FR3071911A1 - Systeme de climatisation multi-evaporateurs a deux niveaux de pression, notamment pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
Système de climatisation (1), destiné à être intégré dans un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant une boucle principale (10) comportant un échangeur de chaleur (11), et un compresseur (12) disposé en amont dudit échangeur de chaleur (11), ledit système de climatisation comprenant au moins trois boucles froides (20, 30, 40) comprenant chacune un détendeur (22, 32, 32), un échangeur de chaleur (23, 33, 33) disposé en aval dudit détendeur (22, 32, 32) associé et une vanne amont (21, 31, 41) disposée en amont dudit détendeur (22, 32, 42) associé, la boucle principale (10) et les trois boucles froides (20, 30, 40) étant parallèles entre elles et parcourues par un fluide frigorigène, ledit système de climatisation comprenant en outre une boucle secondaire (50) parcourue par un fluide secondaire, et disposée en parallèle de la troisième boucle froide (40), ladite boucle secondaire (50) comprenant au moins le troisième échangeur de chaleur (43), un quatrième échangeur de chaleur (51) et une pompe (52). Le système de climatisation comprend un régulateur de pression (44) disposé en aval du troisième échangeur de chaleur (43).
Description
La présente invention concerne le domaine des systèmes de climatisation de véhicules automobiles.
Plus particulièrement, l’invention concerne les systèmes de climatisation dits « multi-évaporateurs » comprenant un seul compresseur et au moins deux boucles froides positionnées en parallèle comportant chacune un échangeur de chaleur.
De manière générale, les échangeurs de chaleur de tels systèmes de climatisation « multi-évaporateurs » sont destinés à être intégrés dans différentes installations de chauffage, ventilation et climatisation d’air, dites « HVAC, Heating, Ventilation, Airconditionning » en termes anglo-saxons afin d’assurer une capacité de refroidissement à différents endroits du véhicule automobile.
De tels systèmes de climatisation « multi-évaporateurs » permettent d’échanger de la chaleur avec une ou plusieurs boucles froides par l’intermédiaire d’une pluralité d’échangeurs de chaleur de type évaporateur ou refroidisseur de fluide secondaire dit « chiller » en termes anglo-saxons. Les échangeurs de chaleur de type évaporateur partagent la même pression d’évaporation correspondant à la pression d’aspiration du compresseur, ce qui ne permet pas de répondre au besoin de refroidissement à différents endroits de l’habitacle du véhicule.
Lorsque les besoins en refroidissement sont différents, il est nécessaire de permettre aux évaporateurs des boucles froides d’avoir une pression d’évaporation différente, sans quoi le confort des passagers du véhicule automobile ne peut pas être assuré.
On pourra à cet égard se référer au document CN 10 5644381 qui décrit un système de climatisation comprenant un premier échangeur de chaleur pour refroidir l’habitacle d’un véhicule automobile et un deuxième échangeur de chaleur pour refroidir une batterie électrique. Le système de climatisation comprend une soupape de régulation de pression reliée à la sortie du premier échangeur de chaleur.
Toutefois, le refroidissement de la boucle d’eau secondaire engendre des instabilités dans le système de climatisation et ne permet pas aux évaporateurs de la première et deuxième boucle froide d’assurer le confort des passagers.
La présente invention a pour objet un système de climatisation, dit « multi-évaporateurs », destiné à être intégré dans un véhicule automobile, comprenant une boucle principale comportant un échangeur de chaleur, par exemple un condenseur à air ou à eau, et un compresseur, par exemple à commande électrique ou mécanique, disposé en amont dudit échangeur de chaleur. Ledit système de climatisation comprenant au moins trois boucles froides comprenant chacune un détendeur, par exemple de type à orifice calibré, à commande électronique ou thermostatique, un échangeur de chaleur disposé en aval dudit détendeur associé et une vanne amont disposée en amont dudit détendeur, la boucle principale et les trois boucles froides étant parallèles entre elles et parcourues par un fluide frigorigène. Ledit système de climatisation comprend en outre une boucle secondaire, parcourue par un fluide secondaire, tel que par exemple, de l’eau additionnée de glycol, et disposée en parallèle de la troisième boucle froide, ladite boucle secondaire comprenant, dans le sens d’écoulement du fluide secondaire, le troisième échangeur de chaleur, un quatrième échangeur de chaleur et une pompe.
Ainsi, la troisième boucle froide échange de la chaleur avec la boucle secondaire par l’intermédiaire du troisième échangeur de chaleur.
Le système de climatisation comprend un régulateur de pression disposé en aval du troisième échangeur de chaleur.
Grâce à la disposition d’une vanne de régulation de pression en aval de l’échangeur de chaleur de fluide secondaire, il est possible d’assurer le confort des passagers en permettant le refroidissement des boucles froides indépendamment du refroidissement de la boucle secondaire.
En effet, grâce à cette disposition, le système de climatisation peut fonctionner à deux niveaux de pression d’évaporation différents. Ainsi, le refroidissement du fluide secondaire n’influence pas le refroidissement de l’air assuré par les deux échangeurs à air des première et deuxième boucles froides.
Les échangeurs de chaleurs des première et deuxième boucles froides sont, par exemple, de type évaporateur à air. Le troisième échangeur de chaleur est, par exemple un refroidisseur de fluide secondaire ou « chiller » en termes anglo-saxons.
Avantageusement, le système de climatisation est destiné à être intégré dans un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride comprenant au moins une batterie électrique, et le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour échanger des calories avec les cellules d’au moins une batterie du véhicule automobile.
Avantageusement, le système de climatisation comprend en outre une unité de commande électronique configurée pour commander le régulateur de pression en fonction d’une valeur de seuil afin d’empêcher que la pression d’évaporation du refroidisseur de fluide secondaire de la troisième boucle froide ne descende en dessous d’une valeur de seuil.
Ainsi, le refroidissement du fluide secondaire n’influence pas le refroidissement de l’air assuré par les deux échangeurs à air des première et deuxième boucles froides
Selon un mode de réalisation, chacune des première et deuxième boucles froides comprend une vanne aval disposée en aval de l’échangeur de chaleur associé.
La troisième boucle froide peut également comprendre une vanne aval disposée en aval du régulateur de pression.
L’unité de commande électronique peut être configurée pour commander l’ouverture et la fermeture des vannes amont et aval de chacune des boucles froides en fonction de la demande de refroidissement. Ainsi, il est possible de commander simultanément ou alternativement l’ouverture et la fermeture d’une vanne amont et aval d’une même boucle froide.
Par exemple, la première vanne amont et la première vanne aval de la première boucle froide sont, par défaut, en position ouverte, alors que les deuxième et troisième vannes amont, ainsi que les deuxième et troisième vannes aval sont, par défaut, en position fermée. Cette configuration permet de réduire la consommation d’énergie électrique.
Les vannes amont et aval sont, par exemple, des vannes à commande électromagnétique.
Les vannes aval peuvent être de type vanne anti-retour.
Chacun de échangeurs de chaleur est destiné à être intégré dans différentes installations de chauffage, ventilation et climatisation d’air, dites « HVAC, Heating, Ventilation, Air-conditionning » en termes anglo-saxons afin d’assurer une capacité de refroidissement à différents endroits du véhicule automobile.
Selon un second aspect, l’invention concerne un véhicule automobile comprenant un système de climatisation décrit précédemment.
D’autres buts, caractéristiques et avantages des modes de réalisations de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence à la figure unique annexée sur laquelle est représenté schématiquement un système de climatisation multi-évaporateurs selon l’invention.
On a représenté sur la figure un système de climatisation 1, dit « multi-évaporateurs », destiné, dans cet exemple de réalisation, à être intégré dans un véhicule automobile électrique ou hybride (non représenté).
Tel qu’illustré, le système de climatisation 1 comprend une boucle principale 10, trois boucles froides 20, 30, 40 et une boucle secondaire 50.
Un fluide frigorigène dit fluide principal circule dans la boucle principale 10 et les trois boucles froides 20, 30, 40. La boucle secondaire 50 dite chaude est quant à elle parcourue par un fluide secondaire, tel que par exemple, de l’eau additionnée de glycol.
La boucle principale 10 comprend un échangeur de chaleur 11, tel que par exemple un condenseur à air ou à eau, et un compresseur 12, par exemple à commande électrique ou mécanique, dont la sortie est reliée avec l’entrée du condenseur 11.
Les trois boucles froides 20, 30, 40 sont disposées en parallèle et connectées en amont avec la sortie du condenseur 11 et en aval avec l’entrée du compresseur 12.
La première boucle froide 20 comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, une première vanne amont 21, un premier détendeur 22, par exemple de type à orifice calibré à commande électronique ou thermostatique, un premier échangeur de chaleur 23, tel que par exemple un évaporateur à air, et une première vanne aval 24.
La deuxième boucle froide 30 comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, une deuxième vanne amont 31, un deuxième détendeur 32, par exemple de type à orifice calibré à commande électronique ou thermostatique, un deuxième échangeur de chaleur 33, tel que par exemple un évaporateur à air, et une deuxième vanne aval 34.
La troisième boucle froide 40 comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, une troisième vanne amont 41, un troisième détendeur 42, par exemple de type à orifice calibré à commande électronique ou thermostatique, un troisième échangeur de chaleur 43, tel que par exemple un refroidisseur de fluide secondaire ou « chiller » en termes anglo-saxons, un régulateur de pression 44, par exemple une vanne de régulation de pression, et une troisième vanne aval 45.
Les vannes amont 21, 31, 41 sont disposées en amont du détendeur associé 22, 32, 42 et les vannes aval 24, 34, 45 sont disposées en aval de l’échangeur associé 23, 33, 43.
Les vannes amont et aval sont des vannes à commande électromagnétique.
En variante, les vannes aval peuvent être de type vanne antiretour.
Chacun de échangeurs de chaleur 23, 33, 43 est destiné à être intégré dans différentes installations de chauffage, ventilation et climatisation d’air (non représentées), dites « HVAC, Heating, Ventilation, Air-conditionning » en termes anglo-saxons afin d’assurer une capacité de refroidissement à différents endroits du véhicule automobile.
La boucle secondaire 50 dite chaude comprend, dans le sens d’écoulement du fluide secondaire, le troisième échangeur de chaleur ou « chiller » 43, un quatrième échangeur de chaleur 51 configuré pour échanger des calories avec les cellules d’une ou plusieurs batteries du véhicule automobile, et une pompe 52. La boucle secondaire 50 peut également comprendre un cinquième échangeur de chaleur (non représenté), par exemple à air, de type radiateur.
On pourrait également prévoir un véhicule automobile comprenant un moteur thermique. Dans ce cas, le quatrième échangeur 51 serait un refroidisseur d’air de suralimentation du turbo.
La troisième boucle froide 40 échange de la chaleur avec la boucle secondaire 50 par l’intermédiaire du « chiller » 43. Ainsi, la troisième boucle froide 40 a pour but de diminuer la température du fluide secondaire circulant dans la boucle secondaire 50, qui à son tour, permet de refroidir les cellules d’une batterie. La température du fluide secondaire est généralement supérieure à la température cible de l’air en sortie des évaporateurs 23, 33 des première et deuxième boucles froides 20, 30. La vanne de régulation de pression 44 disposée en aval du refroidisseur de fluide secondaire 43 de la troisième boucle froide 40 permet de limiter l’impact de cette température élevée sur la pression d’évaporation desdits évaporateurs 23, 33.
Le système de climatisation 1 comprend en outre une unité de commande électronique 60 configurée pour commander l’ouverture et la fermeture des vannes amont et aval de chacune des boucles froides 20, 30, 40 en fonction de la demande de refroidissement.
Ainsi, il est possible de commander simultanément ou alternativement l’ouverture et la fermeture d’une vanne amont et aval d’une même boucle froide.
La première vanne amont 21 et la première vanne aval 24 sont, par défaut, en position ouverte, alors que les deuxième et troisième vannes amont 31, 41, ainsi que les deuxième et troisième vannes aval 34, 44 sont, par défaut, en position fermée. Cette configuration permet de réduire la consommation d’énergie électrique.
En variante, on pourrait prévoir que l’ensemble des vannes soit, par défaut, en position ouverte ou fermée.
L’unité de commande électronique 60 est également configurée pour commander l’ouverture et la fermeture de la vanne de régulation de pression 44. L’ouverture de ladite vanne de régulation de pression 44 est régulée de manière à empêcher que la pression d’évaporation du refroidisseur de fluide secondaire 43 de la troisième boucle froide 40 ne descende en dessous d’une valeur de seuil.
Grâce à la présente invention, il est possible d’assurer le confort des passagers en permettant le refroidissement des boucles froides indépendamment du refroidissement de la boucle secondaire.
En effet, grâce à la disposition du système de régulation de pression, le système de climatisation peut fonctionner à deux niveaux de pression d’évaporation différents. Ainsi, le refroidissement du fluide secondaire n’influence pas le refroidissement de l’air assuré par les deux échangeurs à air des première et deuxième boucles froides.
REVENDICATIONS
Claims (12)
1. Système de climatisation (1), destiné à être intégré dans un véhicule automobile, comprenant une boucle principale (10) comportant un échangeur de chaleur (11), et un compresseur (12) disposé en amont dudit échangeur de chaleur (11), ledit système de climatisation comprenant au moins trois boucles froides (20, 30, 40) comprenant chacune un détendeur (22, 32, 32), un échangeur de chaleur (23, 33, 33) disposé en aval dudit détendeur (22, 32, 32) associé et une vanne amont (21, 31, 41) disposée en amont dudit détendeur (22, 32, 42) associé, la boucle principale (10) et les trois boucles froides (20, 30, 40) étant parallèles entre elles et parcourues par un fluide frigorigène, ledit système de climatisation comprenant en outre une boucle secondaire (50), parcourue par un fluide secondaire, et disposée en parallèle de la troisième boucle froide (40), ladite boucle secondaire (50) comprenant au moins le troisième échangeur de chaleur (43), un quatrième échangeur de chaleur (51) et une pompe (52), caractérisé en ce qu’il comprend un régulateur de pression (44) disposé en aval du troisième échangeur de chaleur (43).
2. Système de climatisation selon la revendication 1, destiné à être intégré dans un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride comprenant au moins une batterie électrique, dans lequel le quatrième échangeur de chaleur (51) est configuré pour échanger des calories avec les cellules d’au moins une batterie du véhicule automobile.
3. Système de climatisation selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une unité de commande électronique (60) configurée pour commander le régulateur de pression (44) en fonction d’une valeur de seuil afin d’empêcher que la pression d’évaporation du refroidisseur de fluide secondaire de la troisième boucle froide ne descende en dessous d’une valeur de seuil.
4. Système de climatisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacune des première et deuxième boucles froides (20, 30) comprend un vanne aval (24, 34) disposée en aval de l’échangeur de chaleur associé (23, 33).
5. Système de climatisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la troisième boucle froide (40) comprend une troisième vanne aval (45) disposée en aval du régulateur de pression (44).
6. Système de climatisation selon la revendication 3 et l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel l’unité de commande électronique (60) est configurée pour commander l’ouverture et la fermeture des vannes amont et aval (21, 31, 41 ; 24, 34, 44) de chacune des boucles froides (20, 30, 40) en fonction de la demande de refroidissement.
7. Système de climatisation selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la première vanne amont (21) et la première vanne aval (24) de la première boucle froide (20) sont, par défaut, en position ouverte.
8. Système de climatisation selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel la deuxième vanne amont (31) et la deuxième vanne aval (34) de la deuxième boucle froide (30) sont, par défaut, en position fermée.
9. Système de climatisation selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel la troisième vanne amont (41) et la troisième vanne aval (44) de la troisième boucle froide (40) sont, par défaut, en position fermée.
10. Système de climatisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les vannes amont et aval (21, 31,41 ; 24, 34, 44) sont des vannes à commande électromagnétique.
11. Système de climatisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacun de échangeurs de chaleur (23, 33, 43) est destiné à être intégré dans différentes installations de chauffage, ventilation et climatisation d’air.
12. Véhicule automobile comprenant un système de climatisation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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