l'intérieur de l'habitacle. Dans le cas d’un véhicule électrique ou hybride, dont la propulsion est assurée au moins partiellement par un moteur électrique, un tel système est nécessairement adapté à l’absence permanente (véhicule électrique) ou temporaire (véhicule hybride) de source chaude tel qu’un moteur thermique sur ce type de véhicules.
On attend d’un tel système qu’il remplisse tout ou partie des fonctions ou modes suivants :
- Refroidissement, aussi appelé climatisation,
- Chauffage,
- Déshumidification, c'est-à-dire le refroidissement de l’air pulsé dans l’habitacle, que ce soit dans la fonction refroidissement ou la fonction chauffage, de façon à provoquer la condensation d’une partie de la vapeur d’eau qu’il contient.
Un tel système comprend de manière connue un boîtier de climatisation habituellement logé sous une planche de bord du véhicule.
Le boîtier comporte une unité de ventilation. Il reçoit un flux d'air extérieur et le puise en vue de sa délivrance à l'intérieur de l'habitacle. A l'intérieur de ce boîtier sont habituellement logés un premier échangeur de chaleur destiné au refroidissement de l'air pulsé vers l'habitacle du véhicule et un deuxième échangeur de chaleur, destiné au chauffage de l'habitacle. Ces différents organes sont reliés entre eux et à un autre échangeur de chaleur, dit extérieur, situé en face avant du véhicule pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur, par un circuit de canalisations dans lesquelles circule un fluide frigorigène. Ce circuit comprend en outre un compresseur, au moins un détendeur propre à décompresser le fluide et des moyens tels que des vannes pour orienter différemment le fluide dans les différentes canalisations selon le mode de fonctionnement recherché par l’utilisateur.
Ce système peut être utilisé en mode refroidissement ou en mode chauffage. En mode refroidissement, le fluide frigorigène est envoyé du compresseur vers l’échangeur de chaleur extérieur agissant en condenseur où il est refroidi par le flux d'air extérieur. Puis, le fluide frigorigène circule vers un détendeur où il subit un abaissement de sa pression avant d'entrer dans le premier échangeur de chaleur fonctionnant en évaporateur. Le fluide frigorigène traversant l'évaporateur est alors chauffé par le flux d'air entrant dans l'installation de ventilation, ce qui se traduit corrélativement par un refroidissement de ce flux d'air dans le but de climatiser l'habitacle du véhicule. Le circuit étant une boucle fermée, le fluide frigorigène retourne alors vers le compresseur.
En mode chauffage, le fluide frigorigène est envoyé du compresseur vers le premier et/ou le deuxième échangeur de chaleur. Ces derniers se comportent alors comme des condenseurs, dans lesquels le fluide frigorigène est refroidi par l'air circulant dans l'installation de ventilation. Cet air se chauffe donc au contact du premier et/ou du deuxième échangeur et apporte ainsi des calories à l'habitacle du véhicule. Après passage dans cet ou ces échangeurs, le fluide frigorigène est détendu par un détendeur avant d'arriver dans l’échangeur de chaleur extérieur agissant comme un évaporateur. Il est alors réchauffé par l’air extérieur. Le fluide frigorigène retourne ensuite vers le compresseur.
Cependant, dans les solutions connues, il est nécessaire d’augmenter l’énergie fournie au compresseur si l’on souhaite augmenter la chaleur transmise au flux d’air entrant dans l’habitacle.
Un but de la présente invention est de proposer un système de conditionnement d’air qui pallie au moins en partie les problèmes susvisés.
L’invention concerne en ce sens un système de conditionnement d'air pour un compartiment, ledit système comprenant :
- un échangeur de chaleur extérieur pour réaliser un échange de chaleur entre un fluide frigorigène et un flux d’air circulant à l'extérieur du compartiment,
- au moins un échangeur de chaleur intérieur pour réaliser un échange de chaleur impliquant le fluide frigorigène.
Ledit système est configuré pour fonctionner dans un mode de pompe à chaleur dans lequel il prélève de la chaleur sur l’air à l’extérieur du compartiment à l’aide de l’échangeur de chaleur extérieur et la rejette dans un flux d’air devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide du ou de l’un au moins des échangeurs de chaleur intérieurs. Ledit système comprend en outre un échangeur de chaleur, dit interne, ledit système étant configuré pour qu’un échange de chaleur ait lieu entre ledit fluide frigorigène et lui-même dans ledit échangeur interne au moins dans ledit mode de pompe à chaleur.
Ainsi, en se servant d’un échangeur interne en mode pompe à chaleur, on élève la température du fluide frigorigène avant qu’il ne soit introduit dans les échangeurs de chaleur intérieurs. En particulier, on dispose d’une solution permettant d’élever la température du fluide frigorigène en amont de l’éventuel compresseur du système. H est de la sorte possible d’augmenter la chaleur transmise à l’habitacle, en mode pompe chaleur, ceci sans qu’il soit nécessaire d’apporter un supplément d’énergie au système.
Selon différents caractéristiques supplémentaires de l’invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément :
- ledit système comprend une branche, dit basse pression, et une branche, dite haute pression, destinées à traverser ledit échangeur interne, ledit échangeur interne étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre ledit fluide frigorigène circulant au niveau desdites branches basse pression et haute pression,
- ledit système comprend une branche permettant au fluide frigorigène de contourner ledit échangeur interne, en particulier au niveau de ladite branche haute pression,
- ledit système comprend une branche destinée à être parcourue par ledit fluide frigorigène dans le mode pompe à chaleur, en sortie dudit échangeur extérieur, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur, ladite branche, dite branche de retour en mode pompe à chaleur, étant reliée à ladite branche basse pression en un point situé en amont dudit échangeur de chaleur interne, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur,
- ledit système est configuré de manière à ce que, dans ledit mode pompe à chaleur, ladite branche haute pression soit connectée en aval du ou des échangeurs intérieurs et en amont dudit échangeur de chaleur extérieur, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur,
- ledit système est configuré de manière à ce que, dans ledit mode pompe à chaleur, ladite branche haute pression soit connectée en aval d’un premier desdits échangeurs intérieurs et en amont d’un second desdits échangeurs intérieurs, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur,
- ledit système est configuré pour fonctionner, au choix, dans ledit mode pompe à chaleur et dans un mode de climatisation dans lequel il prélève de la chaleur sur le flux d’air devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide du ou de au moins l’un desdits échangeurs de chaleur intérieurs et la rejette dans le flux d’air circulant à l’extérieur du compartiment à l’aide dudit échangeur de chaleur extérieur,
- ledit système est configuré de manière à ce que, dans ledit mode climatisation, ladite branche haute pression soit connectée en aval dudit échangeur de chaleur extérieur et en amont de l’un au moins desdits échangeur de chaleur intérieurs, fonctionnant en évaporateur, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode climatisation,
- ledit système comprend une branche destinée à être parcourue par ledit fluide frigorigène dans le mode climatisation, en sortie, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode climatisation, de l’un des échangeurs de chaleur intérieur, fonctionnant en évaporateur, ladite branche, dite branche de retour en mode climatisation, étant reliée à un point de dérivation commun à ladite branche basse pression et à la dite branche de retour en mode pompe à chaleur,
- ledit système comprend en outre un accumulateur,
- ledit système est configuré pour que, en mode pompe à chaleur, ledit accumulateur soit situé en aval dudit point de dérivation et en amont dudit échangeur de chaleur interne, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur,
- ledit système est configuré pour que le sens de circulation du fluide frigorigène dans la branche haute pression de l’échangeur interne change entre le mode climatisation et le mode pompe à chaleur,
- ledit système est configuré pour que le sens de circulation du fluide frigorigène dans l’échangeur de chaleur intérieur fonctionnant en évaporateur dans le mode climatisation soit inchangé, au moins dans ledit mode climatisation et ledit mode pompe à chaleur,
- ledit système est configuré pour fonctionner, au choix, dans ledit mode pompe à chaleur, dans ledit mode climatisation et dans un mode supplémentaire, dit de récupération de chaleur, dans lequel il prélève de la chaleur sur le flux d’air devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide de l’un desdits échangeurs de chaleur intérieurs et la rejette dans le flux d’air devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide d’un autre desdits échangeurs de chaleur intérieur, ledit fluide frigorigène contournant ledit échangeur de chaleur extérieur,
- ledit système comprend un circuit de fluide frigorigène, ledit circuit comprenant une première ligne de circulation qui comprend successivement un compresseur, un premier point de jonction, une deuxième vanne de contrôle, un deuxième point de jonction, l’échangeur de chaleur extérieur, un troisième point de jonction, une première vanne antiretour, un quatrième point de jonction, ladite branche haute pression, un cinquième point de jonction, une deuxième vanne anti-retour, un sixième point de jonction, un premier détendeur, l’un desdits échangeurs de chaleur intérieurs, un point de liaison, une troisième vanne de contrôle, un septième point de jonction et la branche basse pression pour retourner au compresseur,
- ladite branche de retour en mode pompe à chaleur est située entre le deuxième et le septième points de jonction,
- ladite branche de retour en mode pompe à chaleur comprend une vanne,
- ledit septième point de jonction constitue ledit point de dérivation commun à ladite branche basse pression et à la dite branche de retour en mode pompe à chaleur,
- l’accumulateur est prévu sur ledit circuit,
- l’accumulateur est interposé entre le septième point de jonction et la branche basse pression,
- le circuit de fluide frigorigène comprend une deuxième ligne de circulation de fluide frigorigène qui s’étend entre le premier point de jonction et le sixième point de jonction, la deuxième ligne de circulation comprenant, successivement depuis le premier point de jonction vers le sixième point de jonction, un autre desdits échangeurs de chaleur intérieurs et une quatrième vanne de contrôle,
- le circuit de fluide frigorigène comprend une troisième ligne de circulation qui s’étend entre le point de liaison et le cinquième point de jonction et qui comprend une troisième vanne anti-retour,
- le circuit de fluide frigorigène comprend une cinquième ligne de circulation qui s’étend entre le troisième point de jonction et le quatrième point de jonction et qui comprend un deuxième organe de détente.
L’invention a également pour objet un procédé de conditionnement d’air utilisant le système de conditionnement décrit plus haut, notamment en mode pompe à chaleur et/ou en mode climatisation.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
La figure 1 est une illustration schématique d’un système de conditionnement d’air selon présente invention, fonctionnant en mode climatisation, sans déshumidification,
La figure 2 reprend la figure 1 en mode climatisation, avec déshumidification,
La figure 3 reprend la figure 1 en mode pompe à chaleur, sans déshumidification,
La figure 4 reprend la figure 1 en mode pompe à chaleur, sans déshumidification,
La figure 5 reprend la figure 1 en mode récupération de chaleur,
La figure 6 est une illustration schématique d’une variante du système de conditionnement d’air selon présente invention.
Dans ces différentes figures, des éléments identiques sont identifiés par les mêmes repères.
Comme illustré aux différentes figures, l’invention concerne un système de conditionnement d'air pour un compartiment, en particulier un habitacle de véhicule automobile.
Ledit système comprend un circuit fermé à l’intérieur duquel circule un fluide frigorigène. Le fluide frigorigène est par exemple un fluide supercritique tel que du dioxyde de carbone référencé R-744. Le fluide frigorigène est par exemple encore un fluide sous-critique tel qu’un fluide frigorigène fluoré référencé R-134a, ou non fluoré référencé 1234yf.
Ledit système comprend un échangeur de chaleur extérieur 21 pour réaliser un échange de chaleur entre le fluide frigorigène et un flux d’air E circulant à l'extérieur du compartiment. Ledit échangeur de chaleur extérieur 21 est destiné à être situé, par exemple, en face avant d’un véhicule automobile. Comme cela sera détaillé plus bas, il est destiné à fonctionner de manière réversible, soit en évaporateur, soit en condenseur/refroidisseur de gaz.
Ledit système comprend en outre au moins un échangeur de chaleur intérieur, ici un premier échangeur de chaleur intérieur 6 et un second échangeur de chaleur intérieur 27, pour réaliser un échange de chaleur impliquant le fluide frigorigène. Le premier échangeur chaleur intérieur 6 est configuré pour permettre un échange de la chaleur entre ledit fluide frigorigène et un flux d’air I devant être soufflé, ou pulsé, à l’intérieur de l’habitacle. Le second échangeur 27 est ici également configuré pour permettre un échange de chaleur entre ledit fluide frigorigène et ledit flux d’air I devant être soufflé à l’intérieur de l’habitacle. Comme cela sera détaillée plus bas, ledit premier échangeur de chaleur intérieur 6 est destiné à fonctionner de manière réversible, soit en évaporateur, soit en condenseur/refroidisseur de gaz, et le deuxième échangeur de chaleur intérieur 6 est destiné à fonctionner en condenseur/refroidisseur de gaz.
Lesdits échangeurs de chaleur intérieurs 6, 27 sont situés à l’intérieur d’un boîtier 8, dit de climatisation, de circulation du flux d’air I destiné à être soufflé dans l’habitacle. Ledit premier échangeur chaleur intérieur 6 est situé en amont par rapport au second échangeur de chaleur 27 selon le sens de circulation dudit flux d’air I devant être soufflé à l’intérieur de l’habitacle. Ledit boîtier 8 pourra comprendre des conduits de contournement du ou desdits échangeur de chaleur intérieurs 6, 27, ici un conduit 300 de contournement dudit second échangeur de chaleur intérieur 27. Un volet 302 dirige ledit flux d’air I destiné à être soufflé dans l’habitacle vers ledit second échangeur de chaleur intérieur 27 et/ou ledit conduit de contournement 302.
En variante, non-illustrée, ledit second échangeur de chaleur intérieur pourra être configuré pour permettre un échange de chaleur avec un fluide caloporteur circulant dans un boucle de circulation dudit fluide caloporteur, ladite boucle de circulation du fluide caloporteur comprenant un échangeur de chaleur additionnel permettant un échange de chaleur entre ledit fluide caloporteur et ledit flux d’air I destiné à être soufflé dans l’habitacle. Ledit échangeur de chaleur additionnel est positionné dans le boîtier de climatisation en lieu et place du second échangeur de chaleur intérieur.
Ledit système comprend en outre un échangeur de chaleur 24, dit interne, et ledit système comprend une branche 25, dit haute pression, et une branche 26, dite basse pression, destinées à traverser ledit échangeur interne. Ledit échangeur interne est configuré pour permettre un échange de chaleur entre ledit fluide frigorigène circulant dans de ladite branche basse pression 26 et le fluide frigorigène circulant dans ladite branche haute pression 25.
Le système comprend encore un compresseur 20 pour porter le fluide frigorigène à haute pression, un accumulateur 18, permettant de stocker le fluide frigorigène, voire d’opérer une séparation de phases, ainsi qu’un premier organe de détente 2, associé au premier échangeur de chaleur intérieur 6, et un deuxième organe de détente 23, associé à l’échangeur de chaleur extérieur 21. A l’intérieur desdits organes de détente 2, 23, le fluide frigorigène subit une détente. Lesdits premier et/ou second organes de détente pourront être des détendeurs étanches et jouer un rôle de première vanne de contrôle permettant d’autoriser ou d’empêcher le passage du fluide frigorigène. Ils pourront également être pleinement ouvert et n’opérer aucune détente.
Le circuit de fluide frigorigène 19 présente une architecture particulière pour offrir différents modes de fonctionnement, tels que décrits plus loin. Plus particulièrement, le circuit de fluide frigorigène 19 comprend plusieurs lignes de circulation 28, 29, 30, 31, 32, à travers lesquelles le fluide frigorigène circule ou ne circule pas selon la position ouverte ou fermée de vannes de contrôle 101, 102, 103, 104, 105 ou de vannes anti-retour 301, 302, 303 que les lignes de circulation 28, 29, 30, 31, 32, comprennent. Ces lignes de circulation 28, 29, 30, 31, 32 sont reliées les unes aux autres par l’intermédiaire d’un point de liaison 17 et de points de jonction référencés 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207.
Le circuit de fluide frigorigène 19 comprend en particulier une première ligne de circulation 28 qui comprend successivement le compresseur 20, un premier point de jonction 201, une deuxième vanne de contrôle 102, un deuxième point de jonction 202, l’échangeur de chaleur extérieur 21, un troisième point de jonction 203, une première vanne anti-retour 301 autorisant le passage du fluide frigorigène uniquement du troisième point de jonction 203 vers un quatrième point de jonction 204 de ladite première ligne de circulation 28. Puis, la première ligne de circulation 28 comprend successivement la branche haute pression 25, un cinquième point de jonction 205, une deuxième vanne antiretour 302 autorisant le passage du fluide frigorigène uniquement du cinquième point de jonction 205 vers un sixième point de jonction 206 de ladite première ligne de circulation 28. A la suite dudit sixième point de jonction 206, la première ligne de circulation 28 comprend successivement le premier organe de détente 2, le premier échangeur de chaleur intérieur 6 et un point de liaison 17. Puis, la première ligne de circulation 28 comprend successivement une troisième vanne de contrôle 103, un septième point de jonction 207, l’accumulateur 18 et la branche basse pression 26 de l’échangeur interne 24 pour retourner au compresseur 20.
Le circuit de fluide frigorigène 19 comprend aussi une deuxième ligne de circulation 29 de fluide frigorigène qui s’étend entre le premier point de jonction 201 et le sixième point de jonction 206. La deuxième ligne de circulation 29 comprend successivement, depuis le premier point de jonction 201 vers le sixième point de jonction 206, une quatrième vanne de contrôle 104 et le second échangeur de chaleur intérieur 27, voire une vanne anti-retour. L’ordre de la quatrième vanne de contrôle 104 et du second échangeur de chaleur intérieur pourra être inversé.
Le circuit de fluide frigorigène 19 comprend encore une troisième ligne de circulation 30 de fluide frigorigène qui s’étend entre le deuxième point de jonction 202 et le septième point de jonction 207 et qui comprend une cinquième vanne de contrôle 105, voire une vanne anti-retour, passant du second point de jonction 202 vers le septième point de jonction 207. Nous reviendrons plus bas sur le rôle de cette troisième ligne de circulation 30 dans l’invention.
Le circuit de fluide frigorigène 19 comprend aussi une quatrième ligne de circulation 31 qui s’étend entre le point de liaison 17 et le cinquième point de jonction 205 et qui comprend une troisième vanne anti-retour 303 autorisant le passage du fluide frigorigène uniquement du point de liaison 17 vers le sixième point de jonction 206.
Le circuit de fluide frigorigène 19 comprend enfin une cinquième ligne de circulation 32 qui s’étend entre le troisième point de jonction 203 et le quatrième point de jonction 204 et qui comprend le deuxième organe de détente 23.
Comme évoqué ci-dessus, le circuit de fluide frigorigène 19 est apte à fonctionner selon divers modes. Plus particulièrement, le circuit de fluide frigorigène 19 est à même de fonctionner au moins :
- en un premier mode, dit mode climatisation, dans lequel le flux d’air I est refroidi préalablement à une délivrance de ce dernier à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile, autrement dit, un mode dans lequel le système prélève de la chaleur sur le flux d’air devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide du premier échangeur de chaleur intérieur 6 et la rejette dans le flux d’air circulant à l’extérieur du compartiment à l’aide au moins dudit échangeur de chaleur extérieur 21,
- en un second mode, dit mode pompe à chaleur ou chauffage, dans lequel le flux d’air I est chauffé préalablement à sa délivrance à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile, autrement dit, un mode dans lequel le système prélève de la chaleur sur l’air à l’extérieur du compartiment à l’aide de l’échangeur de chaleur extérieur 21 et la rejette dans un flux d’air devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide du ou de l’un au moins des échangeurs de chaleur intérieurs 6, 27,
- en un troisième mode, dit mode de récupération de chaleur dans lequel il prélève de la chaleur sur le flux d’air destiné à être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide de l’un 6 des échangeur de chaleur intérieur et en rejette dans le même flux d’air à l’aide de l’autre 27 des échangeurs de chaleur intérieurs.
Les premier et second modes sont chacun déclinable en un sous-mode avec ou sans déshumidification.
Par convention sur les figures 1 à 5, les lignes de circulation 28, 29, 30, 31, 32 à travers lesquelles aucun fluide ne circule sont représentées en traits pointillés, tandis que les lignes de circulation 28, 29, 30, 31, 32 à travers lesquelles le fluide frigorigène circule sont représentées en trait plein.
Sur la figure 1, le circuit de fluide frigorigène est utilisé dans le premier mode, dit climatisation, pour refroidir le premier flux d’air 7 préalablement à sa délivrance à l’intérieur de l’habitacle, sans déshumidification. Dans cette configuration, la quatrième vanne de contrôle 104 et la cinquième vanne de contrôle 105 sont fermées.
Ainsi, le fluide frigorigène emprunte uniquement la première ligne de circulation 28. Autrement dit, le fluide frigorigène est comprimé à l’intérieur du compresseur 20 pour être porté à une haute pression HP, puis circule jusqu’au premier point de jonction 201, puis traverse la deuxième vanne de contrôle 102 (position ouverte), puis circule jusqu’au deuxième point de jonction 202, puis circule à l’intérieur de l’échangeur de chaleur extérieur 21, fonctionnant en condenseur/refroidisseur de gaz, à l’intérieur duquel le fluide frigorigène cède des calories au flux d’air externe E. Puis, le fluide frigorigène circule jusqu’au troisième point de jonction 203, puis emprunte la première vanne anti-retour 301, en contournant le deuxième organe de détente 23, puis circule jusqu’au quatrième point de jonction 204, puis emprunte branche haute pression 25 à l’intérieur duquel le fluide frigorigène cède des calories au fluide frigorigène présent dans la branche basse pression 26. Puis, le fluide frigorigène circule jusqu’au cinquième point de jonction 205, puis emprunte la deuxième vanne anti-retour 302, puis circule jusqu’au sixième point de jonction 206 et à travers le premier organe de détente 2. Puis, le fluide frigorigène circule à travers le premier échangeur de chaleur intérieur 6, fonctionnant en condenseur, pour refroidir le flux d’air I destiné à être soufflé à l’intérieur de l’habitacle, puis circule jusqu’au point de liaison 17, puis traverse la troisième vanne de contrôle 103 (position ouverte), puis circule jusqu’au septième point de jonction 207, puis traverse l’accumulateur 18 à l’intérieur duquel un éventuel reliquat de fluide frigorigène liquide est retenu, puis circule à l’intérieur de la branche basse pression 26 du troisième échangeur de chaleur 24 pour retourner au compresseur 20.
Ces dispositions sont telles que le fluide frigorigène est à haute pression en aval du compresseur 20 jusqu’au premier organe de détente 2, puis à basse pression en aval dudit premier organe de détente 2 jusqu’au compresseur 20.
Sur la figure 2, le circuit de fluide frigorigène est utilisé dans le premier mode, dit climatisation, pour refroidir le premier flux d’air 7 préalablement à sa délivrance à l’intérieur de l’habitacle, avec déshumidification. Dans un tel mode, le premier échangeur de chaleur intérieur 6 est mis à une température très basse en restreignant l’ouverture du premier organe de détente 2; le flux d’air I est donc très refroidi et déshumidifié mais, afin de ne pas trop refroidir l’habitacle, il est réchauffé par le deuxième échangeur de chaleur intérieur 27.
Ce mode diffère du précédent en ce que le fluide frigorigène empreinte également la deuxième ligne de circulation 29, ladite quatrième vanne de contrôle 104 étant dans une configuration ouverte. Le fluide frigorigène traverse donc ledit second échangeur de chaleur intérieur 27 en provenance du premier point de jonction 201 et en direction du sixième point de jonction 206.
Sur la figure 3, le circuit de fluide frigorigène est utilisé dans le second mode, dit pompe à chaleur, dans lequel le premier flux d’air 7 est chauffé préalablement à sa délivrance à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile, sans déshumidification. Dans cette configuration, la deuxième vanne de contrôle 102 et la troisième vanne de contrôle 103 sont fermées.
Ainsi, le fluide frigorigène emprunte la deuxième ligne de circulation 29, la troisième ligne de circulation 30, la quatrième ligne de circulation 31, la cinquième ligne de circulation 32 et partiellement la première ligne de circulation 28. Autrement dit, le fluide frigorigène est comprimé à l’intérieur du compresseur 20 pour être porté à une haute pression HP, puis circule jusqu’au premier point de jonction 201. Le fluide frigorigène emprunte alors la deuxième ligne de circulation 29 et traverse le second échangeur de chaleur intérieur 27 à l’intérieur duquel le fluide frigorigène cède des calories au flux d’air I destiné à être soufflé dans l’habitacle pour réchauffer ce dernier préalablement à sa délivrance à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile.
Puis, le fluide frigorigène traverse la quatrième vanne de contrôle 104 (position ouverte) pour atteindre le sixième point de jonction 206. Puis le fluide frigorigène traverse le premier organe de détente 2 qui est totalement ouvert de telle sorte qu’aucune détente ne s’y produit. Puis le fluide frigorigène circule à l’intérieur du premier échangeur de chaleur intérieur 6, fonctionnant en condenseur/refroidisseur de gaz, pour assurer un préchauffage du flux d’air I destiné à être soufflé dans l’habitacle. Il poursuit jusqu’au point de liaison
17. Puis, le fluide frigorigène emprunte la quatrième ligne de circulation 31 et traverse la troisième vanne anti-retour 303 pour atteindre le cinquième point de jonction 205. Puis, le fluide frigorigène emprunte la branche haute pression 25 de l’échangeur de chaleur interne 24 à l’intérieur duquel le fluide frigorigène cède des calories au fluide frigorigène présent à l’intérieur de la branche basse pression 26. Puis le fluide frigorigène atteint le quatrième point de jonction 204 et traverse ensuite le deuxième organe de détente 23 puis circule à l’intérieur de l’échangeur de chaleur externe 21, fonctionnant en évaporateur, à l’intérieur duquel le fluide frigorigène capte des calories au deuxième flux d’air 22, autrement dit se réchauffe au contact du deuxième flux d’air 22. Puis le fluide frigorigène atteint le deuxième point de jonction 202 pour emprunter la troisième ligne de circulation 30 et traverser la cinquième vanne de contrôle 105 (position ouverte) et rejoindre le septième point de jonction 207 pour emprunter la première ligne de circulation 28. Le fluide frigorigène traverse alors l’accumulateur 18 à l’intérieur duquel un éventuel reliquat de fluide frigorigène liquide est retenu, puis circule à l’intérieur de la branche basse pression 26 de l’échangeur de chaleur interne 24 pour retourner au compresseur 20.
Ces dispositions sont telles que le fluide frigorigène est à haute pression HP en aval du compresseur 20 jusqu’au second organe de détente 23, puis à basse pression en aval dudit second organe de détente 23 jusqu’au compresseur 20.
Sur la figure 4, le circuit de fluide frigorigène est utilisé dans le second mode, dit pompe à chaleur, dans lequel le premier flux d’air 7 est chauffé préalablement à sa délivrance à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile, avec déshumidification.
Dans ce mode, la circulation du fluide frigorigène est identique. La différence réside dans la configuration active du premier organe de détente 2, ledit seconde organe détente 23 pouvant alors être dans une configuration inactive en laissant passer le fluide frigorigène sans lui faire subir de détente supplémentaire. De la sorte, le fluide frigorigène est à haute pression en aval du compresseur 20 jusqu’au premier organe de détente 2, puis à basse pression en aval dudit premier organe de détente 2 jusqu’au compresseur 20.
Selon l’invention, on constate que, ledit système est configuré pour qu’un échange de chaleur ait lieu entre ledit fluide frigorigène et lui-même dans ledit échangeur interne 24 dans ledit mode de pompe à chaleur, avec ou sans déshumidification. On améliore de la sorte les performances du dispositif en permettant un chauffage plus efficace du flux d’air I destiné à être soufflé dans l’habitacle, sans avoir à fournir une puissance supplémentaire au compresseur 20.
Pour cela, ledit système comprend une branche, à savoir ici ladite ligne de circulation 30, destinée à être parcourue par ledit fluide frigorigène dans le mode pompe à chaleur, en sortie dudit échangeur de chaleur extérieur 21, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur. En outre, ladite branche 30, dite branche de retour en mode pompe à chaleur, est reliée à ladite branche basse pression 26 en un point, à savoir ici le septième point de jonction 207, situé en amont dudit échangeur de chaleur interne 24, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène, dans ledit mode pompe à chaleur.
On remarque que ledit système est configuré de manière à ce que, dans ledit mode pompe à chaleur, ladite branche haute pression 25 soit connectée en aval du premier échangeur de chaleur intérieur 6 et en amont dudit échangeur de chaleur extérieur 21, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur.
Par ailleurs, ledit système est configuré de manière à ce que, dans ledit mode climatisation, ladite branche haute pression 25 soit connectée en aval dudit échangeur de chaleur extérieur 21 et en amont du premier échangeur de chaleur intérieur 6, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode climatisation.
On remarque encore que ledit système comprend une branche 40, destinée à être parcourue par ledit fluide frigorigène dans le mode climatisation, en sortie du premier échangeur de chaleur intérieur 6, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode climatisation. Ladite branche 40, dite branche de retour en mode climatisation, est reliée à un point de dérivation, à savoir à nouveau ledit septième point de jonction 207, commun à ladite branche basse pression 26 et à la dite branche 30 de retour en mode pompe à chaleur.
En outre, ledit système est configuré pour que, en mode pompe à chaleur, ledit accumulateur 18 soit situé en aval dudit point de dérivation 207 et en amont dudit échangeur de chaleur interne 24, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur.
Dans le mode de réalisation illustré, ledit circuit permet d’inverser le sens de circulation du fluide frigorigène dans la branche haute pression 25 de l’échangeur interne 24 entre le mode climatisation et le mode pompe à chaleur.
Sur la figure 5, le circuit de fluide frigorigène est utilisé dans le troisième mode de récupération de chaleur dans lequel il permet, au moins temporairement, de continuer à fournir de la chaleur à l’habitacle par le biais du second échangeur intérieur 27 car ce dernier produit plus de chaleur que le premier échangeur intérieur 6 ne produit de froid.
Autrement dit, ledit système est configuré pour fonctionner, au choix, dans ledit mode climatisation, dans ledit mode pompe à chaleur et dans ledit mode de récupération de chaleur. Dans ce dernier mode, il prélève de la chaleur sur le flux d’air devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide du premier échangeur de chaleur intérieur 6 et le rejette dans le flux d’air devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide du second échangeur de chaleur intérieur 27 tandis que ledit fluide frigorigène contourne ledit échangeur de chaleur extérieur 21.
Dans cette configuration, la deuxième vanne de contrôle 102 et la cinquième vanne de contrôle 105 sont fermées.
Ainsi, le fluide frigorigène emprunte la deuxième ligne de circulation 29 et partiellement la première ligne de circulation 28. Autrement dit, le fluide frigorigène est comprimé à l’intérieur du compresseur 20 pour être porté à une haute pression HP, puis circule jusqu’au premier point de jonction 201. Le fluide frigorigène emprunte alors la deuxième ligne de circulation 29 et traverse le second échangeur de chaleur intérieur 27 à l’intérieur duquel le fluide frigorigène cède des calories au flux d’air I destiné à être soufflé dans l’habitacle pour réchauffer ce dernier préalablement à sa délivrance à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile.
Puis, le fluide frigorigène traverse la quatrième vanne de contrôle 104 (position ouverte) pour atteindre le sixième point de jonction 206. Puis le fluide frigorigène traverse le premier organe de détente 2 dans lequel il subit une détente. Puis le fluide frigorigène circule à l’intérieur du premier échangeur de chaleur intérieur 6, fonctionnant en évaporateur, où il capte des calories dans le flux d’air I destiné à être soufflé dans l’habitacle. En effet, celui-ci provient alors de l’habitacle qui a préalablement été chauffé et dont on souhaite maintenir au moins transitoirement le chauffage, alors que l’échangeur de chaleur extérieur 21 n’est pas sollicité. Un tel cas de figure se rencontre, par exemple, en cas de givrage dudit échangeur de chaleur extérieur 21, rendant ledit échangeur chaleur extérieur 21 non opérant.
Le fluide frigorigène poursuit jusqu’au point de liaison 17. Puis, le fluide rejoint le septième point de jonction 207 pour continuer selon la première ligne de circulation 28. Le fluide frigorigène traverse alors l’accumulateur 18 à l’intérieur duquel un éventuel reliquat de fluide frigorigène liquide est retenu, puis circule à l’intérieur de la branche basse pression 26 de l’échangeur de chaleur interne 24, sans échange de chaleur avec la branche haute pression 26, pour retourner au compresseur 20.
On observe que ledit circuit permet de conserver le même sens de circulation du fluide frigorigène dans le premier échangeur de chaleur intérieur 6, dans l’ensemble des modes de fonctionnement évoqués.
La figure 6 illustre un circuit de configuration différente dans lequel ladite branche haute pression 25 est connectée en aval du second échangeur intérieur 27 et en amont du premier échangeur de chaleur intérieur 6, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur.
On observe que les quatrième et cinquième points de jonction 204, 205 sont absents et la première vanne anti-retour 301 n’est pas nécessaire. Ledit troisième point de jonction 203 se trouve entre ledit échangeur de chaleur extérieur 21 et ladite seconde vanne antiretour 302 ainsi qu’entre ledit premier échangeur extérieur 21 et ladite troisième vanne anti-retour 303. Ledit second détendeur 32 est situé sur la même ligne de circulation que la troisième vanne anti-retour 303, à savoir une ligne de circulation reliant le troisième point de jonction 203 et le point de liaison 17.
Comme également illustré par cette figure, ledit système pourra comprendre un ligne de circulation supplémentaire en dérivation du premier détendeur 2 et de l’un au moins desdits échangeurs de chaleur intérieur, à savoir ici le premier échangeur de chaleur intérieur 6, pour permettre le conditionnement thermique d’une unité de stockage d’énergie telle qu’une batterie, en particulier une batterie de grande dimension ou un packs de batterie.
Ladite ligne de circulation supplémentaire est situé entre un huitième 208 et un neuvième 209 points de jonction dudit circuit de circulation du fluide frigorigène. Ledit huitième point de jonction 208 est situé entre ledit point de jonction 206 et ledit premier détendeur 2. Ledit neuvième point de jonction 209 est situé entre ledit premier échangeur de chaleur intérieur 6 et ledit point de liaison 17.
Ladite ligne de circulation supplémentaire comprend dans cet ordre, entre ledit huitième point 208 de jonction et ledit neuvième point de jonction 209 un troisième détendeur 400 et un cinquième échangeur de chaleur 402, destiné à un échange de chaleur avec ladite unité de réserve d’énergie ainsi que, éventuellement, un autre échangeur interne 404. Ledit cinquième échangeur de chaleur 402 est, par exemple, un refroidisseur. Ledit autre échangeur interne comprend une branche de circulation du fluide frigorigène située dans ladite ligne de circulation supplémentaire et une branche de circulation du fluide frigorigène situé entre ledit huitième point 208 de jonction et ledit premier détendeur 2.
Ladite ligne de circulation supplémentaire pourra être active dans les premier et deuxième modes de fonctionnement évoqués plus haut, en fonction des besoins de régulation thermique de l’unité de réserve d’énergie.
Grâce audit autre échangeur interne 404 et audit refroidisseur 402, il est possible de mieux contrôler la séparation de phases entre les phases liquides et gazeuses du liquide frigorigène, en amont du premier échangeur chaleur intérieur 6. On peut de la sorte optimiser la part de la phase liquide dans l’alimentation en fluide frigorigène dudit premier échangeur de chaleur 6.
En variante, non illustrée, ledit système comprend une branche de contournement dudit échangeur interne au niveau de ladite branche haute pression 25. Cela permet de diminuer les pertes de charges dans ledit échangeur interne lorsqu’un échange de chaleur 5 au niveau dudit échangeur de chaleur interne 24 n’est pas souhaité.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système de conditionnement d'air pour un compartiment, ledit système comprenant :
    - un échangeur de chaleur extérieur (21) pour réaliser un échange de chaleur entre un fluide frigorigène et un flux d’air (E) circulant à l’extérieur du compartiment,
    - au moins un échangeur de chaleur intérieur (6, 27) pour réaliser un échange de chaleur impliquant le fluide frigorigène;
    ledit système étant configuré pour fonctionner dans un mode de pompe à chaleur dans lequel il prélève de la chaleur sur l’air à l’extérieur du compartiment à l’aide de l’échangeur de chaleur extérieur (21) et la rejette dans un flux d’air (I) devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide du ou de l’un au moins des échangeurs de chaleur intérieurs (6, 27), ledit système comprenant en outre un échangeur de chaleur (24), dit interne, ledit système étant configuré pour qu’un échange de chaleur ait lieu entre ledit fluide frigorigène et lui-même dans ledit échangeur interne (24), au moins dans ledit mode de pompe à chaleur, ledit système comprend une branche (26), dit basse pression, et une branche (25), dite haute pression, destinées à traverser ledit échangeur interne (24), ledit échangeur interne (24) étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre ledit fluide frigorigène circulant au niveau desdites branches basse pression et haute pression (25, 26), le système comprend également une branche (30) destinée à être parcourue par ledit fluide frigorigène dans le mode pompe à chaleur, en sortie dudit échangeur extérieur (21), selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur, ladite branche (30), dite branche de retour en mode pompe à chaleur, étant reliée à ladite branche basse pression (26) en un point (207) situé en amont dudit échangeur de chaleur interne (24), selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur, le système comprenant également un circuit de fluide frigorigène, ledit circuit comprenant une première ligne de circulation (28) qui comprend successivement un compresseur (20), un premier point de jonction (201), une deuxième vanne de contrôle (102), un deuxième point de jonction (202), l’échangeur de chaleur extérieur (21), un troisième point de jonction (203), une première vanne anti-retour (301), un quatrième point de jonction. (204), ladite branche haute pression (25), un cinquième point de jonction (205), une deuxième vanne anti-retour (302), un sixième point de jonction (206), un premier détendeur (2), l’un (6) desdits échangeurs de chaleur intérieurs, un point de liaison (17), une troisième vanne de contrôle (103), un septième point de jonction (207) et la branche basse pression (26) pour retourner au compresseur (20).
  2. 2. Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit système est configuré de manière à ce que, dans ledit mode pompe à chaleur, ladite branche haute pression (25) soit connectée en aval du ou des échangeurs intérieurs (6, 27) et en amont dudit échangeur de chaleur extérieur (21), selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur.
  3. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel ledit système est configuré de manière à ce que, dans ledit mode pompe à chaleur, ladite branche haute pression (25) soit connectée en aval d’un premier (27) desdits échangeurs intérieurs et en amont d’un second (6) desdits échangeurs intérieurs, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur.
  4. 4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit système est configuré pour fonctionner, au choix, dans ledit mode pompe à chaleur et dans un mode de climatisation dans lequel il prélève de la chaleur sur le flux d’air devant être soufflé à l’intérieur du compartiment à l’aide du ou de au moins l’un desdits échangeurs de chaleur intérieurs (6, 27) et la rejette dans le flux d’air circulant à l’extérieur du compartiment à l’aide dudit échangeur de chaleur extérieur (21).
  5. 5. Système selon la revendication 4, dans lequel ledit système est configuré de manière à ce que, dans ledit mode climatisation, ladite branche haute pression (25) soit connectée en aval dudit échangeur de chaleur extérieur (21) et en amont de l’un (6) desdits échangeur de chaleur intérieurs, fonctionnant en évaporateur, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode climatisation.
  6. 6. Système selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel ledit système comprend une branche (40) destinée à être parcourue par ledit fluide frigorigène dans le mode climatisation, en sortie, selon le sens de circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode climatisation, de l’un (6) des échangeurs de chaleur intérieurs, fonctionnant en évaporateur, ladite branche (40), dite branche de retour en mode climatisation, étant reliée à un point de dérivation (207) commun à ladite branche basse pression (25) et à la dite branche (30) de retour en mode pompe à chaleur.
  7. 7. Système selon la revendication précédente, comprenant en outre un accumulateur
    5 (18).
  8. 8. Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit système est configuré pour que, en mode pompe à chaleur, ledit accumulateur (18) soit situé en aval dudit point de dérivation (207) et en amont dudit échangeur de chaleur· interne (24), selon le sens de
    10 circulation dudit fluide frigorigène dans ledit mode pompe à chaleur.
  9. 9. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite branche de retour (30) en mode pompe à chaleur est située entre le deuxième (202) et le septième (207) points de jonction.
  10. 10. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de fluide frigorigène est pourvu d’un accumulateur (18).
  11. 11. Système selon la revendication précédente, dans lequel l’accumulateur (18) 2 o est interposé entre le septième point de jonction (207) et la branche basse pression (26) de l’échangeur interne (24).
  12. 12. Procédé de conditionnement d’air utilisant le système de conditionnement d’air selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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