WO2014067822A1 - Module d'echange thermique et circuit de climatisation correspondant - Google Patents

Module d'echange thermique et circuit de climatisation correspondant Download PDF

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WO2014067822A1
WO2014067822A1 PCT/EP2013/072131 EP2013072131W WO2014067822A1 WO 2014067822 A1 WO2014067822 A1 WO 2014067822A1 EP 2013072131 W EP2013072131 W EP 2013072131W WO 2014067822 A1 WO2014067822 A1 WO 2014067822A1
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WO
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fluid
heat exchange
heat exchanger
air conditioning
refrigerant
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Application number
PCT/EP2013/072131
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English (en)
Inventor
Bernard Aoun
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00321—Heat exchangers for air-conditioning devices
    • B60H1/00328—Heat exchangers for air-conditioning devices of the liquid-air type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/323—Cooling devices using compression characterised by comprising auxiliary or multiple systems, e.g. plurality of evaporators, or by involving auxiliary cooling devices

Definitions

  • the invention is in the field of ventilation, heating and / or air conditioning of an electric or hybrid motor vehicle.
  • the invention relates to a heat exchange module and a corresponding air conditioning circuit cooperating with such an installation.
  • An electric or hybrid motor vehicle whose propulsion is provided at least partially by an electric motor, is commonly equipped with a ventilation system, heating and / or air conditioning to change the air contained within the interior of the vehicle by delivering a flow of conditioned air inside the passenger compartment.
  • the air conditioning circuit generally comprises an air conditioning loop inside which circulates a refrigerant and a secondary loop inside which circulates a heat transfer fluid.
  • Direct condensing air conditioning systems or indirect condensing air conditioning systems are known.
  • a bi-fluid heat exchanger is constitutive of both the air conditioning loop and the secondary loop so that the coolant and heat transfer fluid can exchange heat with each other.
  • the air conditioning loop comprises a compressor for compressing the refrigerant, a first heat exchanger for a heat exchange between the refrigerant and ambient air, such as the air outside the vehicle, an evaporator in which the refrigerant exchanges heat with the air flow to be delivered inside the passenger compartment, which passes through the evaporator, and at least one expansion member to allow expansion of the refrigerant before evaporation.
  • the first heat exchanger is for example an exchanger for the subcooling of the refrigerant after condensation in the bi-fluid heat exchanger.
  • the secondary loop includes a second heat exchanger for example to cool the heat transfer fluid at the outlet of the bi-fluid heat exchanger.
  • An object of the present invention is to provide an air conditioning circuit for equipping an electric or hybrid motor vehicle, whose size, weight and cost are reduced.
  • the subject of the invention is a heat exchange module for an air conditioning circuit for a motor vehicle comprising an air conditioning loop inside which circulates a refrigerant fluid and a secondary loop inside which circulates a heat transfer fluid,
  • a first heat exchanger arranged for a heat exchange between the refrigerant and an outside air flow
  • a second heat exchanger arranged for a heat exchange between the coolant and the outside air flow.
  • the first heat exchanger is a coolant subcooling exchanger and the second heat exchanger is cooling radiator coolant, so that the heat exchange module provides both the subcooling function of the refrigerant and the cooling function of the coolant.
  • Such a module is multifunctional and allows a gain in mass, weight and cost of the multifunctional heat exchange module and therefore the air conditioning circuit comprising such a heat exchange module.
  • the two heat exchangers are advantageously made according to the same technology so as to facilitate the assembly of the heat exchange module.
  • the heat exchange module may further comprise one or more of the following characteristics, taken separately or in combination: the first heat exchanger is a refrigerant subcooling exchanger and the second heat exchanger is a heat transfer fluid cooling radiator;
  • said module comprises a heat exchange bundle comprising a plurality of fluid circulation tubes and an internal partition wall defining at least a first intermediate bundle for the circulation of the refrigerant fluid and at least a second intermediate bundle for the circulation of the fluid coolant.
  • the two exchangers being made according to the same technology, the two functions can be distinguished by simply arranging a partition to delimit the tubes dedicated to one function and those dedicated to the other function;
  • said module comprises a plurality of fins arranged substantially perpendicularly to the fluid circulation tubes, to improve the heat exchange during the passage of the outside air flow;
  • said module comprises a refrigerant storage bottle, which makes it possible to further reduce the bulk
  • said module is assembled by brazing.
  • the invention also relates to an air conditioning circuit for a motor vehicle comprising an air conditioning loop inside which a coolant circulates and a secondary loop inside which circulates a coolant,
  • said air conditioning loop comprising: a compressor, at least a first heat exchanger arranged for a heat exchange between the refrigerant and an outside air flow, an evaporator arranged so as to condition a flow of air towards the cockpit of said vehicle, and at least one detent member arranged upstream of the evaporator in the direction of circulation of the coolant,
  • said secondary loop and said air conditioning loop jointly comprising a bi-fluid heat exchanger for a heat exchange between said coolant and said coolant, and
  • said secondary loop further comprising a second heat exchanger arranged for a heat exchange between the coolant and the outside air flow
  • first heat exchanger and the second heat exchanger are in the form of a unitary heat exchange module.
  • the multifunctional heat exchange module makes it possible to reduce the size of the air conditioning circuit and a gain in mass and cost.
  • the heat exchange module can be arranged on the front of the vehicle so as to be traversed by an outside air flow. All functions provided by the heat exchange module can therefore be reported on the front panel.
  • the air conditioning circuit may further comprise one or more of the following features, taken separately or in combination:
  • the bi-fluid heat exchanger is arranged upstream of the heat exchange module in the direction of circulation of the coolant and the heat transfer fluid, so that after heat exchange between the two fluids each fluid returns respectively to the module. unit heat exchange in the associated part of the module for the subcooling of the cooling fluid and for the cooling of the coolant;
  • the unit heat exchange unit comprises a refrigerant storage bottle at the outlet of the bi-fluid heat exchanger, which further reduces the size of the air conditioning circuit;
  • the bi-fluid heat exchanger is a condenser, so that the air conditioning circuit is indirect condensation.
  • FIG. 1 schematically represents an air conditioning circuit for a motor vehicle according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 schematically illustrates a so-called low cooling radiator temperature of the device of FIG.
  • FIG. 3 shows a heat exchange module of the air conditioning circuit according to a second embodiment.
  • Figure 1 partially shows an air conditioning circuit 1 of a heating, ventilation and / or air conditioning system for a motor vehicle shown schematically and simplified.
  • An air conditioning circuit 1 makes it possible to modify the parameters of the air inside the cabin of the vehicle by delivering a flow of air inside the passenger compartment.
  • the air conditioning circuit 1 may comprise a blower (not shown) to circulate the air flow for example from an air intake port to an air delivery port in the passenger compartment. It may include a defrosting / defogging mouth intended to deliver the flow of air to the windshield and / or the front windows of the vehicle.
  • the air conditioning circuit 1 can operate in an "air conditioning" mode to cool the flow of air to the passenger compartment.
  • the air conditioning circuit 1 comprises an air conditioning loop 3 in which circulates a refrigerant fluid FR, and a secondary loop 5 in which circulates a coolant F ⁇ such as a mixture of water and glycol.
  • the refrigerant circuit FR is shown in dashed lines and the coolant circuit F ⁇ is shown in solid lines in FIG.
  • the air conditioning loop 3 comprises:
  • an evaporator 11 arranged so as to condition a flow of air towards the passenger compartment of the vehicle
  • the air-conditioning loop 3 furthermore comprises, in conjunction with the secondary loop 5, a bi-fluid heat exchanger 15. It is possible to provide a storage bottle 16 making it possible to store the liquid refrigerant fluid FR at the outlet of the bi-fluid heat exchanger. to compensate for variations in the volume of the refrigerant FR.
  • the secondary loop 5 has a second heat exchanger
  • the secondary loop 5 may further comprise a pump 21 for the circulation of the coolant FC.
  • the air conditioning circuit 1 comprises a heat exchange module 19 which comprises the first heat exchanger 9 of the air conditioning loop 3 and the second heat exchanger 17 of the secondary loop 5, as will be detailed later. .
  • first heat exchanger 9 and the second heat exchanger 17 are made in the form of a unitary heat exchange module 19.
  • the compressor 7 receives as input the refrigerant fluid FR in the gaseous state under low pressure and low temperature, as schematically illustrated by the acronym "BP" above the pipes in the figures.
  • Compression can raise the pressure and temperature of the refrigerant FR, as schematically illustrated by the acronym "HP" above the pipes in the figures.
  • the refrigerant FR at the outlet of the compressor 7 is first condensed, then is subcooled before undergoing expansion in upstream of the evaporator 11.
  • the flow of air to the passenger compartment through the evaporator 11 is then cooled.
  • the bi-fluid exchanger 15 is a condenser.
  • the bi-fluid exchanger 15 receives the refrigerant fluid FR in the form of hot gas which gives heat to the coolant F F.
  • the heat transfer fluid is for example water, it is called water condenser or "water condenser" in English.
  • the condensation being on the heat transfer fluid the air conditioning circuit 1 is called indirect condensing air conditioning circuit.
  • the bi-fluid exchanger 15 comprises a first inlet 15i for receiving the compressed refrigerant at the outlet of the compressor 7 and a second inlet 2 for receiving the heat transfer fluid circulating in the secondary loop 5.
  • the coolant F F and the refrigerant FR respectively leave the bi-fluid exchange 15 to be directed to the heat exchange module 19.
  • the heat exchange module 19 is for example located at the front of the vehicle and is traversed by an outside air flow.
  • the coolant F F leaves the bi-fluid exchanger 15 through an outlet 15 3 and flows to the second heat exchanger 17.
  • the second heat exchanger 17 has an inlet 17i for receiving the heat transfer fluid F ⁇ from the heater bi-fluid exchanger 15.
  • the heat transfer fluid F ⁇ circulating for example has a temperature similar to the ambient air temperature and up to 70 ° C.
  • the cooling radiator 17 makes it possible to cool the coolant coming from the bi-fluid exchanger 15 by heat exchange with the outside air flow.
  • the cooling radiator 17 comprises a heat exchange bundle comprising, for example, a plurality of parallel tubes. 23 in which circulates the heat transfer fluid F ⁇ .
  • the outside air flow circulates between the tubes 23.
  • the fins 25 are traversed by the flow of outside air and allow increase the heat exchange surface.
  • a cover 27 can be provided in which the ends of the tubes 23 open.
  • the cooling radiator 17 furthermore has an outlet 17 2 through which the cooled heat transfer fluid F ⁇ leaves the cooling radiator 17 to be directed again towards the bi-fluid exchanger 15, possibly being circulated by the pump 21.
  • the cooling radiator 17 thus makes it possible to cool the bi-fluid exchanger 15.
  • the refrigerating fluid FR having yielded heat to the coolant F F in the bi-fluid exchanger 15 leaves the bi-fluid exchanger 15 through an outlet (not shown) and is stored in the storage bottle 16.
  • the refrigerant fluid FR then flows from the storage bottle 16 to the first heat exchanger 9 of the air conditioning loop 3.
  • the first heat exchanger 9 receives the refrigerating fluid FR at the outlet of the bi-fluid exchanger 15, more precisely from the bottle 16, and comprises for this purpose an inlet 9 ⁇ .
  • the first exchanger 9 has an outlet 9 2 through which the refrigerant FR is directed towards the evaporator 11.
  • the first heat exchanger 9 is according to the embodiment described a subcooling exchanger, commonly called subcooler or "subcooler" in English. Subcooling exchanger 9 undercooling refrigerant FR in the liquid phase.
  • the subcooling of the coolant is achieved by heat exchange with the outside air flow.
  • the subcooling exchanger 9 may be made according to the same technology as the cooling radiator, namely a tube technology as described above with reference to FIG. 2.
  • the heat exchange module 19 comprises a heat exchange bundle comprising a plurality of parallel tubes 23 and possibly a set of fins 25 which are parallel to each other and perpendicular to the direction of the tubes 23.
  • the exchange module thermal 19 further comprises an internal partition 29 of separation which divides the bundle of tubes into two intermediate heat exchange bundles:
  • the first part of the beam has the function of subcooling the refrigerant fluid FR while the second part of the beam serves to cool the heat transfer fluid F_C_.
  • the outside air flow separates into two parallel flows passing respectively through the first subcooling portion of the refrigerant FR and the second cooling part of the coolant F_C_.
  • the heat exchange module 19 is arranged on the front face; thus both the cooling radiator 17 of the heat transfer fluid F_C_ and the subcooling heat exchanger 9 of the refrigerant FR are arranged on the front face of the vehicle.
  • Such a unitary module 19 allows a saving of space and mass compared to the solutions of the prior art in which the two exchangers are arranged in parallel.
  • the entire heat exchange module 19 can be brazed.
  • the storage bottle According to an alternative embodiment illustrated in FIG. 3, the storage bottle
  • the heat exchange module 19 comprises both the subcooling heat exchanger 9, the cooling radiator 17 and the storage bottle 16.
  • the storage bottle 16 is assembled to the first subcooling exchanger 9 and to the cooling radiator 17 by fluidly communicating with the first subcooling exchanger 9.
  • the storage bottle 16 has an inlet 16i for the refrigerant fluid FR and is fluidly connected to the subcooling exchanger 9 while the cooling radiator 17 has a separate inlet 17i for the heat transfer fluid F_ ⁇ _.
  • the refrigerant fluid FR at the outlet of the first heat exchanger 9 is directed towards the evaporator 11.
  • an expansion member 13 is arranged in series with the evaporator 11.
  • the expansion member 13 is according to the illustrated embodiment arranged upstream of the evaporator 11 in the direction of circulation of the coolant in cooling mode of the air conditioning circuit 1.
  • the refrigerant fluid FR circulates in series in the expansion member 13 and in the evaporator 11. The trigger allows to lower the pressure and the temperature of the refrigerant fluid FR.
  • the evaporator 11 As regards the evaporator 11, it comprises an inlet 111 for receiving the refrigerant fluid FR and an outlet 11 2 for the refrigerant fluid FR after evaporation.
  • the refrigerating fluid FR evaporating absorbs the heat of the air flow through the evaporator 11 to the passenger compartment by evaporating. The flow of air to the passenger compartment passing through the evaporator 11 is thereby cooled.
  • the cooled air flow reduces the air temperature of the passenger compartment.
  • the refrigerant fluid FR then leaves the evaporator 11 via the outlet 11 2 and returns to the compressor 7 to restart a refrigerant cycle.
  • Such an air-conditioning circuit 1 with a unitary exchange module 19 allowing on the one hand the subcooling of the refrigerating fluid FR after condensation in the biaxial heat exchanger 15 and, on the other hand, the cooling of the coolant F F allowing to cool the bi-fluid heat exchanger 15 therefore saves space, weight and cost.
  • unitary module 19 can be assembled in a simplified manner by brazing.

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Abstract

L'invention concerne un module d'échange thermique pour un circuit de climatisation (1) pour véhicule automobile comprenant une boucle de climatisation (3) à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant (FR) et une boucle secondaire (5) à l'intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur (FC). Selon l'invention, ledit module comprend : un premier échangeur thermique (9) agencé pour un échange thermique entre le fluide réfrigérant (FR) et un flux d'air extérieur, et - un deuxième échangeur thermique (17) agencé pour un échange thermique entre le fluide caloporteur (FC) et le flux d'air extérieur. L'invention concerne aussi un circuit de climatisation (1) comprenant un tel module d'échange thermique (19).

Description

Module d'échange thermique et circuit de climatisation correspondant
L'invention est du domaine des installations de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile électrique ou hybride. L'invention a pour objet un module d'échange thermique et un circuit de climatisation correspondant coopérant avec une telle installation.
Un véhicule automobile électrique ou hybride, dont la propulsion est assurée au moins partiellement par un moteur électrique, est couramment équipé d'un système de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle du véhicule en délivrant un flux d'air conditionné à l'intérieur de l'habitacle.
Le circuit de climatisation comprend généralement une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant et une boucle secondaire à l'intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur.
On connaît des circuits de climatisation à condensation directe ou des circuits de climatisation à condensation indirecte.
Dans ce dernier cas, un échangeur thermique bi-fluide est constitutif à la fois de la boucle de climatisation et de la boucle secondaire de telle sorte que le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur peuvent échanger de la chaleur l'un avec l'autre.
De façon traditionnelle, la boucle de climatisation comprend un compresseur pour comprimer le fluide réfrigérant, un premier échangeur thermique pour un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et de l'air ambiant, tel que l'air extérieur au véhicule, un évaporateur dans lequel le fluide réfrigérant échange de la chaleur avec le flux d'air destiné à être délivré à l'intérieur de l'habitacle, qui traverse l'évaporateur, et au moins un organe de détente pour permettre une détente du fluide réfrigérant avant évaporation.
Le premier échangeur thermique est par exemple un échangeur pour le sous- refroidissement du fluide réfrigérant après condensation dans l'échangeur thermique bi- fluide.
La boucle secondaire comprend quant à elle un deuxième échangeur thermique permettant par exemple de refroidir le fluide caloporteur en sortie de l'échangeur thermique bi- fluide.
Cependant, ces solutions peuvent générer un encombrement important du fait de la multiplicité d'échangeurs thermiques. En effet, l'ensemble des composants peuvent présenter un volume et aussi un poids importants.
Un but de la présente invention est de proposer un circuit de climatisation destiné à équiper un véhicule automobile électrique ou hybride, dont l'encombrement, la masse et le coût sont réduits.
À cet effet, l'invention a pour objet un module d'échange thermique pour un circuit de climatisation pour véhicule automobile comprenant une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant et une boucle secondaire à l'intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur ,
caractérisé en ce que ledit module comprend :
- un premier échangeur thermique agencé pour un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air extérieur, et
- un deuxième échangeur thermique agencé pour un échange thermique entre le fluide caloporteur et le flux d'air extérieur.
En particulier, le premier échangeur thermique est un échangeur de sous- refroidissement du fluide réfrigérant et le deuxième échangeur thermique est radiateur de refroidissement du fluide caloporteur, de sorte que le module d'échange thermique assure à la fois la fonction de sous-refroidissement du fluide réfrigérant et la fonction de refroidissement du fluide caloporteur.
Un tel module est donc multifonction et permet un gain en masse, en poids et en coût du module d'échange thermique multifonction et par conséquent du circuit de climatisation comprenant un tel module d'échange thermique.
De plus, les deux échangeurs thermiques sont avantageusement réalisés selon la même technologie de façon à faciliter l'assemblage du module d'échange thermique.
Le module d'échange thermique peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : - le premier échangeur thermique est un échangeur de sous-refroidissement du fluide réfrigérant et le deuxième échangeur thermique est un radiateur de refroidissement du fluide caloporteur ;
- ledit module comporte un faisceau d'échange thermique comprenant une pluralité de tubes de circulation de fluide et une cloison interne de séparation définissant au moins un premier faisceau intermédiaire pour la circulation du fluide réfrigérant et au moins un second faisceau intermédiaire pour la circulation du fluide caloporteur. Les deux échangeurs étant réalisés selon la même technologie, les deux fonctions peuvent être distinguées en agençant simplement une cloison pour délimiter les tubes dédiés à une fonction et ceux dédiés à l'autre fonction ;
- ledit module comprend une pluralité d'ailettes agencées sensiblement perpendiculairement aux tubes de circulation de fluide, pour améliorer l'échange thermique lors du passage du flux d'air extérieur ;
- ledit module comporte une bouteille de stockage du fluide réfrigérant, ce qui permet de réduire encore l'encombrement ; et
- ledit module est assemblé par brasage.
L'invention a aussi pour objet un circuit de climatisation pour véhicule automobile comprenant une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant et une boucle secondaire à l'intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur,
- ladite boucle de climatisation comprenant : un compresseur, au moins un premier échangeur thermique agencé pour un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air extérieur, un évaporateur agencé de manière à conditionner un flux d'air à destination de l'habitacle dudit véhicule, et au moins un organe de détente agencé en amont de l'évaporateur selon le sens de circulation du fluide réfrigérant,
- ladite boucle secondaire et ladite boucle de climatisation comprenant conjointement un échangeur thermique bi- fluide pour un échange thermique entre ledit fluide réfrigérant et ledit fluide caloporteur, et
- ladite boucle secondaire comprenant en outre un deuxième échangeur thermique agencé pour un échange thermique entre le fluide caloporteur et le flux d'air extérieur,
caractérisé en ce que le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique sont réalisés sous la forme d'un module d'échange thermique unitaire.
Le module d'échange thermique multifonction permet de diminuer l'encombrement du circuit de climatisation ainsi qu'un gain en masse et en coût.
De plus, le module d'échange thermique peut être agencé en face avant du véhicule de façon à être traversé par un flux d'air extérieur. L'ensemble des fonctions assurées par le module d'échange thermique peuvent donc être rapportées en face avant.
Le circuit de climatisation peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- lequel l'échangeur thermique bi-fluide est agencé en amont du module d'échange thermique selon le sens de circulation du fluide réfrigérant et du fluide caloporteur, de sorte qu'après échange thermique entre les deux fluides chaque fluide retourne respectivement vers le module d'échange thermique unitaire dans la partie associée du module pour le sous-refroidissement du fluide réfrigérant et pour le refroidissement du fluide caloporteur ;
- le module d'échange thermique unitaire comprend une bouteille de stockage du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur thermique bi-fluide, ce qui permet de diminuer encore l'encombrement du circuit de climatisation ;
- l'échangeur thermique bi-fluide est un condenseur, de sorte que le circuit de climatisation est à condensation indirecte. 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 1 représente de façon schématique un circuit de climatisation pour véhicule automobile selon un premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 illustre de façon schématique un radiateur de refroidissement dit basse température du dispositif de la figure 1 ,
- la figure 3 représente un module d'échange thermique du circuit de climatisation selon un deuxième mode de réalisation.
Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
La figure 1 montre partiellement un circuit de climatisation 1 d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour véhicule automobile représenté de façon schématique et simplifiée.
Un circuit de climatisation 1 permet de modifier les paramètres de l'air à l'intérieur de l'habitacle du véhicule en délivrant un flux d'air à l'intérieur de l'habitacle.
À cet effet, le circuit de climatisation 1 peut comprendre un pulseur (non représenté) pour faire circuler le flux d'air par exemple depuis une bouche d'admission d'air vers une bouche de délivrance d'air dans l'habitacle. Il peut notamment comprendre une bouche de dégivrage/désembuage destinée à délivrer le flux d'air vers le pare-brise et/ou les vitres avant du véhicule.
Le circuit de climatisation 1 peut fonctionner selon un mode « climatisation » pour rafraîchir le flux d'air à destination de l'habitacle. Le circuit de climatisation 1 comporte une boucle de climatisation 3 dans laquelle circule un fluide réfrigérant FR, et une boucle secondaire 5 dans laquelle circule un fluide caloporteur FÇ tel qu'un mélange d'eau et de glycol.
Le circuit du fluide réfrigérant FR est représenté en pointillés et le circuit du fluide caloporteur FÇ est représenté en traits pleins sur la figure 1.
Selon le mode de réalisation illustré, la boucle de climatisation 3 comprend :
- un compresseur 7,
- un premier échangeur thermique 9,
- un évaporateur 11 agencé de manière à conditionner un flux d'air à destination de l'habitacle du véhicule,
- au moins un organe de détente 13 en amont de l'évaporateur 11 selon un sens de circulation du fluide réfrigérant FR.
La boucle de climatisation 3 comporte en outre conjointement avec la boucle secondaire 5 un échangeur thermique bi- fluide 15. On peut prévoir une bouteille de stockage 16 permettant de stocker le fluide réfrigérant FR liquide en sortie de l'échangeur thermique bi-fluide, de façon à compenser les variations de volume du fluide réfrigérant FR.
La boucle secondaire 5 comporte quant à elle un deuxième échangeur thermique
17.
La boucle secondaire 5 peut comporter en outre une pompe 21 pour la circulation du fluide caloporteur FC.
Selon l'invention, le circuit de climatisation 1 comprend un module d'échange thermique 19 qui comporte le premier échangeur thermique 9 de la boucle de climatisation 3 et le deuxième échangeur thermique 17 de la boucle secondaire 5, comme cela sera détaillé par la suite.
Autrement dit, le premier échangeur thermique 9 et le deuxième échangeur thermique 17 sont réalisés sous la forme d'un module d'échange thermique 19 unitaire.
En fonctionnement, le compresseur 7 reçoit en entrée le fluide réfrigérant FR à l'état gazeux sous basse pression et basse température, tel qu'illustré schématiquement par le sigle « BP » au-dessus des canalisations sur les figures.
La compression permet d'élever la pression et la température du fluide réfrigérant FR, tel qu'illustré schématiquement par le sigle « HP » au-dessus des canalisations sur les figures.
Selon un mode climatisation permettant de conditionner le flux d'air à destination de l'habitacle du véhicule pour le rafraîchir, le fluide réfrigérant FR en sortie du compresseur 7 est d'abord condensé, puis est sous-refroidi avant de subir une détente en amont de l'évaporateur 11. Le flux d'air à destination de l'habitacle traversant l'évaporateur 11 est alors refroidi. Selon le mode de réalisation décrit, l'échangeur bi- fluide 15 est un condenseur. L'échangeur bi- fluide 15 reçoit le fluide réfrigérant FR sous forme de gaz chaud qui cède de la chaleur au fluide caloporteur FÇ. Le fluide caloporteur étant par exemple de l'eau, on parle de condenseur à eau ou « water condenser » en anglais. De plus, la condensation se faisant sur le fluide caloporteur, le circuit de climatisation 1 est appelé circuit de climatisation à condensation indirecte.
En outre, l'échangeur bi- fluide 15 comporte une première entrée 15i pour recevoir le fluide réfrigérant comprimé en sortie du compresseur 7 et une deuxième entrée 152 pour recevoir le fluide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 5.
En passant dans l'échangeur bi- fluide 15 en mode condenseur, le fluide réfrigérant FR à l'état gazeux comprimé à haute pression HP, haute température, cède de la chaleur au fluide caloporteur FÇ circulant dans la boucle secondaire 5.
Le fluide caloporteur FÇ et le fluide réfrigérant FR quittent respectivement l'échanger bi- fluide 15 pour être dirigé vers le module d'échange thermique 19.
Le module d'échange thermique 19 est par exemple situé à l'avant du véhicule et est traversé par un flux d'air extérieur.
Le fluide caloporteur FÇ quitte l'échangeur bi- fluide 15 par une sortie 153 et circule vers le deuxième échangeur thermique 17. À cet effet, le deuxième échangeur thermique 17 présente une entrée 17i pour recevoir le fluide caloporteur FÇ réchauffé provenant de l'échangeur bi- fluide 15.
Il s'agit selon le mode de réalisation décrit d'un radiateur de refroidissement dit « basse température ». Le fluide caloporteur FÇ circulant présente par exemple une température similaire à la température de l'air ambiant et pouvant aller jusqu'à 70°C.
En mode climatisation, le radiateur de refroidissement 17 permet de refroidir le fluide caloporteur provenant de l'échangeur bi- fluide 15 par échange de chaleur avec le flux d'air extérieur.
En référence à la figure 2, le radiateur de refroidissement 17 comprend un faisceau d'échange thermique comprenant par exemple une pluralité de tubes parallèles 23 dans lesquels circule le fluide caloporteur FÇ. Le flux d'air extérieur circule entre les tubes 23. On peut prévoir un ensemble d'ailettes 25 qui sont parallèles entre elles et perpendiculaires à la direction des tubes 23. Les ailettes 25 sont traversées par le flux d'air extérieur et permettent d'augmenter la surface d'échange thermique. On peut prévoir un couvercle 27 dans lequel débouchent les extrémités des tubes 23.
Le radiateur de refroidissement 17 présente en outre une sortie 172 par laquelle le fluide caloporteur FÇ refroidi quitte le radiateur de refroidissement 17 pour être dirigé de nouveau vers l'échangeur bi- fluide 15, éventuellement en étant mis en circulation par la pompe 21.
En refroidissant le fluide caloporteur FÇ, le radiateur de refroidissement 17 permet ainsi de refroidir l'échangeur bi- fluide 15.
En parallèle, le fluide réfrigérant FR ayant cédé de la chaleur au fluide caloporteur FÇ dans l'échangeur bi- fluide 15 quitte l'échangeur bi- fluide 15 par une sortie (non représentée) et est stockée dans la bouteille de stockage 16.
Le fluide réfrigérant FR circule ensuite de la bouteille de stockage 16 vers le premier échangeur thermique 9 de la boucle de climatisation 3.
Le premier échangeur 9 reçoit le fluide réfrigérant FR en sortie de l'échangeur bi- fluide 15, plus précisément de la bouteille 16, et comprend à cet effet une entrée 9\ .
Par ailleurs, le premier échangeur 9 présente une sortie 92 par laquelle le fluide réfrigérant FR est dirigé vers l'évaporateur 11.
Le premier échangeur 9 thermique est selon le mode de réalisation décrit un échangeur de sous-refroidissement, communément appelé sous-refroidisseur ou « subcooler » en anglais. L'échangeur de sous-refroidissement 9 sous refroidit le fluide réfrigérant FR en phase liquide.
Le sous-refroidissement du fluide réfrigérant est réalisé par échange thermique avec le flux d'air extérieur.
L'échangeur de sous-refroidissement 9 peut être réalisé selon la même technologie que le radiateur de refroidissement, à savoir une technologie à tubes tel que décrit précédemment en référence à la figure 2. Ainsi, le module d'échange thermique 19 comprend un faisceau d'échange thermique comprenant une pluralité de tubes parallèles 23 et éventuellement un ensemble d'ailettes 25 qui sont parallèles entre elles et perpendiculaires à la direction des tubes 23. Le module d'échange thermique 19 comprend en outre une cloison interne 29 de séparation qui partage le faisceau de tubes en deux faisceaux intermédiaires d'échange thermique :
- un premier faisceau intermédiaire de premiers tubes 23 pour la circulation du fluide réfrigérant FR et
- un second faisceau intermédiaire de seconds tubes 23 dans lesquels circule le fluide caloporteur FC.
La première partie du faisceau a pour fonction le sous-refroidissement du fluide réfrigérant FR tandis que la deuxième partie du faisceau a pour fonction le refroidissement du fluide caloporteur F_Ç_.
Le flux d'air extérieur se sépare en deux flux parallèles traversant respectivement la première partie de sous-refroidissement du fluide réfrigérant FR et la deuxième partie de refroidissement du fluide caloporteur F_Ç_.
Le module d'échange thermique 19 est agencé en face avant ; ainsi à la fois le radiateur de refroidissement 17 du fluide caloporteur F_Ç_ et l'échangeur de sous- refroidissement 9 du fluide réfrigérant FR sont agencés en face avant du véhicule.
Un tel module unitaire 19 permet un gain de place et de masse par rapport aux solutions de l'art antérieur dans lesquelles les deux échangeurs sont agencés en parallèle.
L'ensemble du module d'échange thermique 19 peut être brasé.
On réduit ainsi l'encombrement, la masse ainsi que le coût du circuit de climatisation 1.
Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 3, la bouteille de stockage
16 peut également être assemblée et brasée à l'échangeur thermique de sous- refroidissement 9 et au radiateur de refroidissement 17. Dans ce cas, le module d'échange thermique 19 comporte à la fois l'échangeur thermique de sous- refroidissement 9, le radiateur de refroidissement 17 et la bouteille de stockage 16.
Comme cela est représenté sur la figure 3, la bouteille de stockage 16 est assemblée au premier échangeur 9 de sous-refroidissement et au radiateur de refroidissement 17 en communiquant fluidiquement avec le premier échangeur de sous- refroidissement 9. Dans ce cas, la bouteille de stockage 16 présente une entrée 16i pour le fluide réfrigérant FR et est raccordée fluidiquement à l'échangeur de sous- refroidissement 9 tandis que le radiateur de refroidissement 17 présente une entrée 17i distincte pour le fluide caloporteur F_Ç_.
On réduit ainsi l'encombrement, la masse et le prix du circuit de climatisation 1 comprenant un tel module d'échange thermique 19. Comme dit précédemment, le fluide réfrigérant FR en sortie du premier échangeur 9 est dirigé vers l'évaporateur 11.
Selon le mode de réalisation illustré, un organe de détente 13 est agencé en série avec l'évaporateur 11.
Plus précisément, l'organe de détente 13 est selon le mode de réalisation illustré agencé en amont de l'évaporateur 11 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant en mode climatisation du circuit de climatisation 1. Ainsi, le fluide réfrigérant FR circule en série dans l'organe de détente 13 puis dans l'évaporateur 11. La détente permet d'abaisser la pression et la température du fluide réfrigérant FR.
Au passage du fluide réfrigérant FR dans l'organe de détente 13, la pression et la température du fluide réfrigérant FR sont abaissées.
En ce qui concerne l'évaporateur 11 , il comprend une entrée 111 pour recevoir le fluide réfrigérant FR et une sortie 112 pour le fluide réfrigérant FR après évaporation.
Lors du passage dans l'évaporateur 11, le fluide réfrigérant FR en s'évaporant absorbe la chaleur du flux d'air traversant l'évaporateur 11 à destination de l'habitacle en s'évaporant. Le flux d'air à destination de l'habitacle passant dans l'évaporateur 11 est de la sorte refroidi.
En atteignant l'habitacle du véhicule, par exemple sous l'action d'un pulseur (non représenté), le flux d'air refroidi permet de diminuer la température de l'air de l'habitacle.
Le fluide réfrigérant FR quitte ensuite l'évaporateur 11 par la sortie 112 et retourne dans le compresseur 7 pour recommencer un cycle réfrigérant.
Un tel circuit de climatisation 1 avec un module d'échange unitaire 19 permettant d'une part le sous-refroidissement du fluide réfrigérant FR après condensation dans l'échangeur thermique bi- fluide 15 et d'autre part le refroidissement du fluide caloporteur FÇ permettant de refroidir l'échangeur thermique bi- fluide 15 permet donc un gain de place, de masse et de coût.
De plus, le module unitaire 19 peut être assemblé de façon simplifiée par brasage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module d'échange thermique pour un circuit de climatisation (1) pour véhicule automobile comprenant une boucle de climatisation (3) à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant (FR) et une boucle secondaire (5) à l'intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur (FC), caractérisé en ce que ledit module comprend :
- un premier échangeur thermique (9) agencé pour un échange thermique entre le fluide réfrigérant (FR) et un flux d'air extérieur, et - un deuxième échangeur thermique (17) agencé pour un échange thermique entre le fluide caloporteur (FC) et le flux d'air extérieur.
2. Module selon la revendication 1, dans lequel le premier échangeur thermique (9) est un échangeur de sous-refroidissement (9) du fluide réfrigérant (FR) et le deuxième échangeur thermique (17) est un radiateur de refroidissement du fluide caloporteur (FC).
3. Module selon l'une des revendications 1 ou 2, comportant un faisceau d'échange thermique comprenant une pluralité de tubes de circulation de fluide (23) et une cloison interne (29) de séparation définissant au moins un premier faisceau intermédiaire pour la circulation du fluide réfrigérant (FR) et au moins un second faisceau intermédiaire pour la circulation du fluide caloporteur (FC).
4. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité d'ailettes (25) agencées perpendiculairement aux tubes de circulation de fluide (23).
5. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une bouteille de stockage (16) du fluide réfrigérant (FR).
6. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est assemblé par brasage.
7. Circuit de climatisation pour véhicule automobile comprenant une boucle de climatisation (3) à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant (FR) et une boucle secondaire (5) à l'intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur (FC),
- ladite boucle de climatisation (3) comprenant : un compresseur (7), au moins un premier échangeur thermique (9) agencé pour un échange thermique entre le fluide réfrigérant (FR) et un flux d'air extérieur, un évaporateur (11) agencé de manière à conditionner un flux d'air à destination de l'habitacle dudit véhicule,et au moins un organe de détente (13) agencé en amont de l'évaporateur (11) selon le sens de circulation du fluide réfrigérant (FR), - ladite boucle secondaire (5) et ladite boucle de climatisation (3) comprenant conjointement un échangeur thermique bi- fluide (15) pour un échange thermique entre ledit fluide réfrigérant (FR) et ledit fluide caloporteur (FC), et
- ladite boucle secondaire (5) comprenant en outre un deuxième échangeur thermique (17) agencé pour un échange thermique entre le fluide caloporteur (FC) et le flux d'air extérieur, caractérisé en ce que le premier échangeur thermique (9) et le deuxième échangeur thermique (17) sont réalisés sous la forme d'un module d'échange thermique (19) unitaire.
8. Circuit de climatisation selon la revendication 7, dans lequel l'échangeur thermique bi-fluide (15) est agencé en amont du module d'échange thermique (19) selon le sens de circulation du fluide réfrigérant (FR) et du fluide caloporteur (FC).
9. Circuit de climatisation selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel le module d'échange thermique (19) unitaire comprend une bouteille de stockage (16) du fluide réfrigérant (FR) en sortie de l'échangeur thermique bi-fluide (15).
10. Circuit de climatisation selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel l'échangeur thermique bi-fluide (15) est un condenseur (15).
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