FR3069626A1 - Procede de gestion d'un circuit de climatisation de vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de gestion d'un circuit de climatisation (1) à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant dans un mode de refroidissement, le fluide réfrigérant circulant successivement dans : • un compresseur (3), • un condenseur (5), • un dispositif de détente (7), et • un évaporateur (9), ledit circuit de climatisation (1) comportant une unité centrale de contrôle (10) apte à contrôler l'ouverture du dispositif de détente (7), ledit procédé comportant : • une étape de : ° calcul de l'ouverture Cestim du dispositif de détente (7) à partir de mesures de paramètres de fonctionnement du circuit de climatisation (1), et de ° détermination d'une surchauffe consigne SHcomp_in_sp, SHcomp_in_sp étant comprise entre une surchauffe minimale SHcomp_in_sp_min et une surchauffe maximale SHcomp_in_sp_max, • une étape d'ouverture du dispositif de détente (7) selon Cestim et de contrôle de la surchauffe SHcomp_in en faisant varier l'ouverture du dispositif de détente (7) de sorte à atteindre la surchauffe consigne SHcomp_in_sp et maintenir SHcomp_in entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max.

Description

L’invention se rapporte au domaine des véhicules automobiles et plus particulièrement à un circuit de climatisation de véhicule automobile et son procédé de gestion en mode de refroidissement.
Les véhicules automobiles actuels comportent de plus en plus souvent un circuit de climatisation. Dans un circuit de climatisation « classique », lors d’un mode de refroidissement, un fluide réfrigérant passe successivement dans un compresseur, un premier échangeur de chaleur, appelé condenseur, placé en contact avec un flux d'air extérieur au véhicule automobile pour libérer de la chaleur, un dispositif de détente et un deuxième échangeur de chaleur, appelé évaporateur, placé en contact avec un flux d'air intérieur du véhicule automobile pour le refroidir.
Généralement, le dispositif de détente est une vanne thermostatique dont le bulbe est disposé en aval de l’évaporateur. Le dispositif de détente peut également être une vanne électronique d’expansion contrôlée par une unité centrale de contrôle. Dans ce genre de cas, il est nécessaire d’avoir une stratégie de contrôle du circuit de climatisation afin de déterminer et contrôler l’ouverture de la vanne électronique d’expansion notamment afin d’obtenir une surchauffe du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur. Cette surchauffe est notamment utile pour améliorer le coefficient de performance du circuit de climatisation, mais également pour diminuer les risques que du fluide réfrigérant à l’état liquide ne passe dans le compresseur.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un procédé de gestion d’un circuit de climatisation inversible amélioré notamment en mode refroidissement.
La présente invention concerne donc un procédé de gestion d’un circuit de climatisation à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant dans un mode de refroidissement, le fluide réfrigérant circulant successivement dans :
• un compresseur, • un condenseur destiné à relâcher de l’énergie calorifique du fluide réfrigérant dans un premier fluide caloporteur, • un dispositif de détente, et • un évaporateur destiné à récupérer de l’énergie calorifique d’un deuxième fluide caloporteur et de la transférer au fluide réfrigérant, ledit circuit de climatisation comportant une unité centrale de contrôle apte à contrôler l’ouverture du dispositif de détente, ledit procédé comportant :
• une étape de :
° calcul de l’ouverture Cestim du dispositif de détente à partir de mesures de paramètres de fonctionnement du circuit de climatisation, et de ° détermination d’une surchauffe consigne SHcomp_in_sp en fonction de l’état du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur et de la température Text du premier fluide caloporteur avant sa traversée du condenseur, SHcomp_in_sp étant comprise entre une surchauffe minimale SHcomp_in_sp_min et une surchauffe maximale SHcomp_in_sp_max, SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max étant déterminées en fonction de la température Text du premier fluide caloporteur avant sa traversée du condenseur, du débit du deuxième fluide caloporteur traversant l’évaporateur et de la température du deuxième fluide caloporteur avant sa traversée de l’évaporateur, • une étape d’ouverture du dispositif de détente selon Cestim et de contrôle de la surchauffe SHcomp_in en faisant varier l’ouverture du dispositif de détente de sorte à atteindre la surchauffe consigne SHcomp_in_sp et maintenir SHcomp_in entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max.
Selon un aspect du procédé de gestion, SHcomp_in est calculé selon la formule suivante
SHcomp_in = Tcomp_in - Tsat(Pcomp_in) dans laquelle,
Tcomp_in est la température du fluide réfrigérant en entrée du compresseur, et
Tsat(Pcomp_in) est la température de saturation du fluide réfrigérant à la pression Pcomp_in en entrée du compresseur.
Selon un autre aspect du procédé de gestion, le calcul de l’ouverture Cestim du dispositif de détente est réalisé selon l’une des formules suivantes :
Cestim = Kl * (Tevapo - Tevapo_sp) + K2 * (Tsat(Pcomp_out) - Texl) ou
Cestim = Kl’ * (Pcomp_in - Psal(Tevapo_sp)) + K2 * (Tsat(Pcomp_out) - Texl) dans lesquelles,
Tevapo est la température du second fluide caloporteur en sortie de l’évaporateur,
Tevapo_sp est une température consigne du second fluide caloporteur en sortie de l’évaporateur,
Tsat(Pcomp_out) est la température de saturation du fluide réfrigérant à la pression Pcomp_out du fluide réfrigérant en sortie du compresseur,
Text est la température du premier fluide caloporteur avant sa traversée du condenseur,
Pcomp_in est la pression du fluide réfrigérant en entrée du compresseur,
Psat(Tevapo_sp) est la pression de saturation du fluide réfrigérant à la température consigne Tevapo du second fluide caloporteur en sortie de l’évaporateur,
Kl étant la pente moyenne Δ&ATevapo avec AC étant la variation de l’ouverture du dispositif de détente et de ATevapo la variation de Tevapo mesurées lors d’expérimentation où l’on fait varier l’ouverture du dispositif de détente pour un régime du compresseur donné, un débit donné du premier fluide caloporteur traversant le condenseur et selon la valeur de Text,
K l’étant la pente moyenne ACI APcomp_in avec AC étant la variation de l’ouverture du dispositif de détente et de APcomp_in la variation de Pcomp_in mesurées lors d’expérimentation où l’on fait varier l’ouverture du dispositif de détente pour un régime du compresseur donné et un débit donné de premier fluide caloporteur traversant le condenseur et selon la valeur de Text. et
K2 étant la pente moyenne AC/A(Tsat(Pcomp_out) - Text) avec AC étant la variation de l’ouverture du dispositif de détente et de A(Tsat(Pcomp_out) - Text) la variation de (Tsat(Pcomp_out) - Text) mesurées et calculées lors d’expérimentation où l’on fait varier l’ouverture du dispositif de détente pour un régime du compresseur donné et un débit donné de premier fluide caloporteur traversant le condenseur et selon la valeur de Text.
Selon un autre aspect du procédé de gestion, la détermination de la surchauffe consigne SHcomp_in_sp est telle que :
• pour une valeur de Text inférieure à une valeur définie Tl, la valeur de SHcomp_in_sp permet une optimisation du coefficient de performance du circuit de climatisation et permet au fluide réfrigérant d’être dans un état gazeux à au moins 90 % à son entrée dans le compresseur, • pour une valeur de Text supérieure à une valeur définie T2, la valeur de SHcomp_in_sp permet au fluide réfrigérant d’être à une température inférieure à la température limite de fonctionnement du compresseur, • pour une valeur de Text comprise entre Tl et T2, la valeur de SHcomp_in_sp permet une optimisation du coefficient de performance du circuit de climatisation et de la puissance de refroidissement du deuxième fluide caloporteur.
Selon un autre aspect du procédé de gestion, SHcomp_in_sp_min est comprise entre 3 et 20 °K et SHcomp_in_sp_max est comprise ente 8 et 25 °K.
Selon un autre aspect du procédé de gestion, lors de l’étape de contrôle de la surchauffe SHcomp_in :
• si SHcomp_in est inférieure à SHcomp_in_sp_min ou supérieure à SHcomp_in_sp_max, l’augmentation ou la diminution de l’ouverture du dispositif de détente est réalisée par un contrôleur proportionnel intégral, • si SHcomp_in est compris entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max, l’augmentation ou la diminution de l’ouverture du dispositif de détente est réalisée par un contrôleur proportionnel.
Selon un autre aspect du procédé de gestion, le circuit de climatisation comporte un échangeur de chaleur interne apte à permettre les échanges d’énergie calorifique entre le fluide réfrigérant en sortie du condenseur et le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
la figure la montre une représentation schématique d'un circuit de climatisation selon un premier mode de réalisation, la figure lb montre un diagramme pression/enthalpie du circuit de climatisation de la figure la, la figure 2a montre une représentation schématique d’un circuit de climatisation selon un deuxième mode de réalisation, la figure 2b montre un diagramme pression/enthalpie du circuit de climatisation de la figure 2a, la figure 3 montre une représentation schématique d'un circuit de climatisation selon un mode de réalisation particulier, la figure 4 montre un diagramme de l’évolution de la surchauffe en fonction de la température d’un premier fluide caloporteur, la figure 5 montre un diagramme de l’évolution de différents paramètres en fonction du temps lors du fonctionnement du circuit de climatisation.
Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
Dans la présente description, on entend par « placé en amont » qu’un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par « placé en aval » qu’un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide.
La figure la montre un circuit de climatisation 1 simple, notamment pour véhicule automobile, dans lequel circule un fluide réfrigérant. Ce circuit de climatisation 1 comporte notamment dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
• un compresseur 3, • un premier échangeur de chaleur jouant le rôle d’un condenseur 5, • un dispositif de détente 7, plus précisément dans le cas présent une vanne électronique d’expansion, • un deuxième échangeur de chaleur jouant le rôle d’un évaporateur 9.
Le condenseur 5 est notamment destiné à relâcher de l’énergie calorifique du fluide réfrigérant dans un premier fluide caloporteur 50. Ce premier fluide caloporteur 50 peut par exemple être un flux d’air extérieur lorsque le premier échangeur de chaleur est par exemple disposé en face avant du véhicule automobile. Une autre possibilité peut également être que le premier fluide caloporteur 50 est un fluide circulant dans une autre boucle de gestion de température, par exemple lorsque le premier échangeur de chaleur est un échangeur bifluide, cela est notamment le cas dans le cadre d’un circuit de climatisation indirect.
L’évaporateur 9 est quant à lui destiné à récupérer de l’énergie calorifique d’un deuxième fluide caloporteur 90 et de la transférer au fluide réfrigérant. Ce deuxième fluide caloporteur 90 peut par exemple être un flux d’air allant vers l’habitacle lorsque le deuxième échangeur de chaleur est par exemple disposé dans un dispositif de chauffage, ventilation et climatisation. Une autre possibilité peut également être que le deuxième fluide caloporteur 90 est un fluide circulant dans une autre boucle de gestion de température, par exemple lorsque le deuxième échangeur de chaleur est un échangeur bifluide.
Le circuit de climatisation 1 comporte également une unité centrale de contrôle
10. Cette unité centrale de contrôle 10 est notamment reliée au compresseur 3 afin de contrôler son régime et ainsi contrôler la pression du fluide réfrigérant. L’unité centrale de contrôle 10 est également reliée au dispositif de détente 7 afin de contrôler et commander son ouverture et ainsi contrôler la perte de pression du fluide réfrigérant lorsqu’il la traverse.
L’unité centrale de contrôle 10 peut également être reliée à un premier capteur 11 de la température Text du premier fluide caloporteur 50 avant sa traversée du condenseur 5. Plus précisément, Text peut correspondre à la température ambiante extérieure de l’air.
L’unité centrale de contrôle 10 peut être reliée à un deuxième capteur 12 de la pression Pcomp_out du fluide réfrigérant en sortie du compresseur 3. Ce deuxième capteur 12 peut notamment être disposé en aval du compresseur 3, entre ledit compresseur 3 et le condenseur 5.
L’unité centrale de contrôle 10 peut être reliée à un troisième capteur 13 de la pression Pcomp_in du fluide réfrigérant avant son entrée dans le compresseur 3. Ce troisième capteur 13 peut notamment être disposé en amont du compresseur 3, entre Γévaporateur 9 et ledit compresseur 3.
L’unité centrale de contrôle peut être reliée à un quatrième capteur 14 de la température Tcomp_in du fluide réfrigérant avant son entrée dans le compresseur 3. Ce quatrième capteur 14 peut notamment être disposé en amont du compresseur 3, entre Γévaporateur 9 et ledit compresseur 3.
Le troisième 13 et quatrième 14 capteurs peuvent plus particulièrement n’être qu’un seul capteur pression/température disposé en amont du compresseur 3, entre Γévaporateur 9 et ledit compresseur 3.
L’unité centrale de contrôle peut être reliée à un cinquième capteur 15 de la température Tevapo du deuxième fluide caloporteur 90 après qu’il ait traversé Γévaporateur 9.
En fonctionnement, en mode de refroidissement, comme le montre la figure lb, le fluide réfrigérant est en phase gazeuse à basse pression avant d’entrer dans le compresseur 3. En traversant le compresseur 3 le fluide réfrigérant subit une augmentation de sa pression et passe à haute pression comme le montre la flèche 300.
Le fluide réfrigérant traverse ensuite le condenseur 5 et transfert de l’enthalpie au premier fluide caloporteur 50 comme le montre la flèche 500. le fluide réfrigérant franchit une première fois sa courbe de saturation X et passe dans un état biphasique. Le fluide réfrigérant peut également franchir une deuxième fois sa courbe de saturation X pour passer en phase liquide. La différence entre la température du fluide réfrigérant en sortie du condenseur 5 et sa température de saturation à cette pression est appelée sousrefroidissement SC.
Le fluide réfrigérant passe ensuite au travers du dispositif de détente 7 et subit une perte de pression pour passer à basse pression, comme le montre la flèche 700. Le fluide réfrigérant franchit de nouveau sa courbe de saturation X et passe dans un état diphasique. Le fluide réfrigérant traverse ensuite l’évaporateur 9 dans lequel le fluide réfrigérant absorbe de l’énergie calorifique du deuxième fluide caloporteur 90, refroidissant ce dernier, comme le montre la flèche 900. Le fluide réfrigérant traverse sa courbe de saturation X et repasse alors en phase gazeuse avant de rejoindre le compresseur 3. La différence entre la température Tcomp_in du fluide réfrigérant avant qu’il ne traverse le compresseur 3 (mesurée par le quatrième capteur 14) et sa température de saturation à cette pression Tsat(Pcomp_in), correspond à une surchauffe SHcomp_in du fluide réfrigérant.
Ainsi, Shcomp_in = Tcomp_in - Tsat(Pcomp_in).
Comme le montre la figure 2a, le circuit de climatisation 1 peut également comporter un échangeur de chaleur interne 20 apte à permettre les échanges d’énergie calorifique entre le fluide réfrigérant en sortie du condenseur 5 et le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur 9. Cet échangeur de chaleur interne 20 comporte notamment une entrée et une sortie de fluide réfrigérant en provenance du condenseur 5, ainsi qu'une entrée et une sortie de fluide réfrigérant de l’évaporateur 9.
En fonctionnement, et comme le montre la figure 2b, les étapes sont similaires à celles des figures la et lb, à la différence que l’échangeur de chaleur interne 20 absorbant de l’enthalpie au fluide réfrigérant comme le montre la flèche 200a et en la transférant au fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur 9 comme le montre la flèche
200b. Le sous-refroidissement SR du fluide réfrigérant avant qu’il ne traverse le dispositif de détente 7 et la surchauffe SHcomp_in du fluide réfrigérant avant qu’il ne rentre dans le compresseur 3 sont tous deux augmentés sous l’effet de l’échangeur de chaleur interne 20. Cela permet notamment une augmentation du coefficient de performance du circuit de climatisation 1.
Le circuit de climatisation 1 peut par exemple être un circuit de climatisation inversible indirect 1 comme illustré sur la figure 3. Ce circuit de climatisation inversible indirect 1 peut fonctionner dans différents modes de fonctionnement dont un mode de refroidissement.
Ce circuit de climatisation inversible indirect 1 comporte notamment :
• une première boucle de fluide réfrigérant A dans laquelle circule le fluide réfrigérant, • une deuxième boucle de fluide caloporteur B dans laquelle circule le premier fluide caloporteur 50, et • un échangeur de chaleur bifluide correspondant au condenseur 5 agencé conjointement sur la première boucle de fluide réfrigérant A et sur la deuxième boucle de fluide caloporteur B, de façon à permettre les échanges de chaleur entre ladite première boucle de fluide réfrigérant A et ladite deuxième boucle de fluide caloporteur B.
La première boucle de fluide réfrigérant A, représentée en trait plein sur la figure
3, comporte plus particulièrement dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
° un compresseur 3, ° l'échangeur de chaleur bifluide 5, disposé en aval dudit compresseur 3, ° un premier dispositif de détente 7, plus précisément une vanne électronique d’expansion, ° un évaporateur 9 étant destiné à être traversé par le deuxième fluide caloporteur 90 qui est ici un flux d'air intérieur au véhicule automobile allant vers l’habitacle, ° un deuxième dispositif de détente 21, par exemple un orifice tube, ° un évapo-condenseur 13 étant destiné à être traversé par un flux d'air extérieur 200 au véhicule automobile, et ° une conduite de contournement 30 de Γévapo-condenseur 13.
La conduite de contournement 30 peut relier plus spécifiquement un premier point de raccordement 31 et un deuxième point de raccordement 32.
Le premier point de raccordement 31 est de préférence disposé, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, en aval de Γévaporateur 9, entre ledit évaporateur 9 et Γévapo-condenseur 13. Plus particulièrement, et comme illustré sur la figure 3, le premier point de raccordement 31 est disposé entre l’évaporateur 9 et le deuxième dispositif de détente 21. Il est cependant tout à fait possible d'imaginer que le premier point de raccordement 31 soit disposé entre le deuxième dispositif de détente 21 et Γévapo-condenseur 13 du moment que le fluide réfrigérant a la possibilité de contourner le deuxième dispositif de détente 21 ou de le traverser sans subir de perte de pression.
Le deuxième point de raccordement 32 est quant à lui de préférence disposé en aval de l’évapo-condenseur 13, entre ledit évapo-condenseur 13 et le compresseur 3.
Le circuit de climatisation inversible indirecte 1 comporte également un dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance de l’évaporateur 9 vers l’évapo-condenseur 13 ou vers la conduite de contournement 30.
Ce dispositif de redirection du fluide réfrigérant en provenance de l’évaporateur 9 peut notamment comporter :
• une première vanne d'arrêt 22 disposée en aval du premier point de raccordement 31, entre ledit premier point de raccordement 31 et le deuxième dispositif de détente 21, • une deuxième vanne d'arrêt 33 disposée sur la conduite de contournement 30, et • un clapet antiretour 23 disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 13, entre ledit évapo-condenseur 13 et le deuxième point de raccordement
32.
Une autre alternative (non représentée) peut également être de disposer une vanne trois-voies au niveau du premier point de raccordement 31.
Par vanne d'arrêt, clapet antiretour, vanne trois-voies ou dispositif de détente avec fonction d'arrêt, on entend ici des éléments mécaniques ou électromécaniques pouvant être pilotés par l’unité centrale de contrôle 10.
Comme illustré sur la figure 3, la première boucle de fluide réfrigérant A peut comporter, en supplément de l’échangeur de chaleur interne 20, un deuxième échangeur de chaleur interne 20' permettant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en sortie de l’échangeur de chaleur interne 20 et le fluide réfrigérant à basse pression circulant dans la conduite de contournement 30, c’est-à-dire en provenance du premier point de raccordement 31. Par fluide réfrigérant à haute pression on entend par là un fluide réfrigérant ayant subi une augmentation de pression au niveau du compresseur 3 et qu'il n'a pas encore subi de perte de pression du fait de la vanne électronique d’expansion 7 ou de l’orifice tube 11. Ce deuxième échangeur de chaleur interne 20' comporte notamment une entrée et une sortie de fluide réfrigérant en provenance du premier point de raccordement 31, ainsi qu'une entrée et une sortie de fluide réfrigérant à haute pression en provenance de l’échangeur de chaleur interne 20.
Au moins un des deux échangeurs de chaleur interne 20, 20’peut être un échangeur de chaleur coaxial, c'est à dire comportant deux tubes coaxiaux et entre lesquels s'effectuent les échanges de chaleur.
De préférence, l’échangeur de chaleur interne 20 peut être un échangeur de chaleur interne coaxial d'une longueur comprise entre 50 et 120mm alors que le deuxième échangeur de chaleur interne 20' peut être un échangeur de chaleur interne coaxial d'une longueur comprise entre 200 et 700mm.
La première boucle de fluide réfrigérant A peut comporter une bouteille déshydratante 18 disposée en aval de l'échangeur de chaleur bifluide 5, plus précisément entre ledit échangeur de chaleur bifluide 5 et l’échangeur de chaleur interne 20. Une telle bouteille déshydratante 18 disposée sur le côté haute pression du circuit de climatisation, c'est à dire en aval du compresseur 3 et en amont d'un dispositif de détente, a un encombrement moindre ainsi qu'un coût réduit par rapport à d'autres solutions de séparation de phase comme un accumulateur qui serait disposé du côté basse pression du circuit de climatisation, c'est à dire en amont du compresseur 3, notamment en amont de l’échangeur de chaleur interne 20.
La deuxième boucle de fluide caloporteur B, représentée en trait comprenant trois tirets et deux points sur la figure 3, peut comporter quant à elle :
° l'échangeur de chaleur bifluide 5, ° une première conduite de circulation 70 du premier fluide caloporteur 50 comportant un radiateur interne 54 destiné à être traversé par le flux d'air intérieur 90 au véhicule automobile, et reliant un premier point de jonction 61 disposé en aval de l'échangeur de chaleur bifluide 5 et un deuxième point de jonction 62 disposé en amont dudit échangeur de chaleur bifluide 5, ° une deuxième conduite de circulation 60 de fluide caloporteur comportant un radiateur externe 64 destiné à être traversé par le flux d'air extérieur 200 au véhicule automobile, et reliant le premier point de jonction 61 disposé en aval de l'échangeur de chaleur bifluide 5 et le deuxième point de jonction 62 disposé en amont dudit échangeur de chaleur bifluide 5, et ° une pompe 17 disposée en aval ou en amont de l'échangeur de chaleur bifluide 5, entre le premier point de jonction 61 et le deuxième point de jonction 62.
Le circuit de climatisation inversible indirecte 1 comporte au sein de la deuxième boucle de fluide caloporteur B un dispositif de redirection du fluide caloporteur en provenance de l'échangeur de chaleur bifluide 5 vers la première conduite de circulation 70 et/ou vers la deuxième conduite de circulation 60.
Comme illustré sur la figure 3, le dispositif de redirection du fluide caloporteur en provenance de l'échangeur de chaleur bifluide 5 peut notamment comporter une quatrième vanne d'arrêt 63 disposée sur la deuxième conduite de circulation 60 afin de bloquer ou non le premier fluide caloporteur et l’empêcher de circuler dans ladite deuxième conduite de circulation 60.
Le circuit de climatisation inversible indirect 1 peut également comporter un volet d'obstruction 310 du flux d'air intérieur 100 traversant le troisième échangeur de chaleur 54.
Ce mode de réalisation permet notamment de limiter le nombre de vannes sur la deuxième boucle de fluide caloporteur B et ainsi permet de limiter les coûts de production.
Selon un mode de réalisation alternatif non représenté le dispositif de redirection du fluide caloporteur en provenance de l'échangeur de chaleur bifluide 5 peut notamment comporter une quatrième vanne d'arrêt 63 disposée sur la deuxième conduite de circulation 60 afin de bloquer ou non le fluide caloporteur et de l’empêcher de circuler dans ladite deuxième conduite de circulation 60, et une cinquième vanne d'arrêt disposée sur la première conduite de circulation 70 afin de bloquer ou non le fluide caloporteur et de l’empêcher de circuler dans ladite première conduite de circulation 70.
La deuxième boucle de fluide caloporteur B peut également comporter un élément électrique chauffant 55 du fluide caloporteur. Ledit élément électrique chauffant 55 est notamment disposé, dans le sens de circulation du fluide caloporteur, en aval de l'échangeur de chaleur bifluide 5, entre ledit échangeur de chaleur bifluide 5 et le premier point de jonction 61.
En mode de refroidissement, le fluide réfrigérant ne passe pas par l’évapocondenseur 13 mais passe par la conduite de contournement 30. Le premier fluide réfrigérant 50 passe quant à lui dans le radiateur externe 64 afin d’évacuer de l’énergie calorifique dans le flux d’air externe 200.
H est tout à fait possible également d’imaginer une autre architecture du circuit de climatisation 1 sans pour autant sortir du cadre de l’invention du moment qu’en mode refroidissement, le fluide réfrigérant passe successivement par un compresseur 3, un condenseur 5, un dispositif de détente 7 et un évaporateur 9.
La présente invention concerne notamment un procédé de gestion du circuit de climatisation 1 en mode refroidissement et plus précisément de la gestion du contrôle de l’ouverture du dispositif de détente 7 et donc de la perte de pression du fluide réfrigérant lorsqu’il traverse ledit dispositif de détente 7.
Le procédé de gestion comporte notamment :
• une première étape de :
° calcul de l’ouverture Cestim du dispositif de détente 7 à partir de mesures de paramètres de fonctionnement du circuit de climatisation 1, et de ° détermination d’une surchauffe consigne SHcomp_in_sp en fonction de l’état du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur 9 et de la température Text du premier fluide caloporteur. Dans cette première étape, SHcomp_in_sp est comprise entre une surchauffe minimale
SHcomp_in_sp_min et une surchauffe maximale Shcomp_in_sp_max, • une deuxième étape d’ouverture du dispositif de détente 7 selon Cestim et de contrôle de la surchauffe SHcomp_in en faisant varier l’ouverture du dispositif de détente 7 de sorte à atteindre la surchauffe consigne SHcomp_in_sp et maintenir SHcomp_in entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max.
Le calcul de l’ouverture Cestim du dispositif de détente 7 et la détermination de la surchauffe consigne Shcomp_in sont réalisés simultanément par l’unité centrale de contrôle 10.
Lors de la première étape, le calcul de l’ouverture Cestim du dispositif de détente 7 est réalisé selon l’une des formules suivantes :
Cestim = Kl * (Tevapo - Tevapo_sp) + K2 * (Tsat(Pcomp_out) - Text) ou
Cestim = Kl’ * (Pcomp_in - Psat(Tevapo_sp)) + K2 * Clsal(Pcomp oul) - Text)
Tevapo est la température du second fluide caloporteur 90 en sortie de Γévaporateur 9, mesurée par le cinquième capteur 15,
Tevapo_sp est une température consigne du second fluide caloporteur 90 en sortie de l’évaporateur 9. Cette température consigne Tevapo_sp est déterminée par l’unité centrale de contrôle 10 en fonction de la température demandée par t’utilisateur à l’intérieur de habitacle par exemple.
Tsat(Pcomp_out) est la température de saturation du fluide réfrigérant à la pression Pcomp_out du fluide réfrigérant en sortie du compresseur 3, la pression Pcomp_out étant mesurée par le deuxième capteur 12.
Text est la température du premier fluide caloporteur 50 avant sa traversée du condenseur 5, mesurée par le premier capteur 11.
Pcomp_in est la pression du fluide réfrigérant en entrée du compresseur 3, mesurée par le troisième capteur 13.
Psat(Tevapo_sp) est la pression de saturation du fluide réfrigérant à la température consigne Tevapo du second fluide caloporteur 90 en sortie de l’évaporateur 90.
Kl correspond à la pente moyenne Δ&STevapo avec AC étant la variation de l’ouverture du dispositif de détente 7 et de STevapo la variation de Tevapo mesurées lors d’expérimentation où l’on fait varier l’ouverture du dispositif de détente 7 pour un régime du compresseur 3 donné, un débit donné du premier fluide caloporteur 50 traversant le condenseur 5 et selon la valeur de Text. Cette constante Kl est déterminée par expérimentation et par les données stockées dans t’unité centrale de commande 10. La variation de l’ouverture du dispositif de détente 7 AC s’effectue entre son ouverture maximum et son ouverture minimum.
Kl’ correspond à la pente moyenne Δ&\Pcomp_in avec AC étant la variation de l’ouverture du dispositif de détente 7 et de \Pcomp_in la variation de Pcomp_in mesurées lors d’expérimentation où l’on fait varier l’ouverture du dispositif de détente 7 pour un régime du compresseur 3 donné et un débit donné de premier fluide caloporteur 50 traversant le condenseur 5 et selon la valeur de Text. Cette constante Kl’ est déterminée par expérimentation et par les données stockées dans t’unité centrale de commande 10. La variation de l’ouverture du dispositif de détente 7 AC s’effectue entre son ouverture maximum et son ouverture minimum.
K2 correspond à la pente moyenne \C/\(Tsat(Pcomp_out) - Text) avec AC étant la variation de l’ouverture du dispositif de détente 7 et de \(Tsat(Pcomp_out) Text) la variation de (Tsat(Pcomp_out) - Text) mesurées et calculées lors d’expérimentation où l’on fait varier l’ouverture du dispositif de détente 7 pour un régime du compresseur 3 donné et un débit donné de premier fluide caloporteur 50 traversant le condenseur 5 et selon la valeur de Text. Cette constante Kl’ est déterminée par expérimentation et par les données stockées dans t’unité centrale de commande 10. La variation de l’ouverture du dispositif de détente 7 AC s’effectue entre son ouverture maximum et son ouverture minimum.
Les valeurs SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max sont obtenues par expérimentation et sont déterminées en fonction :
• de la température Text du premier fluide caloporteur 50 avant sa traversée du condenseur 5, • du débit du deuxième fluide caloporteur 90 traversant l’évaporateur 9, et • de la température du deuxième fluide caloporteur 90 avant sa traversée de l’évaporateur 9.
Les données concernant SHcomp_in_sp_min et Shcomp_in_sp_max sont stockées dans Γunité centrale de commande 10.
Par exemple, pour un fluide réfrigérant tel que le R 134a, SHcomp_in_sp_min peut être comprise entre 3 et 20 °K et SHcomp_in_sp_max comprise ente 8 et 25 °K. SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max sont variables en fonction de la nature du fluide réfrigérant et de l’architecture du circuit de climatisation 1.
La détermination de la surchauffe consigne SHcomp_in_sp est notamment illustrée sur le diagramme de la figure 4.
Pour une valeur de Text inférieure à une valeur définie Tl, la valeur de Shcomp_in_sp, toujours comprise entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max, permet une optimisation du coefficient de performance du circuit de climatisation 1 et permet au fluide réfrigérant d’être dans un état gazeux à au moins 90 % à son entrée dans le compresseur 3.
Pour une valeur de Text supérieure à une valeur définie T2, la valeur de SHcomp_in_sp, toujours comprise entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max, permet au fluide réfrigérant d’être à une température inférieure à la température limite de fonctionnement du compresseur 3 et ainsi évite que ce dernier ne s’arrête en se mettant en sécurité.
Pour une valeur de Text comprise entre Tl et T2, la valeur de SHcomp_in_sp, toujours comprise entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max, permet une optimisation du coefficient de performance du circuit de climatisation 1 et de la puissance de refroidissement du deuxième fluide caloporteur 90.
Lors de la deuxième étape de contrôle de la surchauffe Shcomp_in, si SHcomp_in est inférieure à SHcomp_in_sp_min alors l’unité de contrôle 10 va diminuer l’ouverture du dispositif de détente 7 afin d’augmenter la surchauffe SHcomp_in. Si SHcomp_in est supérieure à SHcomp_in_sp_max alors l’unité de contrôle 10 va augmenter l’ouverture du dispositif de détente 7 afin de réduire la surchauffe SHcomp_in. L’augmentation ou la diminution de l’ouverture du dispositif de détente 7 est préférentiellement réalisée par un contrôleur proportionnel intégral.
Si SHcomp_in est compris entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max, l’augmentation ou la diminution de l’ouverture du dispositif de détente 7 est préférentiellement réalisée par un contrôleur proportionnel.
Le fait d’avoir un contrôle mixte par un contrôleur proportionnel intégral et un contrôleur proportionnel permet d’arriver rapidement à la surchauffe consigne SHcomp_in_sp et de maintenir et de stabiliser efficacement SHcomp_in entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max.
La figure 5 montre un diagramme montrant en traits pleins l’évolution, en fonction du temps, exprimé en minutes, de :
• la température Tevapo illustrée par la courbe 101a, • la surchauffe SHcomp_in illustrée par la courbe 102a, et • l’ouverture 103a du dispositif de détente 7, exprimé en impulsions / 100.
Ces courbes en traits pleins sont réalisées après démarrage pour un circuit de climatisation selon l’art antérieur.
En traits pointillés sont représentés l’évolution de la température Tevapo (courbe 101b), de la surchauffe SHcomp_in (courbe 102b) et de l’ouverture (courbe 103b) du dispositif de détente 7 après démarrage pour un circuit de climatisation utilisant un procédé de gestion selon Γinvention.
Pour ce diagramme de la figure 5, le fluide réfrigérant choisi est le R134a et la température Text est de 45°C.
On remarque alors que le procédé de gestion selon l’invention permet une augmentation de la surchauffe SHcom_in 102b par rapport à la surchauffe SHcom_in 5 102a. Cette surchauffe SHcom_in 102b est plus importante du fait que l’ouverture 103b selon l’invention est plus faible que l’ouverture 103a selon l’art antérieur. Du fait de cette surchauffe SHcom_in 102b plus importante, la température Tevapo 101b selon l’invention est plus faible que la température Tevapo 101a selon l’art antérieur. Le coefficient de performance est alors augmenté par rapport à l’art antérieur, car le 10 compresseur 3 est à un régime identique que ce soit pour l’art antérieur ou pour le procédé de gestion selon l’invention.
Ainsi, on voit bien que le procédé de gestion selon l’invention permet une bonne gestion et un bon contrôle de l’ouverture du dispositif de détente 7 permettant un bon 15 coefficient de performance du circuit de climatisation 1 en mode de refroidissement.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de gestion d’un circuit de climatisation (1) à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant dans un mode de refroidissement, le fluide réfrigérant circulant successivement dans :
    • un compresseur (3), • un condenseur (5) destiné à relâcher de l’énergie calorifique du fluide réfrigérant dans un premier fluide caloporteur (50), • un dispositif de détente (7), et • un évaporateur (9) destiné à récupérer de l’énergie calorifique d’un deuxième fluide caloporteur (90) et de la transférer au fluide réfrigérant, ledit circuit de climatisation (1) comportant une unité centrale de contrôle (10) apte à contrôler l’ouverture du dispositif de détente (7), ledit procédé comportant :
    • une étape de :
    ° calcul de l’ouverture Cestim du dispositif de détente (7) à partir de mesures de paramètres de fonctionnement du circuit de climatisation (1), et de ° détermination d’une surchauffe consigne SHcomp_in_sp en fonction de l’état du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur (9) et de la température Text du premier fluide caloporteur (50) avant sa traversée du condenseur (5), SHcomp_in_sp étant comprise entre une surchauffe minimale SHcomp_in_sp_min et une surchauffe maximale SHcomp_in_sp_max, SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max étant déterminées en fonction de la température Text du premier fluide caloporteur (50) avant sa traversée du condenseur (5), du débit du deuxième fluide caloporteur (90) traversant l’évaporateur (9) et de la température du deuxième fluide caloporteur (90) avant sa traversée de l’évaporateur (9), • une étape d’ouverture du dispositif de détente (7) selon Cestim et de contrôle de la surchauffe SHcomp_in en faisant varier l’ouverture du dispositif de détente (7) de sorte à atteindre la surchauffe consigne SHcomp_in_sp et maintenir SHcomp_in entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max.
  2. 2. Procédé de gestion d’un circuit de climatisation (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que SHcomp_in est calculé selon la formule suivante
    SHcomp_in = Tcomp_in - Tsat(Pcomp_in) dans laquelle,
    Tcomp_in est la température du fluide réfrigérant en entrée du compresseur (3), et
    Tsat(Pcomp_in) est la température de saturation du fluide réfrigérant à la pression Pcomp_in en entrée du compresseur (3).
  3. 3. Procédé de gestion d’un circuit de climatisation (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calcul de l’ouverture Cestim du dispositif de détente (7) est réalisé selon l’une des formules suivantes :
    Cestim = Kl * (Tevapo - Tevapo_sp) + K2 * (Tsat(Pcomp_out) - Texl) ou
    Cestim = Kl’ * (Pcomp_in - Psal(Tevapo_sp)) + K2 * Clsal(Pcomp oul) - Texl) dans lesquelles,
    Tevapo est la température du second fluide caloporteur (90) en sortie de l’évaporateur (9),
    Tevapo_sp est une température consigne du second fluide caloporteur (90) en sortie de l’évaporateur (9),
    Tsat(Pcomp_out) est la température de saturation du fluide réfrigérant à la pression Pcomp_out du fluide réfrigérant en sortie du compresseur (3),
    Text est la température du premier fluide caloporteur (50) avant sa traversée du condenseur (5),
    Pcomp_in est la pression du fluide réfrigérant en entrée du compresseur (3),
    Psat(Tevapo_sp) est la pression de saturation du fluide réfrigérant à la température consigne Tevapo du second fluide caloporteur (90) en sortie de l’évaporateur (90),
    Kl étant la pente moyenne Δ&ATevapo avec AC étant la variation de l’ouverture du dispositif de détente (7) et de ATevapo la variation de Tevapo mesurées lors d’expérimentation où l’on fait varier l’ouverture du dispositif de détente (7) pour un régime du compresseur (3) donné, un débit donné du premier fluide caloporteur (50) traversant le condenseur (5) et selon la valeur de Text,
    Kl’étant la pente moyenne ACIAPcompJn avec AC étant la variation de l’ouverture du dispositif de détente (7) et de \Pcomp_in la variation de Pcomp_in mesurées lors d’expérimentation où l’on fait varier l’ouverture du dispositif de détente (7) pour un régime du compresseur (3) donné et un débit donné de premier fluide caloporteur (50) traversant le condenseur (5) et selon la valeur de Text. et
    K2 étant la pente moyenne Δ&\(Tsat(Pcomp_out) - Text) avec AC étant la variation de l’ouverture du dispositif de détente (7) et de A(Tsal(Pcomp_oiil) ~ Text) la variation de (Tsat(PcomP-°ut) ~ Text) mesurées et calculées lors d’expérimentation où l’on fait varier l’ouverture du dispositif de détente (7) pour un régime du compresseur (3) donné et un débit donné de premier fluide caloporteur (50) traversant le condenseur (5) et selon la valeur de Text.
  4. 4. Procédé de gestion d’un circuit de climatisation (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détermination de la surchauffe consigne SHcomp_in_sp est telle que :
    • pour une valeur de Text inférieure à une valeur définie Tl, la valeur de SHcomp_in_sp permet une optimisation du coefficient de performance du circuit de climatisation (1) et permet au fluide réfrigérant d’être dans un état gazeux à au moins 90 % à son entrée dans le compresseur (3), • pour une valeur de Text supérieure à une valeur définie T2, la valeur de SHcomp_in_sp permet au fluide réfrigérant d’être à une température inférieure à la température limite de fonctionnement du compresseur (3), • pour une valeur de Text comprise entre Tl et T2, la valeur de SHcomp_in_sp permet une optimisation du coefficient de performance du circuit de climatisation (1) et de la puissance de refroidissement du deuxième fluide caloporteur (90).
  5. 5. Procédé de gestion d’un circuit de climatisation (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que SHcomp_in_sp_min est comprise entre 3 et 20 °K et SHcomp_in_sp_max est comprise ente 8 et 25 °K.
  6. 6. Procédé de gestion d’un circuit de climatisation (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l’étape de contrôle de la surchauffe SHcomp_in :
    • si SHcomp_in est inférieure à SHcomp_in_sp_min ou supérieure à SHcomp_in_sp_max, l’augmentation ou la diminution de l’ouverture du dispositif de détente (7) est réalisée par un contrôleur proportionnel intégral, • si SHcomp_in est compris entre SHcomp_in_sp_min et SHcomp_in_sp_max, l’augmentation ou la diminution de l’ouverture du dispositif de détente (7) est réalisée par un contrôleur proportionnel.
  7. 7. Procédé de gestion d’un circuit de climatisation (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un échangeur de chaleur interne (20) apte à permettre les échanges d’énergie calorifique entre le fluide réfrigérant en sortie du condenseur (5) et le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur (9).
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