WO2018020104A1 - Boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation - Google Patents

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WO2018020104A1
WO2018020104A1 PCT/FR2017/051959 FR2017051959W WO2018020104A1 WO 2018020104 A1 WO2018020104 A1 WO 2018020104A1 FR 2017051959 W FR2017051959 W FR 2017051959W WO 2018020104 A1 WO2018020104 A1 WO 2018020104A1
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condenser
loop
heating
expansion member
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Régis BEAUVIS
Patricia Gardie
Jugurtha Benouali
Laurent Delaforge
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F25B2400/0411—Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube

Definitions

  • the invention relates to an installation for heating, ventilation and / or air conditioning of a vehicle, and more particularly to a heating, ventilation and / or air conditioning loop.
  • a vehicle particularly an electric or hybrid vehicle, is commonly equipped with a heating, ventilation and / or air conditioning system to modify the aerothermal parameters of a flow of air penetrating inside a passenger compartment of the vehicle.
  • the installation includes a heater, ventilation and / or air conditioning device delimited by a housing and able to control the flow of air prior to its introduction inside the passenger compartment, according to the requirements of the 'user.
  • a heater, ventilation and / or air conditioning device delimited by a housing and able to control the flow of air prior to its introduction inside the passenger compartment, according to the requirements of the 'user.
  • the installation includes a heating loop, ventilation and / or air conditioning inside which circulates a refrigerant.
  • Such a loop can conventionally operate according to "an air conditioning mode", "a dehumidification mode” or even "a heat pump mode”.
  • the loop When the loop operates in the "heat pump mode” also called “heating mode", it is found that when the air temperature outside the vehicle is low, for example below -10 ° C, the power of Available heating is not sufficient to meet the needs of the user.
  • the available heating power is about 2700 W while the heating power needed for meet the needs of the user is estimated at 5000 W.
  • the object of the present invention is to propose a heating loop
  • the invention thus relates to a heating, ventilation and / or air conditioning loop characterized in that it comprises at least one compressor and a condenser, the loop being configured to operate in heat pump mode according to a first closed circuit comprising the compressor and the condenser, the loop being configured to circulate a refrigerant according to a second closed circuit in which the fluid passes successively through at least the compressor then the condenser partially bypassing the first closed circuit while undergoing a detent before to cross the compressor again.
  • the invention consists in exploiting an expansion of the fluid which is reinjected into the compressor without being cooled beforehand. This makes it possible to have a cooler refrigerant at the outlet of the compressor and thus to have a greater heating power at the condenser, this by exploiting the components of the loop which also serves its conventional functions and therefore without to increase its cost.
  • the available heating power is about 5000 W.
  • the loop according to the invention may comprise one or more of the following features, taken separately from each other or in combination with each other:
  • the second circuit comprises a first expansion element, located on a branch of short-circuiting of the first closed circuit, between the condenser and the compressor, in a direction of circulation of the fluid;
  • the loop comprises a heat exchanger able to form a condenser, an evaporator and a second expansion member;
  • the loop is configured to circulate the fluid in a third closed circuit in which the fluid passes successively through at least the compressor, the heat exchanger, the second expansion member and then the evaporator before passing through the compressor again;
  • the loop is configured to circulate the fluid in a fourth closed circuit in which the fluid passes successively at least the compressor, the condenser, the heat exchanger, the second expansion member and the evaporator before crossing again the compressor;
  • the first circuit comprises a third expansion member, the heat exchanger being able to form an evaporator, the loop being configured to circulate the fluid successively at least in the compressor, the condenser, the third expansion member and then the heat exchanger before crossing the compressor again;
  • the second closed circuit comprises a load buffer upstream of the compressor
  • the charge buffer comprises a liquid / gas phase separation bottle.
  • the subject of the invention is a heating, ventilation and / or air conditioning installation comprising a heating, ventilation and / or air conditioning loop as described above.
  • the installation according to the invention can comprise one or more of the following characteristics, taken separately from each other or in combination with each other:
  • the installation comprises a heating, ventilation and / or air conditioning apparatus comprising a blower capable of generating a flow of air in the apparatus in a direction of circulation;
  • the evaporator is housed in the apparatus downstream of the blower in the direction of flow of the air flow in the apparatus;
  • the installation comprises a heating circuit in which a heat transfer fluid circulates
  • the heating circuit comprises a heating radiator housed in the apparatus downstream of the evaporator in the direction of flow of the air flow in the apparatus;
  • the heating circuit is configured so that the coolant exchanges heat with the refrigerant via the condenser;
  • the condenser is housed in the device downstream of the evaporator in the direction of flow of air in the device. DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a diagrammatic view of a first embodiment of a heating, ventilation and / or air conditioning system
  • FIG. 2 is a view of the installation of FIG. 1, according to a first mode of operation
  • FIG. 3 is a view of the installation of FIG. 1, according to a second mode of operation
  • FIG. 4 is a view of the installation of FIG. 1, according to a third mode of operation
  • FIG. 5 is a view of the installation of FIG. 1, according to a fourth mode of operation
  • FIG. 1 illustrates a heating, ventilation and / or air-conditioning installation 1 able to modify the aerothermal parameters of an air flow F intended to penetrate into a passenger compartment of a vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
  • the heating, ventilation and / or air-conditioning system 1 includes a
  • heating, ventilation and / or air conditioning unit 2 capable of controlling the air flow
  • the apparatus 2 is delimited by a housing 3, for example made of polymer material, and comprises a blower 4 located inside the housing 3 and able to generate the air flow F from at least one inlet 5 towards at least one exhaust port 6 made in the housing 3, the air flow F from the exhaust port 6 joining the passenger compartment of the vehicle.
  • a housing 3 for example made of polymer material
  • a blower 4 located inside the housing 3 and able to generate the air flow F from at least one inlet 5 towards at least one exhaust port 6 made in the housing 3, the air flow F from the exhaust port 6 joining the passenger compartment of the vehicle.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning system 1 comprises:
  • the heating, ventilation and / or air-conditioning loop 7 comprises a condenser 9, a heat exchanger 10 able to form a condenser or an evaporator, an evaporator 11, a first expansion member D1, a second expansion member D2, a third expansion member D3, a compressor 12, a fluid reserve cylinder R, a first stop valve V1, a second stop valve V2, a third stop valve V3, a fourth stop valve V4 and a fifth stop valve V5.
  • the condenser 9 is configured to achieve a heat exchange between the refrigerant of said loop 7 and the heat transfer fluid of the heating circuit 8.
  • the condenser 9 comprises two independent paths, namely a primary path and a secondary path.
  • the primary path is traversed by the refrigerant from a primary inlet 13 to a primary outlet 14.
  • the secondary path is traversed by the coolant from a secondary inlet 15 to a secondary outlet 16.
  • the heat exchanger 10 more commonly called evapo-condenser, can be placed on the front of the vehicle, so as to exchange heat with the outside air E of the vehicle.
  • the evaporator 1 1 is located in the housing 3 of the installation 1 downstream of the blower 4 in the direction of flow of the air flow F inside the housing 3, so as to exchange heat with the air flow F intended to enter the passenger compartment of the vehicle.
  • the first, second and third expansion members D1, D2, D3 25 allow expansion of the refrigerant from the high pressure to the low pressure.
  • Each expansion member D1, D2, D3 is movable between an open position in which the fluid can pass through and is expanded at the outlet thereof, and a closed position in which the fluid can not pass through it, and in other words, The expansion member D1, D2, D3 is tight regardless of the direction of fluid flow.
  • Each expansion member D1, D2, D3 may be an electronically controlled expander, the electronically controlled expander being able to prohibit the passage of the fluid tightly, regardless of the direction of fluid flow.
  • an electronically controlled expander In the case where an electronically controlled expander is not fully sealed in the closed position, it can be associated with a stop valve in order to achieve complete sealing, regardless of the direction of fluid flow.
  • each expansion member D1, D2, D3 may be a calibrated orifice associated with a stop valve, the stop valve allowing or not the passage of fluid through the calibrated orifice.
  • the calibrated orifice is an example of a tube orifice.
  • the compressor 12 is able to carry the refrigerant at a high pressure.
  • the bottle R also advantageously makes it possible to carry out a liquid / gas phase separation in order to prevent refrigerant in the liquid state from being admitted inside the compressor 12.
  • Each valve V1, V2, V3, V4, V5 is movable between an open position in which the fluid can pass through it, and a closed position in which the fluid can not pass through it, and in other words, the valve V1 , V2, V3, V4, V5 is waterproof regardless of the direction of fluid flow.
  • valve 20 can be associated with a non-return valve to obtain a total watertightness whatever the direction of circulation of the fluid.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning loop 7 furthermore comprises:
  • portion any device for establishing a fluid connection such as for example a pipe, pipe or tubing.
  • the portion of the loop 7 between the third branch E3 and the seventh branch E7 represents a shorting branch also called bypass branch.
  • branch of short-circuiting a branch that allows the refrigerant to bypass certain components of the heating loop, ventilation and / or air conditioning 7.
  • the heating circuit 8 comprises a pump 1 7 and a heating radiator 1 8.
  • the heat transfer fluid exchanges heat with the refrigerant through the condenser 9.
  • the pump 1 7 is able to circulate the heat transfer fluid in the circuit 8.
  • the heating radiator 1 8 is located in the housing 3 downstream of the evaporator 1 1 in the direction of flow of the air flow F inside the housing 3, 25 so as to exchange heat with the flow F air to enter the passenger compartment of the vehicle.
  • the apparatus 2 comprises various operable flaps (not shown) located in the casing 3, these flaps making it possible to control the passage of the air flow F through the evaporator 1 1 and / or the heating radiator 1 8, in upstream of its introduction into the passenger compartment of the vehicle.
  • the heating circuit 8 furthermore comprises:
  • portion refers to any device making it possible to establish a fluidic connection such as, for example, a pipe, a pipe or a pipe.
  • FIG. 2 illustrates a first mode of operation of the installation 1, also called “heat pump mode” or “heating mode”, in which the refrigerant of the loop 7 circulates in a first closed circuit.
  • the pump 17 is started, the compressor 12
  • the refrigerant passes successively through the compressor 12, the condenser 9, the second valve V2, the third expansion member D3, the heat exchanger 10 forming an evaporator, the third valve V3 and then the bottle R before crossing the compressor 12 again.
  • the heat exchanger 10 recovers heat to the outside.
  • the flow of air F intended to enter the passenger compartment exchanges heat with the heating radiator 18, and more precisely the air flow F is reheated during its passage through the heating radiator 18.
  • FIG. 3 illustrates a second mode of operation of the installation 1, also called “hot gas mode", in which the refrigerant of the loop 7 circulates in a second closed circuit.
  • the pump 17 is started, the compressor 12 is started, the first valve V1 is closed, the second valve V2 is open, the third valve V3 is closed, the fourth valve V4 is closed, the fifth valve V5 is closed, the first expansion member D1 is open, the second expansion member D2 is closed, the third expansion member D3 is closed.
  • the refrigerant passes successively through the compressor 12, the condenser 9, the second valve V2, the first expansion member D1 and the bottle R before passing through the compressor 12 again.
  • the available heating power is about 5000 W.
  • the second circuit advantageously has a minimum volume to ensure the most efficient energy transfer possible.
  • the second circuit advantageously comprises a charge buffer which may take the form of a circuit extension, a tank such as the bottle R or other.
  • FIG. 4 illustrates a third mode of operation of the installation 1, also called “air-conditioning mode", in which the refrigerant of the loop 7 circulates in a third closed circuit.
  • air-conditioning mode in which the refrigerant of the loop 7 circulates in a third closed circuit.
  • First valve V1 is open, second valve V2 is closed, third valve V3 is closed, fourth valve V4 is open, fifth valve V5 is open, first expansion member D1 is closed, second expansion member D2 is open, the third expansion member D3 is closed and the exchanger heat 10 forms a condenser.
  • the refrigerant passes successively through the compressor 12, the first valve V1, the fifth valve V5, the heat exchanger 10 forming a condenser, the second expansion member D2, the evaporator January 1, the fourth valve V4 then the bottle R before crossing again the compressor 12.
  • the heat exchanger 10 evacuates heat to the outside.
  • the flow of air F intended to enter the passenger compartment exchanges heat with the evaporator January 1, and more precisely the air flow of air F is cooled during its passage through the evaporator January.
  • the fact that the refrigerant bypasses the condenser 9 via the first valve V1 prevents the heat transfer fluid from boiling.
  • FIG. 5 illustrates a fourth mode of operation of the installation 1, also called “dehumidification mode", in which the refrigerant of the loop 7 circulates in a fourth closed circuit.
  • the pump 17 is started, the compressor 12 is started, the first valve V1 is closed, the second valve V2 is open, the third valve V3 is closed, the fourth valve V4 is open, the fifth valve V5 is open, the first expansion member D1 is closed, the second member
  • the refrigerant passes successively through the compressor 12, the condenser 9, the second valve V 2, the fifth valve V 5, the heat exchanger 10 forming a condenser, the second expansion member D 2, the evaporator 1 1, the fourth valve V4 then the bottle R before crossing again the compressor 12.
  • the heat exchanger 10 evacuates heat to the outside.
  • Heating 18, and more precisely the air flow F is, in a first time, cooled during its passage through the evaporator 1 1, then in a second time, is heated during its passage through the radiator for heating 18 so that the air flow F is dehumidified.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning system comprises only the heating loop 7, ventilation and / or air conditioning inside which the refrigerant circulates.
  • the condenser 9 is located in the housing 3 downstream of the evaporator 1 1 in the direction of flow of the air flow inside the housing 3, so as to exchange heat with the flow of air F intended to enter the passenger compartment of the vehicle.
  • the various operable flaps located in the housing 3 make it possible to control the passage of the air flow F through the evaporator 1 1 and / or the condenser 9, upstream of its introduction into the passenger compartment of the vehicle.
  • the fluid intended to penetrate the passenger compartment exchanges heat with:
  • the evaporator 1 1, according to the third mode of operation,
  • the internal diameter of the various valves V1, V2, V3, V4, V5 is chosen so as to have a good compromise, in operation, between the pressure of the refrigerant and the amount of refrigerant present in the loop. 7.
  • the internal diameter of the various valves V1, V2, V3, V4 is chosen as follows:
  • the internal diameter of the first valve V1 is between 4 mm and 8 mm, and is for example 6 mm,
  • the internal diameter of the second valve V 2 is between 4 mm and 8 mm, and is for example 6 mm,
  • the internal diameter of the third valve V3 is between 14 mm and 18 mm, and is for example 16 mm,
  • the internal diameter of the fourth valve V4 is between 14 mm and 18 mm, and is for example 16 mm.
  • the first and second stop valves V1, V2 may be replaced by a valve comprising three channels.
  • the fifth stop valve V5 and the third expansion member D3 can be replaced by a specific valve capable of occupying the following positions:
  • a second open position in which the fluid can pass through it and is not relaxed at its output (third and fourth modes of operation);

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Abstract

Boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation (7) caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un compresseur (12) et un condenseur (9), la boucle (7) étant configurée pour fonctionner en mode pompe à chaleur selon un premier circuit fermé comprenant le compresseur (12) et le condenseur (9), la boucle (7) étant configurée pour faire circuler un fluide frigorigène selon un deuxième circuit fermé dans lequel le fluide traverse successivement au moins le compresseur (12) puis le condenseur (9) en court-circuitant en partie le premier circuit fermé tout en subissant une détente avant de traverser à nouveau le compresseur (12).

Description

BOUCLE DE CHAUFFAGE, VENTILATION ET/OU CLIMATISATION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention a trait à une installation de chauffage, ventilation et/ou 5 climatisation d'un véhicule, et plus particulièrement, à une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation.
ETAT DE L'ART
Un véhicule, notamment un véhicule électrique ou hybride, est couramment équipé d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour modifier î o les paramètres aérothermiques d'un flux d'air pénétrant à l'intérieur d'un habitacle du véhicule. A cet effet, l'installation comprend un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation délimité par un boîtier et apte à contrôler le flux d'air préalablement à son introduction à l'intérieur de l'habitacle, en fonction des exigences de l'utilisateur. Pour modifier la température du flux d'air, préalablement
15 à son introduction dans l'habitacle, l'installation comprend notamment une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide frigorigène.
Une telle boucle peut classiquement fonctionner suivant « un mode climatisation », « un mode déshumidification » ou bien encore « un mode pompe à 20 chaleur ».
Lorsque la boucle fonctionne selon le « mode pompe à chaleur » également appelé « mode chauffage », on constate que lorsque la température de l'air à l'extérieur du véhicule est basse, par exemple inférieure à -10°C, la puissance de chauffage disponible n'est pas suffisante pour satisfaire les besoins de l'utilisateur.
25 A titre d'exemple, en utilisant un fluide frigorigène R134a ou R1234yf et lorsque la température extérieure de l'air est de -18°C, la puissance de chauffage disponible est d'environ 2700 W alors que la puissance de chauffage nécessaire pour satisfaire les besoins de l'utilisateur est estimée à 5000 W.
Le but de la présente invention est de proposer une boucle de chauffage,
30 ventilation et/ou climatisation permettant de remédier à l'inconvénient mentionné ci-dessus. EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention a ainsi pour objet une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un compresseur et un condenseur, la boucle étant configurée pour fonctionner en mode pompe à 5 chaleur selon un premier circuit fermé comprenant le compresseur et le condenseur, la boucle étant configurée pour faire circuler un fluide frigorigène selon un deuxième circuit fermé dans lequel le fluide traverse successivement au moins le compresseur puis le condenseur en court-circuitant en partie le premier circuit fermé tout en subissant une détente avant de traverser à nouveau le î o compresseur.
Lorsque le fluide frigorigène circule selon le deuxième circuit, une grande puissance de chauffage est disponible grâce à l'énergie apportée par le compresseur. L'invention consiste à exploiter une détente du fluide qui est réinjecté dans le compresseur sans être refroidi préalablement. Cela permet 15 d'avoir un fluide frigorigène plus chaud en sortie de compresseur et ainsi de disposer d'une plus grande puissance de chauffage au niveau du condenseur, ceci en exploitant les composants de la boucle servant par ailleurs à ses fonctions classiques et donc sans renchérir son coût.
A titre d'exemple, selon le deuxième circuit, en utilisant un fluide frigorigène 20 R134a ou R1234yf et lorsque la température extérieure est de -18°C, la puissance de chauffage disponible est d'environ 5000 W.
La boucle selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
25 - le deuxième circuit comprend un premier organe de détente, situé sur une branche de court-circuitage du premier circuit fermé, entre le condenseur et le compresseur, selon un sens de circulation du fluide ;
- la boucle comprend un échangeur de chaleur apte à former un condenseur, un évaporateur et un deuxième organe de détente ;
30 - la boucle est configurée pour faire circuler le fluide selon un troisième circuit fermé dans lequel le fluide traverse successivement au moins le compresseur, l'échangeur de chaleur, le deuxième organe de détente puis l'évaporateur avant de traverser à nouveau le compresseur ; - la boucle est configurée pour faire circuler le fluide selon un quatrième circuit fermé dans lequel le fluide traverse successivement au moins le compresseur, le condenseur, l'échangeur de chaleur, le deuxième organe de détente puis l'évaporateur avant de traverser à nouveau le compresseur ;
5 - le premier circuit comprend un troisième organe de détente, l'échangeur de chaleur étant apte à former un évaporateur, la boucle étant configurée pour faire circuler le fluide successivement au moins dans le compresseur, le condenseur, le troisième organe de détente puis l'échangeur de chaleur avant de traverser à nouveau le compresseur ;
î o - le deuxième circuit fermé comprend un tampon de charge en amont du compresseur ;
- le tampon de charge comprend une bouteille de séparation de phase liquide/gaz.
L'invention a pour deuxième objet une installation de chauffage, ventilation 15 et/ou climatisation comprenant une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation telle que décrit précédemment.
L'installation selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
20 - l'installation comprend un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation comportant un pulseur apte à générer un flux d'air dans l'appareil selon un sens de circulation ;
- l'évaporateur est logé dans l'appareil en aval du pulseur selon le sens de circulation du flux d'air dans l'appareil ;
25 - l'installation comprend un circuit de chauffage dans lequel circule un fluide caloporteur ;
- le circuit de chauffage comprend un radiateur de chauffage logé dans l'appareil en aval de l'évaporateur selon le sens de circulation du flux d'air dans l'appareil ;
30 - le circuit de chauffage est configuré pour que le fluide caloporteur échange de la chaleur avec le fluide frigorigène via le condenseur ;
- le condenseur est logé dans l'appareil en aval de l'évaporateur selon le sens de circulation du flux d'air dans l'appareil. DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
5 - la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation,
- la figure 2 est une vue de l'installation de la figure 1 , selon un premier mode de fonctionnement,
- la figure 3 est une vue de l'installation de la figure 1 , selon un deuxième î o mode de fonctionnement,
- la figure 4 est une vue de l'installation de la figure 1 , selon un troisième mode de fonctionnement,
- la figure 5 est une vue de l'installation de la figure 1 , selon un quatrième mode de fonctionnement,
15 DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 illustre une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 1 apte à modifier les paramètres aérothermiques d'un flux d'air F destiné à pénétrer dans un habitacle d'un véhicule, en particulier un véhicule électrique ou hybride. L'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 1 comprend un
20 appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation 2 apte à contrôler le flux d'air
F préalablement à son introduction dans l'habitacle du véhicule.
L'appareil 2 est délimité par un boîtier 3, par exemple en matériau polymère, et comprend un pulseur 4 situé à l'intérieur du boîtier 3 et apte à générer le flux d'air F depuis au moins un orifice d'admission 5 vers au moins un orifice 25 d'échappement 6 pratiqués dans le boîtier 3, le flux d'air F issu de l'orifice d'échappement 6 rejoignant l'habitacle du véhicule.
Selon un premier mode de réalisation représenté sur les figures, pour modifier la température du flux d'air F préalablement à son introduction dans l'habitacle, l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 1 comprend :
30 · une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7 à l'intérieur de laquelle circule un fluide frigorigène, tel qu'un fluide frigorigène connu sous la dénomination R134a ou R1234yf.
• Un circuit de chauffage 8 à l'intérieur duquel circule un fluide caloporteur.
La boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7 comprend un condenseur 9, un échangeur de chaleur 10 apte à former un condenseur ou un évaporateur, un évaporateur 1 1 , un premier organe de détente D1 , un deuxième 5 organe de détente D2, un troisième organe de détente D3, un compresseur 12, une bouteille R de réserve de fluide, une première vanne V1 d'arrêt, une deuxième vanne V2 d'arrêt, une troisième vanne V3 d'arrêt, une quatrième vanne V4 d'arrêt et une cinquième vanne V5 d'arrêt.
Selon le premier mode de réalisation, le condenseur 9 est configuré pour î o réaliser un échange de chaleur entre le fluide frigorigène de ladite boucle 7 et le fluide caloporteur du circuit de chauffage 8.
Plus précisément, le condenseur 9 comprend deux chemins indépendants à savoir un chemin primaire et un chemin secondaire. Le chemin primaire est parcouru par le fluide frigorigène depuis une entrée primaire 13 vers une sortie 15 primaire 14. Le chemin secondaire est parcouru par le fluide caloporteur depuis une entrée secondaire 15 vers une sortie secondaire 16.
L'échangeur de chaleur 10, plus communément appelé évapo-condenseur, peut être placé en face avant du véhicule, de manière à échanger de la chaleur avec l'air extérieur E du véhicule.
20 L'évaporateur 1 1 est situé dans le boîtier 3 de l'installation 1 en aval du pulseur 4 selon le sens de circulation du flux d'air F à l'intérieur du boîtier 3, de manière à échanger de la chaleur avec le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle du véhicule.
Les premier, deuxième et troisième organes de détente D1 , D2, D3 25 permettent de réaliser une détente du fluide frigorigène depuis la haute pression vers la basse pression.
Chaque organe de détente D1 , D2, D3 est mobile entre une position ouverte dans laquelle le fluide peut le traverser et est détendu en sortie de celui-ci, et une position fermée dans laquelle le fluide ne peut pas le traverser, et autrement dit, 30 l'organe de détente D1 , D2, D3 est étanche quel que soit le sens de circulation du fluide.
Chaque organe de détente D1 , D2, D3 peut être un détendeur à commande électronique, le détendeur à commande électronique étant apte à interdire le passage du fluide de manière étanche, quel que soit le sens de circulation du fluide.
Dans le cas où un détendeur à commande électronique n'est pas totalement étanche en position fermée, il peut être associé à une vanne d'arrêt dans le but 5 d'obtenir une étanchéité totale, quel que soit le sens de circulation du fluide.
En variante, chaque organe de détente D1 , D2, D3 peut être un orifice calibré associé à une vanne d'arrêt, la vanne d'arrêt autorisant ou non le passage du fluide au travers de l'orifice calibré. L'orifice calibré est exemple un orifice tube.
Le compresseur 12 est apte à porter le fluide frigorigène à une haute î o pression.
La bouteille R permet en outre avantageusement d'effectuer une séparation de phase liquide/gaz afin d'éviter que du fluide frigorigène à l'état liquide soit admis à l'intérieur du compresseur 12.
Chaque vanne V1 , V2, V3, V4, V5 d'arrêt est mobile entre une position 15 ouverte dans laquelle le fluide peut la traverser, et une position fermée dans laquelle le fluide ne peut pas la traverser, et autrement dit, la vanne V1 , V2, V3, V4, V5 est étanche quel que soit le sens de circulation du fluide.
Dans le cas où une vanne V1 , V2, V3, V4, V5 d'arrêt n'est totalement étanche que dans un sens de circulation du fluide en position fermée, la vanne 20 peut être associée à un clapet antiretour pour obtenir une étanchéité totale quel que soit le sens de circulation du fluide.
Tel qu'illustré sur la figure 1 , la boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7 comprend en outre :
- une première portion P1 reliant la bouteille R à l'entrée du compresseur
25 12,
- une deuxième portion P2 reliant la sortie du compresseur 12 à un premier embranchement E1 ,
- une troisième portion P3 reliant le premier embranchement E1 à l'entrée primaire 13 du condenseur 9,
30 - une quatrième portion P4 reliant le premier embranchement E1 à la première vanne V1 ,
- une cinquième portion P5 reliant la première vanne V1 à un deuxième embranchement E2, une sixième portion P6 reliant la sortie primaire 14 du condenseur 9 à la deuxième vanne V2,
une septième portion P7 reliant la deuxième vanne V2 au deuxième embranchement E2,
une huitième portion P8 reliant le deuxième embranchement E2 à un troisième embranchement E3,
une neuvième portion P9 reliant le troisième embranchement E3 à un quatrième embranchement E4,
une dixième portion P10 reliant le quatrième embranchement E4 au troisième organe de détente D3,
une onzième portion P1 1 reliant le troisième organe de détente D3 à un cinquième embranchement E5,
une douzième portion P12 reliant le quatrième embranchement E4 à la cinquième vanne V5,
une treizième portion P13 reliant la cinquième vanne V5 au cinquième embranchement E5,
une quatorzième portion P14 reliant le cinquième embranchement E5 à l'entrée de l'échangeur de chaleur 10,
une quinzième portion P15 reliant la sortie de l'échangeur de chaleur 10 au sixième embranchement E6,
une seizième portion P16 reliant le sixième embranchement E6 au deuxième organe de détente D2,
une dix-septième portion P17 reliant le deuxième organe de détente D2 à l'entrée de l'évaporateur 1 1 ,
une dix-huitième portion P18 reliant la sortie de l'évaporateur 1 1 à la quatrième vanne V4,
une dix-neuvième portion P19 reliant la quatrième vanne V4 à un septième embranchement E7,
une vingtième portion P20 reliant le sixième embranchement E6 à la troisième vanne V3,
une vingt-et-unième portion P21 reliant la troisième vanne V3 au septième embranchement E7,
une vingt-deuxième portion P22 reliant le septième embranchement E7 à la bouteille R,
- une vingt-troisième portion P23 reliant le troisième embranchement E3 au premier organe de détente D1 ,
- une vingt-quatrième portion P24 reliant le premier organe de détente D1 5 au le septième embranchement El.
On note que l'on entend par portion, tout dispositif permettant d'établir une connexion fluidique tel que par exemple une conduite, un tuyau ou une tubulure.
On note également qu'une ou plusieurs de ces portions peuvent être prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres. En î o outre, la numérotation des portions n'est que purement indicative.
Au sens de l'invention, la portion de la boucle 7 comprise entre le troisième embranchement E3 et le septième embranchement E7, et autrement dit l'ensemble comprenant la vingt-troisième portion P23, le premier organe de détente D1 et la vingt-quatrième portion P24, représente une branche de court- 15 circuitage également appelée branche de contournement.
Dans la présente demande, on entend par « branche de court-circuitage » une branche qui permet au fluide frigorigène de contourner certains composants de la boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7.
Le circuit de chauffage 8 comprend une pompe 1 7 et un radiateur de 20 chauffage 1 8. Le fluide caloporteur échange de la chaleur avec le fluide frigorigène au travers du condenseur 9.
La pompe 1 7 est apte faire circuler le fluide caloporteur dans le circuit 8.
Le radiateur de chauffage 1 8 est situé dans le boîtier 3 en aval de l'évaporateur 1 1 selon le sens de circulation du flux d'air F à l'intérieur du boîtier 3, 25 de manière à échanger de la chaleur avec le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle du véhicule.
L'appareil 2 comprend différents volets manœuvrables (non représentés) situés dans le boîtier 3, ces volets permettant de contrôler le passage du flux d'air F au travers de l'évaporateur 1 1 et/ou du radiateur de chauffage 1 8, en amont de 30 son introduction dans l'habitacle du véhicule.
Tel qu'illustré sur la figure 1 , le circuit de chauffage 8 comprend en outre :
- une vingt-cinquième portion P25 reliant la sortie de la pompe 17 à l'entrée secondaire 1 5 du condenseur 9, - une vingt-sixième portion P26 reliant la sortie secondaire 16 du condenseur 9 à l'entrée du radiateur de chauffage 18,
- une vingt-septième portion P27 reliant la sortie du radiateur de chauffage 18 à l'entrée de la pompe 17.
5 On note que l'on entend par portion, tout dispositif permettant d'établir une connexion fluidique tel que par exemple une conduite, un tuyau ou une tubulure.
On notera que, sur les figures 2 à 5, les éléments qui ne sont pas traversés par le fluide frigorigène ou le fluide caloporteur dans le mode de fonctionnement considéré ont été représentés en traits pointillés, les autres étant représentés en î o traits continus.
La figure 2 illustre un premier mode de fonctionnement de l'installation 1 , également appelé « mode pompe à chaleur » ou « mode chauffage », dans lequel le fluide frigorigène de la boucle 7 circule selon un premier circuit fermé. Dans ce premier mode de fonctionnement, la pompe 17 est démarrée, le compresseur 12
15 est démarré, la première vanne V1 est fermée, la deuxième vanne V2 est ouverte, la troisième vanne V3 est ouverte, la quatrième vanne V4 est fermée, la cinquième vanne V5 est fermée, le premier organe de détente D1 est fermé, le deuxième organe de détente D2 est fermé, le troisième organe de détente D3 est ouvert et l'échangeur de chaleur 10 forme un évaporateur.
20 Dans ce premier mode de fonctionnement, le fluide frigorigène traverse successivement le compresseur 12, le condenseur 9, la deuxième vanne V2, le troisième organe de détente D3, l'échangeur de chaleur 10 formant un évaporateur, la troisième vanne V3 puis la bouteille R avant de traverser à nouveau le compresseur 12.
25 Dans ce premier mode de fonctionnement, l'échangeur de chaleur 10 récupère de la chaleur à l'extérieur. Le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle échange de la chaleur avec le radiateur de chauffage 18, et plus précisément le flux d'air F est réchauffé lors de son passage au travers du radiateur de chauffage 18.
30 La figure 3 illustre un deuxième mode de fonctionnement de l'installation 1 , également appelé « mode gaz chauds », dans lequel le fluide frigorigène de la boucle 7 circule selon un deuxième circuit fermé. Dans ce deuxième mode de fonctionnement, la pompe 17 est démarrée, le compresseur 12 est démarré, la première vanne V1 est fermée, la deuxième vanne V2 est ouverte, la troisième vanne V3 est fermée, la quatrième vanne V4 est fermée, la cinquième vanne V5 est fermée, le premier organe de détente D1 est ouvert, le deuxième organe de détente D2 est fermé, le troisième organe de détente D3 est fermé.
5 Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le fluide frigorigène traverse successivement le compresseur 12, le condenseur 9, la deuxième vanne V2, le premier organe de détente D1 puis la bouteille R avant de traverser à nouveau le compresseur 12.
Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le flux d'air F destiné à pénétrer î o dans l'habitacle échange de la chaleur avec le radiateur de chauffage 18, et plus précisément le flux d'air F est réchauffé lors de son passage au travers du radiateur de chauffage 18.
A titre de comparaison avec le premier mode de fonctionnement, le fait qu'à la suite de sa détente, le fluide soit réinjecté dans le compresseur 12 sans être 15 refroidi préalablement permet selon l'invention d'avoir un fluide frigorigène plus chaud en sortie de compresseur 12, un fluide caloporteur plus chaud et ainsi en règle générale de disposer d'une plus grande puissance de chauffage.
Selon le deuxième mode de fonctionnement, à titre d'exemple, en utilisant un fluide frigorigène R134a ou R1234yf et lorsque la température extérieure de l'air
20 est de -18°C, la puissance de chauffage disponible est d'environ 5000 W.
Selon le deuxième mode de fonctionnement, le deuxième circuit présente avantageusement un volume minimum pour assurer un transfert d'énergie le plus efficace possible. Pour cela, le deuxième circuit comprend avantageusement un tampon de charge qui pourra prendre la forme d'une extension de circuit, d'un 25 réservoir comme la bouteille R ou autre.
La figure 4 illustre un troisième mode de fonctionnement de l'installation 1 , également appelé « mode climatisation », dans lequel le fluide frigorigène de la boucle 7 circule selon un troisième circuit fermé. Dans ce troisième mode de fonctionnement, la pompe 17 est arrêtée, le compresseur 12 est démarré, la
30 première vanne V1 est ouverte, la deuxième vanne V2 est fermée, la troisième vanne V3 est fermée, la quatrième vanne V4 est ouverte, la cinquième vanne V5 est ouverte, le premier organe de détente D1 est fermé, le deuxième organe de détente D2 est ouvert, le troisième organe de détente D3 est fermé et l'échangeur de chaleur 10 forme un condenseur.
Dans ce troisième mode de fonctionnement, le fluide frigorigène traverse successivement le compresseur 12, la première vanne V1 , la cinquième vanne V5, l'échangeur de chaleur 10 formant un condenseur, le deuxième organe de 5 détente D2, l'évaporateur 1 1 , la quatrième vanne V4 puis la bouteille R avant de traverser à nouveau le compresseur 12.
Dans ce troisième mode de fonctionnement, l'échangeur de chaleur 10 évacue de la chaleur à l'extérieur. Le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle échange de la chaleur avec l'évaporateur 1 1 , et plus précisément le flux î o d'air F est refroidi lors de son passage au travers de l'évaporateur 1 1 . Le fait que le fluide frigorigène contourne le condenseur 9 via la première vanne V1 permet d'éviter que le fluide caloporteur ne rentre en ébullition.
La figure 5 illustre un quatrième mode de fonctionnement de l'installation 1 , également appelé « mode déshumidification », dans lequel le fluide frigorigène de 15 la boucle 7 circule selon un quatrième circuit fermé. Dans ce quatrième mode de fonctionnement, la pompe 17 est démarrée, le compresseur 12 est démarré, la première vanne V1 est fermée, la deuxième vanne V2 est ouverte, la troisième vanne V3 est fermée, la quatrième vanne V4 est ouverte, la cinquième vanne V5 est ouverte, le premier organe de détente D1 est fermé, le deuxième organe de
20 détente D2 est ouvert, le troisième organe de détente D3 est fermé et l'échangeur de chaleur 10 forme un condenseur.
Dans ce quatrième mode de fonctionnement, le fluide frigorigène traverse successivement le compresseur 12, le condenseur 9, la deuxième vanne V2, la cinquième vanne V5, l'échangeur de chaleur 10 formant un condenseur, le 25 deuxième organe de détente D2, l'évaporateur 1 1 , la quatrième vanne V4 puis la bouteille R avant de traverser à nouveau le compresseur 12.
Dans ce quatrième mode de fonctionnement, l'échangeur de chaleur 10 évacue de la chaleur à l'extérieur. Le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle échange de la chaleur avec l'évaporateur 1 1 puis le radiateur de
30 chauffage 18, et plus précisément le flux d'air F est, dans un premier temps, refroidi lors de son passage au travers de l'évaporateur 1 1 , puis dans un second temps, est réchauffé lors de son passage au travers du radiateur de chauffage 18 de sorte que le flux d'air F soit déshumidifié. Selon un deuxième mode de réalisation non représenté sur les figures, pour modifier la température du flux d'air préalablement à son introduction dans l'habitacle, l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprend uniquement la boucle de chauffage 7, ventilation et/ou climatisation à l'intérieur de laquelle circule le fluide frigorigène.
Selon le deuxième mode de réalisation, le condenseur 9 est situé dans le boîtier 3 en aval de l'évaporateur 1 1 selon le sens de circulation du flux d'air à l'intérieur du boîtier 3, de manière à échanger de la chaleur avec le flux d'air F destiné à pénétrer dans l'habitacle du véhicule.
Selon le deuxième mode de réalisation, les différents volets manœuvrables (non représentés) situés dans le boîtier 3 permettent de contrôler le passage du flux d'air F au travers de l'évaporateur 1 1 et/ou du condenseur 9, en amont de son introduction dans l'habitacle du véhicule.
Ainsi, selon le deuxième mode de réalisation, suivant le mode de fonctionnement, le fluide destiné à pénétrer dans l'habitacle échange de la chaleur avec :
• le condenseur 9, selon le premier mode de fonctionnement,
• le condenseur 9, selon le deuxième mode de fonctionnement,
• l'évaporateur 1 1 , selon le troisième mode de fonctionnement,
• l'évaporateur 1 1 puis avec le condenseur 9, selon le quatrième mode de fonctionnement.
En fonction du fluide frigorigène, le diamètre interne des différentes vannes V1 , V2, V3, V4, V5 est choisi de sorte à avoir un bon compromis, en fonctionnement, entre la pression du fluide frigorigène et la quantité de fluide frigorigène présent dans la boucle 7.
Ainsi, pour un fluide frigorigène connu sous la dénomination R134a ou R1234yf, avantageusement, le diamètre interne des différentes vannes V1 , V2, V3, V4 est choisi de la manière suivante :
• le diamètre interne de la première vanne V1 est compris entre 4 mm et 8 mm, et est par exemple de 6 mm,
• le diamètre interne de la deuxième vanne V2 est compris entre 4 mm et 8 mm, et est par exemple de 6 mm,
• le diamètre interne de la troisième vanne V3 est compris entre 14 mm et 18 mm, et est par exemple de 16 mm,
• le diamètre interne de la quatrième vanne V4 est compris entre 14 mm et 18 mm, et est par exemple de 16 mm.
Selon une variante du premier ou du deuxième mode de réalisation, non 5 représentée, les première et deuxième vannes V1 , V2 d'arrêt peuvent être remplacées par une vanne comprenant trois voies.
Selon une deuxième variante du premier ou du deuxième mode de réalisation, non représentée, combinable avec la première variante, la cinquième vanne V5 d'arrêt et le troisième organe de détente D3 peuvent être remplacés par î o une vanne spécifique capable d'occuper les positions suivantes :
• une première position ouverte dans laquelle le fluide peut la traverser et est détendu en sortie de celle-ci (premier mode de fonctionnement) ;
• une deuxième position ouverte dans laquelle le fluide peut la traverser 15 et n'est pas détendu en sortie de celle-ci (troisième et quatrième modes de fonctionnement) ;
• une position fermée dans laquelle le fluide ne peut pas la traverser, la vanne étant étanche quel que soit le sens de circulation du fluide (deuxième mode de fonctionnement).
20

Claims

REVENDICATIONS
1 . Boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation (7) caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un compresseur (12) et un condenseur (9), la
5 boucle (7) étant configurée pour fonctionner en mode pompe à chaleur selon un premier circuit fermé comprenant le compresseur (12) et le condenseur (9), la boucle (7) étant configurée pour faire circuler un fluide frigorigène selon un deuxième circuit fermé dans lequel le fluide traverse successivement au moins le compresseur (12) puis le condenseur (9) en court-circuitant en partie le premier î o circuit fermé tout en subissant une détente avant de traverser à nouveau le compresseur (12).
2. Boucle (7) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le deuxième circuit comprend un premier organe de détente (D1 ), situé sur une
15 branche de court-circuitage du premier circuit fermé, entre le condenseur (9) et le compresseur (12), selon un sens de circulation du fluide.
3. Boucle (7) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur (10) apte à former un condenseur, un
20 évaporateur (1 1 ) et un deuxième organe de détente (D2).
4. Boucle (7) selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour faire circuler le fluide selon un troisième circuit fermé dans lequel le fluide traverse successivement au moins le compresseur (12), l'échangeur de
25 chaleur (10), le deuxième organe de détente (D2) puis l'évaporateur (1 1 ) avant de traverser à nouveau le compresseur (12).
5. Boucle (7) selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour faire circuler le fluide selon un quatrième circuit fermé dans
30 lequel le fluide traverse successivement au moins le compresseur (12), le condenseur (9), l'échangeur de chaleur (10), le deuxième organe de détente (D2) puis l'évaporateur (1 1 ) avant de traverser à nouveau le compresseur (12).
6. Boucle (7) selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le premier circuit comprend un troisième organe de détente (D3), l'échangeur de chaleur (10) étant apte à former un évaporateur, la boucle (7) étant configurée pour faire circuler le fluide successivement au moins dans le compresseur (12), le
5 condenseur (9), le troisième organe de détente (D3) puis l'échangeur de chaleur (10) avant de traverser à nouveau le compresseur (12).
7. Boucle (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième circuit fermé comprend un tampon de charge en amont du î o compresseur (12).
8. Boucle (7) selon la revendication 7, caractérisée en ce que le tampon de charge comprend une bouteille (R) de séparation de phase liquide/gaz.
15 9. Installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation (1 ) comprenant une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation (7) selon l'une des revendications précédentes.
10. Installation (1 ) selon la revendication 9, caractérisée en ce 20 qu'elle comprend un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation (2) comportant un pulseur (4) apte à générer un flux d'air (F) dans l'appareil (2) selon un sens de circulation.
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