WO2015090943A1 - Dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle et/ou d'un organe d'un vehicule automobile - Google Patents

Dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle et/ou d'un organe d'un vehicule automobile Download PDF

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WO2015090943A1
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heat exchanger
refrigerant
extending
compressor
heat
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Rabih MURR
Mohamed Yahia
Stefan Karl
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F25B2400/23—Separators

Definitions

  • the present invention relates to a device for thermal conditioning of a passenger compartment and / or an element of a motor vehicle, such as for example a battery.
  • Such a device known from the prior art comprises a refrigerant circuit comprising a first heat exchanger capable of forming a condenser, a second heat exchanger capable of forming an evaporator, a third heat exchanger capable of forming an evaporator, a first compressor, a second compressor, a first expander, a second expander, means for separating the liquid phase and the vapor phase of the refrigerant, and means adapted to circulate the refrigerant according to at least one loop passing successively through the first heat exchanger, the first expander, the third heat exchanger, and the separation means, the liquid phase of the refrigerant from the separation means then passing through the second expander, the second heat exchanger and the first compressor before crossing the second compressor, the vapor phase of the refrigerant fluid from the separating means ion passing directly through the second compressor,
  • a heat transfer fluid circuit comprising the third heat exchanger, so that the third heat exchanger is able to exchange heat between the coolant and the refrigerant, a fourth heat exchanger capable of exchanging heat between the fluid refrigerant and a battery of the motor vehicle, a fifth heat exchanger forming a radiator, a pump and means adapted to circulate the coolant according to one of the following operating modes:
  • the second heat exchanger being housed in a circulation channel of a flow of air intended to open into the passenger compartment of the vehicle, the second exchanger being able to exchange heat between the refrigerant and said air flow.
  • the first heat exchanger and the fifth heat exchanger are conventionally arranged on the front face of a motor vehicle.
  • the second exchanger and said channel belong for example to a heating, ventilation and / or air conditioning system, also called H.V.A.C. (Heating, Ventilation and Air-Conditioning).
  • the second heat exchanger makes it possible to cool the flow of air passing through the aforementioned channel (air conditioning of the passenger compartment).
  • the fourth heat exchanger makes it possible to cool the battery.
  • the calories taken from the air flow intended for the passenger compartment or the battery can be rejected at the level of the first heat exchanger and at the level of the fifth heat exchanger.
  • the heat transfer fluid carrying calories taken from the battery can:
  • the invention aims in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem.
  • a device for thermal conditioning of a passenger compartment and / or an element of a motor vehicle comprising:
  • a refrigerant circuit comprising a first heat exchanger capable of forming a condenser, a second heat exchanger capable of forming an evaporator, a third heat exchanger capable of forming an evaporator, a first compressor, a second compressor, a first expander a second expander, means for separating the liquid phase and the vapor phase of the refrigerant, and means adapted to circulate the refrigerant according to at least one loop successively passing through the first heat exchanger, the first expander, the third heat exchanger, and the separation means, the liquid phase of the refrigerant from the separation means then passing through the second expander, the second heat exchanger and the first compressor before passing through the second compressor, the vapor phase of the refrigerant from the separation means passing directly through the second compressor, a heat transfer fluid circuit comprising the third heat exchanger, so that the third heat exchanger is able to exchange heat between the coolant and the refrigerant, a fourth heat exchanger capable of exchanging heat between the fluid refrig
  • the second heat exchanger being housed in a circulation channel of a flow of air intended to open into the passenger compartment of the vehicle, the second exchanger being able to exchange heat between the refrigerant and said air flow, characterized in it comprises controlled bypass means adapted to derive at least a portion of the air flow out of the second heat exchanger.
  • the temperature of the mixed air downstream of the second heat exchanger is substantially equal to a set temperature.
  • the bypass means comprise a flap located in said flow channel of the air flow, upstream of the second heat exchanger with respect to the direction of flow of the air flow.
  • the flap can be associated with control means making it possible to control the position of the shutter so as to adapt the flow rate of the air flow passing through the second heat exchanger and the flow rate of the air flow derived from the second heat exchanger and preferably so that the temperature of the mixed air downstream of the second heat exchanger is equal to the set temperature.
  • the means for separating the liquid phase and the vapor phase of the refrigerant may comprise a bottle.
  • each compressor may comprise a rotary input shaft, the input shafts of the two compressors being coupled in rotation so as to be driven at the same speed.
  • the refrigerant circuit comprises:
  • a third portion extending between the refrigerant outlet of the third heat exchanger and the inlet of the separation means of the liquid phase and the vapor phase of the refrigerant, a fourth portion extending between a first output of said separation means and the input of the second heat exchanger, the fourth portion being equipped with the second expander,
  • a sixth portion extending between the outlet of the first compressor and the inlet of the second compressor, said sixth portion comprising a branch
  • the coolant circuit comprising:
  • a first portion extending between the heat transfer fluid outlet of the third heat exchanger and the inlet of the pump, the first portion comprising a branch
  • a third portion extending between the outlet of the fourth heat exchanger and a first channel of a valve, such as for example a controlled valve,
  • the body of the motor vehicle is a battery.
  • the first heat exchanger may be able to exchange heat between the refrigerant and air.
  • the fifth heat exchanger may be able to exchange heat between the heat transfer fluid and air.
  • the invention also relates to a motor vehicle, characterized in that it comprises a device of the aforementioned type.
  • FIG. 1 is a schematic view of a thermal conditioning device according to the prior art
  • FIG. 2 is a Mollier diagram illustrating the operation of the refrigerant circuit of the device of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 1, illustrating one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 A device for thermal conditioning of a passenger compartment and / or a battery of a motor vehicle of the prior art is illustrated in FIG.
  • This device comprises a refrigerant circuit 1 comprising a first heat exchanger E1 forming a condenser and capable of exchanging heat between the refrigerant and the air outside the vehicle, a second heat exchanger E2 forming an evaporator and suitable exchanging heat between the refrigerant and the air outside the vehicle, a third heat exchanger E3 forming an evaporator and able to exchange heat between the refrigerant and a coolant, a first compressor C1, a second compressor C2, a first expander D1, a second expander D2, and means for separating the liquid phase and the vapor phase of the refrigerant, in the form of a bottle B.
  • a refrigerant circuit 1 comprising a first heat exchanger E1 forming a condenser and capable of exchanging heat between the refrigerant and the air outside the vehicle, a second heat exchanger E2 forming an evaporator and suitable exchanging heat between the refrigerant and the air outside the vehicle, a third heat exchange
  • the first exchanger E1 is generally arranged on the front of the motor vehicle.
  • the second heat exchanger E2 generally belongs to a heating, ventilation and / or air conditioning, also called HVAC (Heating, Ventilation and Air-Conditioning).
  • HVAC Heating, Ventilation and Air-Conditioning
  • the second heat exchanger E2 is in particular located in a circulation channel 2 of an air flow F intended to open into the passenger compartment of the vehicle, the air flow being represented by the arrow F.
  • the refrigerant circuit 1 comprises in particular: a first portion P1 extending between the output of the second compressor C2 and the inlet of the first heat exchanger E1;
  • a sixth portion P6 extending between the output of the first compressor C1 and the inlet of the second compressor C2, said sixth portion P6 comprising a branch X,
  • the refrigerant is, for example, of the R-134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) or R-1234yf (2,3,3,3-tetrafluoropropene) type.
  • the device further comprises a heat transfer fluid circuit 4 comprising the third heat exchanger E3 exchanging heat between the coolant and the refrigerant, a fourth heat exchanger E4 capable of exchanging heat between the refrigerant and the battery of the motor vehicle, a fifth exchanger E5 heat forming a radiator, a pump P and a three-way valve V, such as a solenoid valve.
  • a heat transfer fluid circuit 4 comprising the third heat exchanger E3 exchanging heat between the coolant and the refrigerant, a fourth heat exchanger E4 capable of exchanging heat between the refrigerant and the battery of the motor vehicle, a fifth exchanger E5 heat forming a radiator, a pump P and a three-way valve V, such as a solenoid valve.
  • the heat transfer fluid circuit 4 comprises in particular:
  • a third portion P'3 extending between the outlet of the fourth heat exchanger E4 and a first channel 5 of a valve V, such as for example a controlled solenoid valve,
  • the heat transfer fluid is for example glycol water.
  • the refrigerant circulates in a loop through successively the first heat exchanger E1 (condenser), the first expander D1, the third heat exchanger E3 (evaporator), and the bottle B, the liquid phase of the refrigerant from the bottle B then passes through the second expander D2, the second heat exchanger E2 (evaporator) and the first compressor C1 before passing through the second compressor C2, the vapor phase of the refrigerant from the bottle B passing directly through the second compressor C2.
  • thermodynamic cycle is illustrated in the Mollier diagram of Figure 2.
  • the abscissa is formed by the enthalpy H and the ordinate is formed by the pressure p of the refrigerant.
  • first channel 5 and the second channel 6 of the valve V are open and the third channel 7 of the valve V is closed
  • the first channel 5 and the third channel 7 of the valve V are open and the second channel 6 of the valve V is closed.
  • the battery is cooled by the fourth heat exchanger E4 (evaporator), the calories taken from the battery being transmitted to the refrigerant circuit 1 via the third heat exchanger E3.
  • the fourth heat exchanger E4 evaporator
  • the battery is cooled by the fourth heat exchanger E4 (evaporator) but the calories taken from the battery are discharged into the outside air to the vehicle using the fifth heat exchanger. E5 heat (radiator).
  • the air F flowing through the channel 2 and intended to open into the passenger compartment of the vehicle is cooled by the second heat exchanger E2 (evaporator), the calories being evacuated into the outside air of the vehicle using the first heat exchanger E1 (condenser).
  • Table 1 below illustrates theoretical examples of several cases of operation. For each case of operation are indicated, the cubic capacity of the first compressor C1, the theoretical displacement of the second compressor C2, the outside air temperature, the thermal power of the second heat exchanger E2 (cooling power depending on a setpoint d a user for example) and the thermal power of the fourth heat exchanger E4 (power required for cooling the battery). Note that the two compressors C1, C2 rotate at the same speed, which can vary depending on the case. Note that, to achieve the thermal power specified in each case of operation, it then becomes necessary to vary the displacement of the second compressor C2 (assuming that the displacement of the first compressor C1 remains unchanged for all cases of operation). However, it is technically difficult to vary the displacement of a compressor in operation.
  • the invention aims to remedy this drawback by proposing a device similar to that described above, but in which a flap 8 is mounted in the channel 2 for circulating the air flow F intended for the passenger compartment, upstream of the second heat exchanger E2 in the direction of the air flow F, as illustrated in FIG.
  • the angular position of the flap 8 is controlled so as to regulate the flow rate of the airflow Fa passing through the second heat exchanger E2 (and thus cooled by the latter) and the flow rate of the airflow Fb diverted from the second heat exchanger. E2 heat.
  • the flap 8 is preferably movable between a first end position in which the entire flow F is diverted from the second heat exchanger E2 and a second end position in which the entire flow F passes through the second heat exchanger E2.
  • the flap 8 can also take all the intermediate positions between these two extreme positions.
  • the regulation of the thermal conditioning device according to the invention is carried out so that the temperature of the mixed air downstream of the second heat exchanger E2 is equal to a set temperature.
  • Table 2 illustrates examples substantially corresponding to the aforementioned operating cases, that is to say examples comprising substantially the same thermal powers requested or specified for the second heat exchanger E2 and for the fourth heat exchanger E4 , the displacement of the first compressor C1 is also identical. Moreover, in these various examples, the rotational speeds of the two compressors C1, C2 are identical, this speed however being variable as a function of the operating case, as previously.
  • This table includes, in addition to the information already present in Table 1, an indication of the percentage of the mass flow of total air which is diverted from the second heat exchanger E2.
  • a value of 0% therefore means that the whole of the air flow F passes through the second exchanger E2, while a value of 20% indicates that the shutter 8 is positioned so that 20% of the mass flow rate of the flow of air F is diverted from the second heat exchanger E2 (80% of this mass flow therefore passes through the second heat exchanger E2).
  • the invention allows the device to easily adapt to different specifications or cases of operation, that is to say, to different thermal powers of the second heat exchanger E2 (air conditioning for the passenger compartment ) and the fourth heat exchanger E4 (cooling the battery), with compressors C1, C2 of constant displacement and rotating at the same speed (variable depending on the operating case), simply by varying the position of the flap 8.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle et/ou d'un organe d'un véhicule automobile comportant un circuit (1) de fluide frigorigène apte à refroidir de l'air (F) destiné à l'habitacle d'un véhicule par l'intermédiaire d'un évaporateur (E2) et un circuit (4) de fluide caloporteur apte à refroidir ledit organe du véhicule automobile. Un volet (8) est placé en amont de l'évaporateur (E2) de façon à réguler le débit d'air (Fa) passant par l'évaporateur (E2).

Description

Dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle et/ou d'un organe d'un véhicule automobile
La présente invention concerne un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle et/ou d'un organe d'un véhicule automobile, tel par exemple qu'une batterie.
Un tel dispositif connu de l'art antérieur comporte un circuit de fluide frigorigène comprenant un premier échangeur de chaleur apte à former un condenseur, un deuxième échangeur de chaleur apte à former un évaporateur, un troisième échangeur de chaleur apte à former un évaporateur, un premier compresseur, un second compresseur, un premier détendeur, un second détendeur, des moyens de séparation de la phase liquide et de la phase vapeur du fluide frigorigène, et des moyens aptes à faire circuler le fluide frigorigène selon au moins une boucle traversant successivement le premier échangeur de chaleur, le premier détendeur, le troisième échangeur de chaleur, et les moyens de séparation, la phase liquide du fluide frigorigène issue des moyens de séparation traversant ensuite le second détendeur, le deuxième échangeur de chaleur et le premier compresseur avant de traverser le second compresseur, la phase vapeur du fluide frigorigène issue des moyens de séparation traversant directement le second compresseur,
un circuit de fluide caloporteur comprenant le troisième échangeur de chaleur, de sorte que le troisième échangeur de chaleur soit apte à échanger de la chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide frigorigène, un quatrième échangeur de chaleur apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et une batterie du véhicule automobile, un cinquième échangeur de chaleur formant un radiateur, une pompe et des moyens aptes à faire circuler le fluide caloporteur selon l'un au mois des modes de fonctionnement suivants :
- un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide caloporteur circule le long d'une première boucle traversant successivement la pompe, le quatrième échangeur de chaleur et le troisième échangeur de chaleur,
- un second mode de fonctionnement dans lequel le fluide caloporteur circule le long d'une seconde boucle traversant successivement la pompe, le quatrième échangeur de chaleur et le cinquième échangeur de chaleur,
le second échangeur étant logé dans un canal de circulation d'un flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule, le second échangeur étant apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et ledit flux d'air.
Le premier échangeur de chaleur et le cinquième échangeur de chaleur sont classiquement disposés en face avant d'un véhicule automobile. Le second échangeur et ledit canal appartiennent par exemple à une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, également appelée H.V.A.C. (Heating, Ventilation and Air-Conditioning).
En fonctionnement, le second échangeur de chaleur permet de refroidir le flux d'air traversant le canal précité (climatisation de l'habitacle). Par ailleurs, le quatrième échangeur de chaleur permet de refroidir la batterie.
Les calories prélevées sur le flux d'air destiné à l'habitacle ou sur la batterie peuvent être rejetées au niveau du premier échangeur de chaleur et au niveau du cinquième échangeur de chaleur. En particulier, en fonction de la température de l'air extérieur au véhicule, le fluide caloporteur transportant des calories prélevées sur la batterie peut :
- soit transférer ces calories au circuit de fluide frigorigène via le troisième échangeur de chaleur, le circuit de fluide frigorigène évacuant ensuite ces calories dans l'air extérieur au véhicule via le premier échangeur de chaleur,
- soit évacuer directement ces calories dans l'air extérieur, via le cinquième échangeur de chaleur. En fonction des besoins et des conditions de température ou d'humidité de l'air extérieur, il peut être nécessaire de faire varier indépendamment les puissances de refroidissement du second échangeur de chaleur et du quatrième échangeur de chaleur.
Pour cela, avec la structure actuelle, il peut être théoriquement nécessaire de faire varier indépendamment la vitesse du premier compresseur et la vitesse du second compresseur, ou de faire varier par exemple la cylindrée du second compresseur, de façon à atteindre les spécifications visées en termes de puissance de refroidissement du second et du quatrième échangeurs de chaleur, ceci étant techniquement difficile à réaliser.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.
A cet effet, elle propose un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle et/ou d'un organe d'un véhicule automobile, comportant :
un circuit de fluide frigorigène comprenant un premier échangeur de chaleur apte à former un condenseur, un deuxième échangeur de chaleur apte à former un évaporateur, un troisième échangeur de chaleur apte à former un évaporateur, un premier compresseur, un second compresseur, un premier détendeur, un second détendeur, des moyens de séparation de la phase liquide et de la phase vapeur du fluide frigorigène, et des moyens aptes à faire circuler le fluide frigorigène selon au moins une boucle traversant successivement le premier échangeur de chaleur, le premier détendeur, le troisième échangeur de chaleur, et les moyens de séparation, la phase liquide du fluide frigorigène issue des moyens de séparation traversant ensuite le second détendeur, le deuxième échangeur de chaleur et le premier compresseur avant de traverser le second compresseur, la phase vapeur du fluide frigorigène issue des moyens de séparation traversant directement le second compresseur, un circuit de fluide caloporteur comprenant le troisième échangeur de chaleur, de sorte que le troisième échangeur de chaleur soit apte à échanger de la chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide frigorigène, un quatrième échangeur de chaleur apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et l'organe du véhicule automobile, un cinquième échangeur de chaleur apte à former un radiateur, une pompe et des moyens aptes à faire circuler le fluide caloporteur selon l'un au mois des modes de fonctionnement suivants :
- un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide caloporteur circule selon une première boucle traversant successivement la pompe, le quatrième échangeur de chaleur et le troisième échangeur de chaleur,
- un second mode de fonctionnement dans lequel le fluide caloporteur circule selon une seconde boucle traversant successivement la pompe, le quatrième échangeur de chaleur et le cinquième échangeur de chaleur,
le second échangeur étant logé dans un canal de circulation d'un flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule, le second échangeur étant apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et ledit flux d'air, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de dérivation commandés aptes à dériver au moins une partie du flux d'air hors du second échangeur de chaleur.
Préférentiellement, la température de l'air mélangé en aval du second échangeur de chaleur est sensiblement égale à une température de consigne.
De cette manière, il est possible d'atteindre les spécifications visées en termes de puissance de refroidissement, à la fois pour le second échangeur de chaleur et pour le quatrième échangeur de chaleur, en faisant varier le débit d'air traversant le second échangeur, en utilisant des compresseurs de cylindrée constante pour différents cas de fonctionnement, et en utilisant des compresseurs tournant à la même vitesse (cette vitesse pouvant toutefois varier en fonction des cas précités).
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de dérivation comportent un volet situé dans ledit canal de circulation du flux d'air, en amont du second échangeur de chaleur par rapport au sens de circulation du flux d'air.
Une telle solution technique est simple à mettre œuvre, peu coûteuse, fiable et peu encombrante.
Dans ce cas, le volet peut être associé à des moyens de commande permettant de commander la position du volet de façon à adapter le débit du flux d'air passant par le second échangeur de chaleur et le débit du flux d'air dérivé du second échangeur de chaleur et préférentiellement de sorte que la température de l'air mélangé en aval du second échangeur de chaleur soit égale à la température de consigne.
En outre, les moyens de séparation de la phase liquide et de la phase vapeur du fluide frigorigène peuvent comporter une bouteille.
De plus, chaque compresseur peur comporter un arbre d'entrée rotatif, les arbres d'entrée des deux compresseurs étant couplés en rotation de façon à être entraînés à la même vitesse.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de fluide frigorigène comporte :
- une première portion s'étendant entre la sortie du second compresseur et l'entrée du premier échangeur de chaleur,
- une deuxième portion s'étendant entre la sortie du premier échangeur de chaleur et l'entrée de fluide frigorigène du troisième échangeur de chaleur, ladite deuxième portion étant équipée du premier détendeur,
- une troisième portion s'étendant entre la sortie de fluide frigorigène du troisième échangeur de chaleur et l'entrée des moyens de séparation de la phase liquide et de la phase vapeur du fluide frigorigène, - une quatrième portion s'étendant entre une première sortie desdits moyens de séparation et l'entrée du deuxième échangeur de chaleur, la quatrième portion étant équipée du second détendeur,
- une cinquième portion s'étendant entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur et l'entrée du premier compresseur,
- une sixième portion s'étendant entre la sortie du premier compresseur et l'entrée du second compresseur, ladite sixième portion comportant un embranchement,
- une septième portion s'étendant entre une seconde sortie desdits moyens de séparation et l'embranchement,
le circuit de fluide caloporteur comportant :
- une première portion s'étendant entre la sortie de fluide caloporteur du troisième échangeur de chaleur et l'entrée de la pompe, la première portion comportant un embranchement,
- une deuxième portion s'étendant entre la sortie de la pompe et l'entrée du quatrième échangeur de chaleur,
- une troisième portion s'étendant entre la sortie du quatrième échangeur de chaleur et une première voie d'une vanne, telle par exemple qu'une vanne commandée,
- une quatrième portion s'étendant entre une deuxième voie de la vanne et l'entrée de fluide caloporteur du troisième échangeur de chaleur,
- une cinquième portion s'étendant entre une troisième voie de la vanne et l'entrée du cinquième échangeur de chaleur,
- une sixième portion s'étendant entre la sortie du cinquième échangeur de chaleur et l'embranchement.
De préférence, l'organe du véhicule automobile est une batterie. En outre, le premier échangeur de chaleur peut être apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et de l'air.
De même, le cinquième échangeur de chaleur peut être apte à échanger de la chaleur entre le fluide caloporteur et de l'air. L'invention concerne également un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif du type précité.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de conditionnement thermique selon l'art antérieur,
- la figure 2 est un diagramme de Mollier illustrant le fonctionnement du circuit de fluide frigorigène du dispositif de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue correspondant à la figure 1 , illustrant une forme de réalisation de l'invention.
Un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle et/ou d'une batterie d'un véhicule automobile de l'art antérieur est illustré à la figure 1 .
Ce dispositif comporte un circuit 1 de fluide frigorigène comprenant un premier échangeur de chaleur E1 formant un condenseur et apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et de l'air extérieur au véhicule, un deuxième échangeur de chaleur E2 formant un évaporateur et apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et l'air extérieur au véhicule, un troisième échangeur de chaleur E3 formant un évaporateur et apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et un fluide caloporteur, un premier compresseur C1 , un second compresseur C2, un premier détendeur D1 , un second détendeur D2, et des moyens de séparation de la phase liquide et de la phase vapeur du fluide frigorigène, se présentant sous la forme d'une bouteille B.
Le premier échangeur E1 est en général disposé en face avant du véhicule automobile. Le second échangeur de chaleur E2 appartient en général à une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, également appelée H.V.A.C. (Heating, Ventilation and Air-Conditioning). Le second échangeur de chaleur E2 est en particulier situé dans un canal de circulation 2 d'un flux d'air F destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule, le flux d'air étant représenté par la flèche F.
Le circuit 1 de fluide frigorigène comporte en particulier : - une première portion P1 s'étendant entre la sortie du second compresseur C2 et l'entrée du premier échangeur de chaleur E1 ,
- une deuxième portion P2 s'étendant entre la sortie du premier échangeur de chaleur E1 et l'entrée de fluide frigorigène du troisième échangeur de chaleur E3, ladite deuxième portion P2 étant équipée du premier détendeur D1 ,
- une troisième portion P3 s'étendant entre la sortie de fluide frigorigène du troisième échangeur de chaleur E3 et l'entrée de la bouteille B,
- une quatrième portion P4 s'étendant entre une première sortie de la bouteille B et l'entrée du deuxième échangeur de chaleur E2, la quatrième portion P4 étant équipée du second détendeur D2,
- une cinquième portion P5 s'étendant entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur E2 et l'entrée du premier compresseur C1 ,
- une sixième portion P6 s'étendant entre la sortie du premier compresseur C1 et l'entrée du second compresseur C2, ladite sixième portion P6 comportant un embranchement X,
- une septième portion P7 s'étendant entre une seconde sortie de la bouteille B et l'embranchement X.
Le fluide frigorigène est par exemple du type R-134a (1 ,1 ,1 ,2- tétrafluoroéthane) ou du R-1234yf (2,3,3,3-tétrafluoropropène).
Le dispositif comporte en outre un circuit 4 de fluide caloporteur comprenant le troisième échangeur de chaleur E3 échangeant de la chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide frigorigène, un quatrième échangeur de chaleur E4 apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et la batterie du véhicule automobile, un cinquième échangeur de chaleur E5 formant un radiateur, une pompe P et une vanne trois voies V, telle par exemple qu'une électrovanne.
Le circuit 4 de fluide caloporteur comporte en particulier :
- une première portion ΡΊ s'étendant entre la sortie de fluide caloporteur du troisième échangeur de chaleur E3 et l'entrée de la pompe
P, la première portion ΡΊ comportant un embranchement X',
- une deuxième portion P'2 s'étendant entre la sortie de la pompe P et l'entrée du quatrième échangeur de chaleur E4,
- une troisième portion P'3 s'étendant entre la sortie du quatrième échangeur de chaleur E4 et une première voie 5 d'une vanne V, telle par exemple qu'une électrovanne commandée,
- une quatrième portion P'4 s'étendant entre une deuxième voie
6 de la vanne V et l'entrée de fluide caloporteur du troisième échangeur de chaleur E3,
- une cinquième portion P'5 s'étendant entre une troisième voie
7 de la vanne V et l'entrée du cinquième échangeur de chaleur E5,
- une sixième portion P'6 s'étendant entre la sortie du cinquième échangeur de chaleur E5 et l'embranchement X'.
- Le fluide caloporteur est par exemple de l'eau glycolée.
En fonctionnement, le fluide frigorigène circule selon une boucle traversant successivement le premier échangeur de chaleur E1 (condenseur), le premier détendeur D1 , le troisième échangeur de chaleur E3 (évaporateur), puis la bouteille B, la phase liquide du fluide frigorigène issue de la bouteille B traversant ensuite le second détendeur D2, le deuxième échangeur de chaleur E2 (évaporateur) et le premier compresseur C1 avant de traverser le second compresseur C2, la phase vapeur du fluide frigorigène issue de la bouteille B traversant directement le second compresseur C2.
Le cycle thermodynamique correspondant est illustré sur le diagramme de Mollier de la figure 2. Sur ce diagramme, l'abscisse est formée par l'enthalpie H et l'ordonnée est formée par la pression p du fluide frigorigène.
Des points référencés il à i10 ont été reportés à la fois sur le diagramme de Mollier et sur le circuit 1 de fluide frigorigène illustré à la figure 1 afin de faciliter la compréhension. Les phases du fluide frigorigène (liquide ; diphasique, c'est-à-dire liquide et vapeur ; vapeur) sont également indiquées sur le diagramme, ainsi que les différentes étapes du cycle (évaporation, condensation, compression, détente).
En ce qui concerne le circuit 4 de fluide caloporteur, le fluide correspondant circule :
- dans un premier mode de fonctionnement, le long d'une première boucle traversant successivement la pompe P, le quatrième échangeur de chaleur E4 et le troisième échangeur de chaleur E3 avant de traverser à nouveau la pompe P. Pour cela, la première voie 5 et la deuxième voie 6 de la vanne V sont ouvertes et la troisième voie 7 de la vanne V est fermée,
- dans un second mode de fonctionnement, le long d'une seconde boucle traversant successivement la pompe P, le quatrième échangeur de chaleur E4 et le cinquième échangeur de chaleur E5 avant de traverser à nouveau la pompe P. Pour cela, la première voie 5 et la troisième voie 7 de la vanne V sont ouvertes et la deuxième voie 6 de la vanne V est fermée.
Ainsi, dans le premier mode de fonctionnement, la batterie est refroidie par le quatrième échangeur de chaleur E4 (évaporateur), les calories prélevées sur la batterie étant transmises au circuit de fluide frigorigène 1 via le troisième échangeur de chaleur E3.
A l'inverse, dans le second mode de fonctionnement, la batterie est refroidie par le quatrième échangeur de chaleur E4 (évaporateur) mais les calories prélevées sur la batterie sont évacuées dans l'air extérieur au véhicule à l'aide du cinquième échangeur de chaleur E5 (radiateur). Parallèlement, quel que soit le mode de fonctionnement du circuit 4 de fluide caloporteur, l'air F traversant le canal 2 et destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule est refroidi par le deuxième échangeur de chaleur E2 (évaporateur), les calories étant évacuées dans l'air extérieur au véhicule à l'aide du premier échangeur de chaleur E1 (condenseur).
Le tableau 1 ci-dessous illustre des exemples théoriques de plusieurs cas de fonctionnement. Pour chaque cas de fonctionnement sont indiquées, la cylindrée du premier compresseur C1 , la cylindrée théorique du second compresseur C2, la température de l'air extérieur, la puissance thermique du deuxième échangeur de chaleur E2 (puissance de climatisation fonction d'une consigne d'un utilisateur par exemple) et la puissance thermique du quatrième échangeur de chaleur E4 (puissance nécessaire au refroidissement de la batterie). On notera que les deux compresseurs C1 , C2 tournent à une même vitesse, qui peut varier en fonction du cas considéré. On remarque que, pour atteindre les puissances thermiques spécifiées dans chaque cas de fonctionnement, il devient alors nécessaire de faire varier la cylindrée du deuxième compresseur C2 (en supposant que la cylindrée du premier compresseur C1 reste inchangée pour tous les cas de fonctionnement). Or, il est techniquement difficile de faire varier la cylindrée d'un compresseur en fonctionnement.
Figure imgf000013_0001
Tableau 1
L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un dispositif similaire à celui décrit précédemment, mais dans lequel un volet 8 est monté dans le canal 2 de circulation du flux d'air F destiné à l'habitacle, en amont du deuxième échangeur de chaleur E2 dans le sens du flux d'air F, comme cela est illustré à la figure 3.
La position angulaire du volet 8 est commandée de façon à pouvoir réguler le débit du flux d'air Fa traversant le deuxième échangeur de chaleur E2 (et donc refroidi par ce dernier) et le débit du flux d'air Fb détourné du deuxième échangeur de chaleur E2. Le volet 8 est de préférence mobile entre une première position extrême dans laquelle l'ensemble du flux F est détourné du deuxième échangeur de chaleur E2 et une seconde position extrême dans laquelle l'ensemble du flux F traverse le deuxième échangeur de chaleur E2. Le volet 8 peut également prendre toutes les positions intermédiaires entre ces deux positions extrêmes. Préférentiellement, la régulation du dispositif de conditionnement thermique selon l'invention s'effectue de manière à ce que la température de l'air mélangé en aval du deuxième échangeur de chaleur E2 soit égale à une température de consigne.
Le tableau 2 ci-dessous illustre des exemples correspondant sensiblement aux cas de fonctionnement précités, c'est-à-dire des exemples comportant sensiblement les mêmes puissances thermiques demandées ou spécifiées pour le deuxième échangeur de chaleur E2 et pour le quatrième échangeur de chaleur E4, la cylindrée du premier compresseur C1 étant également identique. Par ailleurs, dans ces différents exemples, les vitesses de rotation des deux compresseurs C1 , C2 sont identiques, cette vitesse étant toutefois variable en fonction du cas de fonctionnement, comme précédemment.
Ce tableau comporte, outre les informations déjà présentes dans le tableau 1 , une indication concernant le pourcentage du débit massique d'air total qui est détourné du second échangeur de chaleur E2. Une valeur de 0% signifie donc que l'ensemble du flux d'air F traverse le deuxième échangeur E2, tandis qu'une valeur de 20 % indique que le volet 8 est positionné de telle sorte que 20% du débit massique du flux d'air F est détourné du deuxième échangeur de chaleur E2 (80% de ce débit massique traverse donc le deuxième échangeur de chaleur E2).
Figure imgf000015_0001
Tableau 2
On remarque que l'invention permet au dispositif de s'adapter facilement à différentes spécifications ou cas de fonctionnements, c'est-à- dire à différentes puissances thermiques du deuxième échangeur de chaleur E2 (climatisation de l'air destiné à l'habitacle) et du quatrième échangeur de chaleur E4 (refroidissement de la batterie), avec des compresseurs C1 , C2 de cylindrées constantes et tournant à une même vitesse (variable en fonction du cas de fonctionnement), simplement en faisant varier la position du volet 8.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle et/ou d'un organe d'un véhicule automobile, comportant :
un circuit (1 ) de fluide frigorigène comprenant un premier échangeur de chaleur (E1 ) apte à former un condenseur, un deuxième échangeur de chaleur (E2) apte à former un évaporateur, un troisième échangeur de chaleur (E3) apte à former un évaporateur, un premier compresseur (C1 ), un second compresseur (C2), un premier détendeur (D1 ), un second détendeur (D2), des moyens (B) de séparation de la phase liquide et de la phase vapeur du fluide frigorigène, et des moyens aptes à faire circuler le fluide frigorigène selon au moins une boucle traversant successivement le premier échangeur de chaleur (E1 ), le premier détendeur (D1 ), le troisième échangeur de chaleur (E3), et les moyens de séparation (B), la phase liquide du fluide frigorigène issue des moyens de séparation (B) traversant ensuite le second détendeur (D2), le deuxième échangeur de chaleur (E2) et le premier compresseur (C1 ) avant de traverser le second compresseur (C2), la phase vapeur du fluide frigorigène issue des moyens de séparation (B) traversant directement le second compresseur (C2),
un circuit de fluide caloporteur comprenant le troisième échangeur de chaleur (E3), de sorte que le troisième échangeur de chaleur (E3) soit apte à échanger de la chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide frigorigène, un quatrième échangeur de chaleur (E4) apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et l'organe du véhicule automobile, un cinquième échangeur de chaleur (E5) apte à former un radiateur, une pompe (P) et des moyens aptes à faire circuler le fluide caloporteur selon l'un au mois des modes de fonctionnement suivants :
- un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide caloporteur circule selon une première boucle traversant successivement la pompe (P), le quatrième échangeur de chaleur (E4) et le troisième échangeur de chaleur (E3), - un second mode de fonctionnement dans lequel le fluide caloporteur circule selon une seconde boucle traversant successivement la pompe (P), le quatrième échangeur de chaleur (E4) et le cinquième échangeur de chaleur (E5),
le second échangeur (E2) étant logé dans un canal (2) de circulation d'un flux d'air (F) destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule, le second échangeur (E2) étant apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et ledit flux d'air (F), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de dérivation (8) commandés aptes à dériver au moins une partie (Fb) du flux d'air (F) hors du second échangeur de chaleur (E2).
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de dérivation comportent un volet (8) situé dans ledit canal (2) de circulation du flux d'air (F), en amont du second échangeur de chaleur (E2) par rapport au sens de circulation du flux d'air (F).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le volet (8) est associé à des moyens de commande permettant de commander la position du volet (8) de façon à adapter le débit du flux d'air (Fa) passant par le second échangeur de chaleur (E2) et le débit du flux d'air (Fb) dérivé du second échangeur de chaleur (E2).
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de séparation de la phase liquide et de la phase vapeur du fluide frigorigène comportent une bouteille (B).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque compresseur (C1 , C2) comporte un arbre d'entrée rotatif, les arbres d'entrée des deux compresseurs (C1 , C2) étant couplés en rotation de façon à être entraînés à la même vitesse.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit (1 ) de fluide frigorigène comporte :
- une première portion (P1 ) s'étendant entre la sortie du second compresseur (C2) et l'entrée du premier échangeur de chaleur (E1 ), - une deuxième portion (P2) s'étendant entre la sortie du premier échangeur de chaleur (E1 ) et l'entrée de fluide frigorigène du troisième échangeur de chaleur (E3), ladite deuxième portion (P2) étant équipée du premier détendeur (D1 ),
- une troisième portion (P3) s'étendant entre la sortie de fluide frigorigène du troisième échangeur de chaleur (E3) et l'entrée des moyens de séparation (B) de la phase liquide et de la phase vapeur du fluide frigorigène,
- une quatrième portion (P4) s'étendant entre une première sortie desdits moyens de séparation (B) et l'entrée du deuxième échangeur de chaleur (E2), la quatrième portion (P4) étant équipée du second détendeur (D2),
- une cinquième portion (P5) s'étendant entre la sortie du deuxième échangeur de chaleur (E2) et l'entrée du premier compresseur (C1 ),
- une sixième portion (P6) s'étendant entre la sortie du premier compresseur (C1 ) et l'entrée du second compresseur (C2), ladite sixième portion (P6) comportant un embranchement (X),
- une septième portion (P7) s'étendant entre une seconde sortie desdits moyens de séparation (B) et l'embranchement (X),
le circuit (4) de fluide caloporteur comportant :
- une première portion (ΡΊ ) s'étendant entre la sortie de fluide caloporteur du troisième échangeur de chaleur (E3) et l'entrée de la pompe (P), la première portion (ΡΊ ) comportant un embranchement (Χ'),
- une deuxième portion (P'2) s'étendant entre la sortie de la pompe (P) et l'entrée du quatrième échangeur de chaleur (E4),
- une troisième portion (P'3) s'étendant entre la sortie du quatrième échangeur de chaleur (E4) et une première voie (5) d'une vanne (V), telle par exemple qu'une vanne commandée, - une quatrième portion (P'4) s'étendant entre une deuxième voie (6) de la vanne (V) et l'entrée de fluide caloporteur du troisième échangeur de chaleur (E3),
- une cinquième portion (P'5) s'étendant entre une troisième voie (7) de la vanne (V) et l'entrée du cinquième échangeur de chaleur (E5),
- une sixième portion (P'6) s'étendant entre la sortie du cinquième échangeur de chaleur (E5) et l'embranchement (Χ').
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe du véhicule automobile est une batterie.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (E1 ) est apte à échanger de la chaleur entre le fluide frigorigène et de l'air.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le cinquième échangeur de chaleur (E5) est apte à échanger de la chaleur entre le fluide caloporteur et de l'air.
10. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9.
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