WO2018091796A1 - Boucle de circulation d'un fluide refrigerant pour le conditionnement d'air d'habitacle d'un vehicule - Google Patents

Boucle de circulation d'un fluide refrigerant pour le conditionnement d'air d'habitacle d'un vehicule Download PDF

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Mohamed Yahia
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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    • B60H2001/3291—Locations with heat exchange within the refrigerant circuit itself

Definitions

  • the invention relates to a circulation loop of a refrigerant for air conditioning, in particular for the cabin air conditioning of a vehicle.
  • the present invention aims at a loop which is able, on the one hand, to provide at least one of the different modes of operation of heating, cooling and heat recovery, and of on the other hand, to control the discharge temperature of the fluid at the outlet of the compressor.
  • the subject of the invention is a circulation loop for a cooling fluid for the cabin air conditioning of a vehicle, said loop being capable of ensuring at least one of the modes of operation of air-conditioning, heating and dehumidification. and heat recovery, said loop comprising at least the following elements interconnected by pipes:
  • a first internal heat exchanger which is capable of exchanging heat between, on the one hand, the refrigerant and, on the other hand, of the air entering the passenger compartment and / or the air of the passenger compartment recycled;
  • a second internal heat exchanger which is able to exchange heat between, on the one hand, the refrigerant and, on the other hand, air leaving the passenger compartment and / or the air of the recycled interior, and / or air outside the vehicle;
  • an IHX heat exchanger which is capable of exchanging heat with the fluid flowing in two pipes respectively having two different enthalpies
  • the loop according to the invention is characterized in that it comprises at least two passageways for the fluid between, on the one hand, the outlet of the first internal exchanger and, on the other hand, a suction point of the compressor , said at least two passageways being individually controlled by at least one of the actuators, at least one passageway passing through the IHX heat exchanger and at least one passageway arriving at the suction point of the compressor without passing through the exchanger IHX thermal.
  • the circulation loop of a refrigerant offers a new hydraulic architecture that allows to manage and select the way or the passageways of the refrigerant to reach the point of suction of the compressor to control the discharge temperature of the fluid at the outlet of the compressor to predetermined values without changing the operating speed of the compressor.
  • the risk of degrading the operating mode of the compressor is thus eliminated or at least reduced.
  • the choice of one or more passageways for at least part of the fluid leaving the first internal exchanger is made as a function of the discharge temperature of the compressor.
  • the discharge temperature of the compressor is generally a function of the type of refrigerant and the operating mode that can be predetermined according to the manufacturer of the loop.
  • the loop is configured to force a part of the fluid leaving the first internal exchanger to circulate in at least one passageway which does not pass through the heat exchanger IHX when the discharge temperature exceeds a predetermined temperature threshold.
  • Temperature compressor discharge has a predetermined temperature threshold whose value is between 130 ° C and 170 ° C in cooling mode depending on the type of chemical fluid such as R134a or natural fluid such as R744.
  • the predetermined temperature threshold has a value between 110 ° C and 140 ° C in the heating mode according to the type of the chemical fluid such as R134a or natural fluid such as R744.
  • the actuators comprise at least some of the following organs: valves, expansion members, non-return valves. At least some of the various actuators mentioned above make it possible to ensure the different modes of operation of the loop according to the invention. Other organs than those mentioned above but having similar functions may alternatively be used.
  • the refrigerant fluid is a natural fluid such as R744 (carbon dioxide), or chemical such as, for example, R-134a or R-1234yf.
  • R744 carbon dioxide
  • chemical such as, for example, R-134a or R-1234yf.
  • other refrigerants can be used without departing from the scope of the invention.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first architecture of a circulation loop of a refrigerant fluid according to a mode of embodiment of the invention
  • FIG. 2 illustrates an air conditioning operating mode of the loop of FIG. 1
  • FIG. 3 illustrates a heating and / or heat recovery operating mode of the loop of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a schematic view of a second architecture of a circulating loop of a refrigerant fluid according to a mode of embodiment of the invention
  • FIG. 5 illustrates a mode of operation of cliatisation of the loop of FIG. 4
  • FIG. 6 shows a heating and / or heat recovery operating mode of the loop of FIG. 4.
  • the non-return valve comprises a device installed on a pipe and which allows to control the direction of flow of any fluid.
  • the fluid can flow in one direction in the driving but the fluid flow is blocked in the opposite direction.
  • the fluid can also be prevented from circulating in the normal direction of flow when the downstream pressure is greater than the pressure upstream of the check valve.
  • a check valve can be used also to stop or change the fluid flow. Upstream and downstream are understood to be two relative positions with respect to the normal direction of flow of the fluid in the non-return valve.
  • a valve is understood to mean a device for controlling, stopping or modifying the flow rate of a fluid in a closed loop.
  • a valve may comprise two or more lanes of two lanes.
  • a three-way valve is similar to the operation of two two-way valves.
  • a valve designates a two-way valve, but one skilled in the art can easily replace with his knowledge two two-way valves by a three-way valve, or vice versa.
  • a two-way valve has ON / OFF operation which corresponds respectively to an open position and a closed position.
  • the valves used in the invention are by default electromechanical valves that can be remotely controllable.
  • the expansion device comprises a pressure reducing device in a heat pump circuit.
  • the coolant partially vaporizes in the expansion member to lower the pressure and the temperature.
  • the expansion member is chosen from the following devices: a thermostatic or electronic expansion valve, an orifice or finally a fixed orifice.
  • a detent may also be used to control, stop, or change the flow rate of a fluid. It is said that it is waterproof.
  • a detent may have the following three modes of operation: open, closed, and controlled. The "open” mode makes it possible to let the fluid pass without any control, with the minimum of pressure loss, the "closed” mode makes it possible to block completely the passage of the fluid and the "controlled” mode makes it possible to control the flow authorized to cross .
  • the designation of the internal heat exchangers of the loop according to the invention is a function of the order of contact with the air entering the cabin in the case where the incoming air passes through all the front interior heat exchangers. arrive in the cockpit.
  • the first indoor heat exchanger is the one that is the first in contact with the incoming air
  • the second indoor heat exchanger is the second that is second in contact with the incoming air, and so on.
  • the loop 1 for circulating a refrigerant 7 for the cabin air conditioning of a vehicle comprises, according to a first architecture, at least one compressor 2, an external heat exchanger 3, a first internal heat exchanger 4, a second internal heat exchanger 5, an IHX heat exchanger 6, and actuators such as non-return valves, for example three, CV1, CV2 and CV3, valves, for example two, preferably two two-way valves, and expansion members, for example four.
  • actuators such as non-return valves, for example three, CV1, CV2 and CV3, valves, for example two, preferably two two-way valves, and expansion members, for example four.
  • a pipe is understood as being the set of pipes for establishing a hydraulic connection between two components mentioned above.
  • a pipe may have variations in pipe diameters and may include bends.
  • the output of the compressor 2 is connected to the inlet of the second internal heat exchanger 5 via the pipe 11; the outlet of the second internal heat exchanger 5 is connected to the expansion member D2 via the pipe 12 and to the expansion member D1 via the pipe 13, the two pipes 12 and 13 having a common part at the outlet of the exchanger 5; the outlet of the expansion member D1 is connected via line 14 to the external heat exchanger 3; the outlet of the external heat exchanger 3 opens on two passageways, one of which is connected, via the pipe 115, to the valve VI which is connected in turn, via the pipe 116, to the accumulator 8, and the other is connected, via the pipe 117, to the non-return valve CV3 which is connected in turn, via the pipe 118, to the inlet of the heat exchanger IHX 6
  • the VP2 path passes through the IHX heat exchanger 6, while the VPl channel does not cross this exchanger nor does it cross the accumulator 8.
  • the compressor 2 the external heat exchanger 3
  • the first and second indoor heat exchangers 4 and 5 the IHX heat exchanger 6 and actuators can alternatively be envisaged with two passage ways such as VP1 and VP2. , or more.
  • FIG. 2 illustrates the air conditioning operating mode of the loop of the first architecture represented in FIG. 1.
  • valve V2 is open and valve VI is closed; the expansion member D2 is in “closed” mode, the expansion member D1 is in “open” mode, and the expansion member D3 is in “controlled” mode.
  • the expansion member D4 is in "controlled” mode when the discharge temperature Tdc exceeds or may exceed a predetermined temperature threshold Se, also called the control threshold.
  • the expansion member D4 is in "closed” mode when the discharge temperature Tdc is not likely to exceed the control threshold Se in cooling mode.
  • the discharge temperature Tdc is, for example, provided by a temperature sensor placed at the outlet of the compressor 2.
  • the control threshold Se is for example a function of the type of fluid and the mode of operation.
  • the threshold can be set at, for example, a value of the order of 140-150 ° C in cooling mode with carbon dioxide as a refrigerant and a value of the order of 130-135 ° C in cooling mode.
  • air conditioning with a fluid such as R-134a.
  • the fluid exiting the compressor 2 passes first into the second internal heat exchanger 5, into the external heat exchanger 3, then into the IHX heat exchanger 6 before reaching the first indoor heat exchanger 4.
  • the flow through the first indoor heat exchanger 4 is controlled by the expansion member D3.
  • the fluid leaving the first internal heat exchanger 4 can take two pathways VP1 and VP2: the path VP2, controlled by the valve V2, successively passes through the accumulator 8 and the heat exchanger IHX 6 before reaching the suction point compressor 2, and the path VP1, controlled by the expansion member D4, arrives directly at the suction point of the compressor 2 without passing through the heat exchanger IHX 6.
  • the choice of one and / or the another passageway for at least part of the fluid 7 leaving the first exchanger 4 is made according to the discharge temperature Tdc of the compressor 2.
  • the discharge temperature Tdc is greater than the control threshold (Se) in the cooling mode, at least part or all of the fluid is forced to take the VP1 path in order to reduce the inlet temperature to the suction of the compressor 2.
  • the discharge temperature can thus be controlled and, here, maintained at a value below the control threshold.
  • FIG. 3 shows the heating and / or heat recovery operation mode of the loop of the first architecture shown in FIG. 1.
  • the valve VI is open and the expansion devices D1, D2 and D3 are in "controlled” mode.
  • the valve V2 is closed and the expansion member D4 is in the "controlled” mode when the refilling temperature Tdh exceeds or may exceed the control threshold Sh in the heating and / or heat recovery mode.
  • the valve V2 is open and the expansion member D4 is in "closed” mode when the discharge temperature Tdh is not likely to exceed the control threshold Sh or when the loop is configured to not recover heat cabin air coming out.
  • the control threshold Sh is for example a function of the fluid type and the operating mode.
  • the threshold can be set at, for example, 130 ° C in heating mode and / or heat recovery with carbon dioxide as a coolant and 120 ° C in heating and / or heat recovery mode with fluid such as R-134a.
  • the fluid leaving the compressor passes first into the second indoor heat exchanger 5.
  • a first portion of the fluid passes through the external heat exchanger 3, the valve VI, the accumulator 8 and the IHX heat exchanger 6 before reaching the suction point of the compressor 2;
  • a second and last part of the fluid passes firstly through the expansion member D2, the non-return valve CV1, the heat exchanger IHX 6, the expansion member D3, then the first inner heat exchanger 4.
  • the external exchanger 3 and the first internal heat exchanger 4 operate in parallel in the operating mode of heating and / or heat recovery when considering the direction of circulation of the fluid in the loop 1.
  • the fluid leaving the first internal heat exchanger 4 borrows a single passageway VP1 which is controlled by the expansion member D4, since the valve V2 is closed.
  • the expansion member D4 has two modes of operation. When in “closed” mode, no fluid exiting the second heat exchanger 5 passes through the pipe 12 to arrive at the first heat exchanger 4. In “controlled” mode, the expansion member D4 controls the flow rate of the fluid which arrives directly at the suction point of the compressor 2 through the VP1 channel to regulate the discharge temperature Tdh not to exceed the predetermined control threshold Sh.
  • FIG 4 is a schematic view of a second architecture of a circulation loop of a refrigerant according to a mode of real isation of the invention.
  • This second architecture is a variant of the first architecture.
  • the loop 100 for circulating a refrigerant 7 for the cabin air conditioning of a vehicle comprises at least one compressor 2, a heat exchanger outside 3, a first internal heat exchanger 4, a second internal heat exchanger 5, an IHX heat exchanger 6, actuators, such as four non-return valves CV1, CV2, CV3 and CV4, five valves VI, V2, V3, V4 and V5, preferably two-way valves, and three expansion members D1, D2 and D3.
  • the aforementioned components are connected to each other by pipes.
  • the loop 100 comprises at least two passageways VP1 and VP2 between the output of the first indoor heat exchanger 4 and a suction point of the compressor 2.
  • the path VP1 passes through the IHX exchanger 6 while the VP2 path arrives at the suction point of the compressor 2 without crossing the IHX6 exchanger, the VPl and VP2 channels being controlled respectively by the two-way valve V2 and the expansion member D3.
  • the number of the various actuators mentioned above and the connection of the conduits are different in the second architecture. Nevertheless the two architectures have similar functionalities except for the position of the installation of the IHX heat exchanger (6) and the control method of the different actuators.
  • the threshold can be set at, for example, a value of the order of 140-150 ° C in cooling mode with carbon dioxide as a refrigerant and a value of the order of 130-135 ° C in cooling mode. air conditioning with a fluid such as R-134a.
  • the fluid exiting the compressor 2 passes first through the external heat exchanger 3 through the valve VI, then, the IHX heat exchanger 6 on the high pressure side, the expansion member Dl and CV3 check valve.
  • the fluid exiting the check valve CV3 has two passageways, one of which passes through the second internal heat exchanger 5, the two-way valve V5, the accumulator 8 and the IHX heat exchanger on the front low-pressure side. reach the suction point of the compressor 2; the fluid along the other path passes through the expansion member D2 and the first inner heat exchanger 4.
  • the fluid exiting the first heat exchanger 4 has two passageways VP1 and VP2 as those of the first architecture.
  • the path VP1 passes through the accumulator 8 and the exchanger IHX 6 from the low pressure side before reaching the suction point of the compressor 2. Being controlled by the expansion member D3, the path VP2 arrives directly at the suction point of the compressor 2 (bypass or by-pass of the IHX heat exchanger 6).
  • FIG. 6 illustrates the heating and / or heat recovery operating mode of the loop of the second architecture shown in FIG. 1.
  • valves VI, V2 and V5 are closed and the valves V3 and V4 are open; the expansion members D1, D2 and D3 are in "controlled" mode.
  • the fluid exiting the compressor passes first into the second internal heat exchanger 5.
  • a first portion of the fluid leaving the second internal heat exchanger 5 passes through the anti-flow valve.

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Abstract

L'invention concerne une boucle (1) de circulation d'un fluide réfrigérant (7) pour le conditionnement d'air d'habitacle d'un véhicule, ladite boucle étant apte à assurer au moins un des modes de fonctionnement de climatisation, de chauffage, de déshumidification et de récupération de chaleur, ladite boucle comprenant les éléments suivants: un compresseur (2), un échangeur thermique extérieur (3), un premier échangeur thermique intérieur (4), un deuxième échangeur thermique intérieur (5), un échangeur thermique IHX (6), et des actionneurs. La boucle (1) comprend deux voies de passage pour le fluide entre la sortie du premier échangeur (4) et un point d'aspiration du compresseur (2), lesdites deux voies de passage étant contrôlées individuellement par un des actionneurs, une voie de passage (VP2) traversant l'échangeur (6) et une voie de passage (VP1) arrivant au point d'aspiration du compresseur (2) sans traverser l'échangeur (6).

Description

BOUCLE DE CIRCULATION D'UN FLUIDE REFRIGERANT POUR LE
CONDITIONNEMENT D'AIR D'HABITACLE D'UN VEHICULE
Domaine technique
L'invention concerne une boucle de circulation d'un fluide réfrigérant pour le conditionnement d'air, notamment, pour le conditionnement d'air d'habitacle d'un véhicule. Etat de la technique
Le conditionnement d'air de l'habitacle d'un véhicule a un impact significatif sur le confort ressenti par le conducteur et les passagers. Le conditionnement d'air d'habitacle se traduit en différents modes de fonctionnement, comme par exemple, le chauffage, le refroidissement, etc. Le conditionnement d'air d'habitacle est un poste qui consomme une partie importante d'énergie dans un véhicule et sa performance énergétique impacte directement la performance globale du véhicule. La demande de brevet publiée US20030182961[A1] décrit une boucle de circulation d'un fluide réfrigérant pour le conditionnement d'air d'un véhicule comprenant un compresseur, un échangeur thermique extérieur, un échangeur thermique intérieur, un échangeur thermique de refroidissement, un dispositif de détente et un échangeur thermique interne (en anglais "inner heat exchanger"). En fonctionnement, la température de refoulement du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur de cette boucle peut atteindre, en mode de climatisation, des températures très hautes (135°C pour le fluide chimique et 165°C pour le fluide naturel R744), ce qui risque, par conséquent, de dégrader le mode de fonctionnement du compresseur. Par ailleurs, cette boucle risque de produire du givre sur l'échangeur thermique intérieur du véhicule en mode de chauffage et/ou de récupération de la chaleur lorsque la température extérieure est voisine, voire inférieure à 0°C, et donc de rendre cet échangeur inefficace, voire inutilisable.
Afin de pallier au moins un des problèmes techniques susmentionnés, la présente invention vise une boucle qui est apte, d'une part, à assurer au moins un des différents modes de fonctionnement de chauffage, de refroidissement et de récupération de chaleur, et d'autre part, à contrôler la température de refoulement du fluide à la sortie du compresseur. Exposé de l'invention
L'invention a pour objet une boucle de circulation d'un fluide réfrigérant pour le conditionnement d'air d'habitacle d'un véhicule, ladite boucle étant apte à assurer au moins un des modes de fonctionnement de climatisation, de chauffage, de déshumidification et de récupération de chaleur, ladite boucle comprenant au moins les éléments suivants reliés entre eux par des conduites:
- un compresseur qui est apte à compresser et à refouler le fluide réfrigérant afin de le mettre en circulation dans la boucle;
- un échangeur thermique extérieur qui est apte à échanger de la chaleur entre le fluide réfrigérant et l'air extérieur au véhicule;
- un premier échangeur thermique intérieur qui est apte à échanger de la chaleur entre d'une part, le fluide réfrigérant et, d'autre part, de l'air entrant dans l'habitacle et/ou de l'air de l'habitacle recyclé;
- un deuxième échangeur thermique intérieur qui est apte à échanger de la chaleur entre, d'une part, le fluide réfrigérant et, d'autre part, de l'air sortant de l'habitacle et/ou de l'air de l'habitacle recyclé, et/ou de l'air extérieur au véhicule;
- un échangeur thermique IHX qui est apte à échanger de la chaleur avec le fluide circulant dans deux conduites ayant respectivement deux enthalpies différentes;
- des actionneurs qui sont aptes à contrôler le débit du fluide et/ou le sens de circulation du fluide dans la boucle. La boucle selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux voies de passage pour le fluide entre, d'une part, la sortie du premier échangeur intérieur et, d'autre part, un point d'aspiration du compresseur, lesdites au moins deux voies de passage étant contrôlées individuellement par au moins un des actionneurs, au moins une voie de passage traversant l'échangeur thermique IHX et au moins une voie de passage arrivant au point d'aspiration du compresseur sans traverser l'échangeur thermique IHX.
Ainsi, la boucle de circulation d'un fluide réfrigérant selon l'invention offre une nouvelle architecture hydraulique qui permet de gérer et de sélectionner la voie ou les voies de passage du fluide réfrigérant pour arriver au point d'aspiration du compresseur afin de contrôler la température de refoulement du fluide à la sortie du compresseur à des valeurs prédéterminées sans modifier le régime de fonctionnement du compresseur. Le risque de dégrader le mode de fonctionnement du compresseur est ainsi éliminé ou au moins réduit. Selon d'autres caractéristiques possibles prises isolément ou en combinaison l'une avec l'autre :
- le choix d'une ou plusieurs voies de passage pour au moins d'une partie du fluide sortant du premier échangeur intérieur est effectué en fonction de la température de refoulement du compresseur. La température de refoulement du compresseur est généralement fonction du type du fluide réfrigérant et du mode de fonctionnement qui peut être prédéterminée selon le constructeur de la boucle. - la boucle est configurée pour forcer une partie du fluide sortant du premier échangeur intérieur à circuler dans au moins une voie de passage qui ne traverse pas l'échangeur thermique IHX lorsque la température de refoulement dépasse un seuil de température prédéterminé. La température de refoulement du compresseur a un seuil de température prédéterminé dont la valeur est comprise entre 130°C et 170°C en mode de climatisation selon le type du fluide chimique comme le R134a ou du fluide naturel comme le R744. Le seuil de température prédéterminé a une valeur comprise entre 110°C et 140°C en mode de chauffage selon le type du fluide chimique comme le R134a ou du fluide naturel comme le R744.
- de préférence, le seuil de température prédéterminé a une valeur égale à 130°C ou à 150°C en mode de climatisation, et une valeur égale à 110°C ou à 130°C en mode de chauffage.
- la boucle comprend un accumulateur en amont du point d'aspiration du compresseur dans le sens de circulation du fluide. L'accumulateur sert, d'une part, de moyen de stockage du fluide, et d'autre part, de moyen de séparation d'un éventuel mélange du fluide réfrigérant en phase liquide et en phase gazeuse avant être aspiré dans le compresseur pour garder un meilleur fonctionnement du compresseur.
- les actionneurs comprennent au moins certains des organes suivants : des vannes, des organes de détente, des clapets anti-retour. Au moins certains des différents actionneurs susmentionnés permettent d'assurer les différents modes de fonctionnement de la boucle selon l'invention. D'autres organes que ceux susmentionnés mais ayant des fonctions similaires peuvent alternativement être utilisés.
- en mode de chauffage, l'échangeur extérieur et le premier échangeur intérieur fonctionnent en parallèle en termes de sens de circulation du fluide dans la boucle, la température d'évaporation dans l'échangeur extérieur et la température d'évaporation dans le premier échangeur intérieur étant contrôlables séparément, notamment grâce aux organes de détente et/ou aux vannes. Ainsi, l'invention offre une solution technique pour que l'échangeur thermique extérieur puisse fonctionner à une température extérieure négative sans impacter le fonctionnement normal du premier échangeur thermique intérieur lors du mode de chauffage et/ou de récupération de chaleur.
-le fluide réfrigérant est un fluide naturel comme le R744 (dioxyde de carbone), ou chimique comme par exemple le R- 134a, le R- 1234yf. Toutefois, d 'autres flu ides frigorigènes peuvent être utilisés sans sortir du cad re de l'invention .
Description détaillée D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la fig ure 1 est une vue schématiq ue d'une première architecture d'une boucle de circulation d'un fluide réfrigérant selon un mode de réal isation de l'invention ;
- la fig ure 2 ill ustre un mode de fonctionnement de climatisation de la boucle de la fig ure 1 ;
- la fig ure 3 ill ustre un mode de fonctionnement de chauffage et/ou de récupération de chaleur de la boucle de la fig ure 1 ;
- la fig ure 4 est une vue schématique d'une deuxième architecture d'une boucle de circulation d'un fluide réfrigérant selon un mode de réal isation de l'invention ;
- la fig ure 5 ill ustre un mode de fonctionnement de cl imatisation de la boucle de la fig ure 4;
- la fig ure 6 ill ustre un mode de fonctionnement de chauffage et/ou de récupération de chaleur de la boucle de la fig ure 4.
Dans la présente description, on comprend par clapet antiretour un dispositif installé sur une conduite et qui permet de contrôler le sens de circulation d'un fluide quelconque. Le fluide peut circuler dans un sens dans la conduite mais le flux du fluide est bloqué en sens inverse. Cependant, le fluide peut également être empêché de circuler dans le sens normal de circulation lorsque la pression en aval est supérieure à la pression en amont du clapet anti-retour. Ainsi, un clapet anti-retour peut être utilisé également pour arrêter ou modifier le débit du fluide. L'amont et l'aval sont compris comme étant deux positions relatives par rapport au sens normal de circulation du fluide dans le clapet antiretour.
Dans la présente description, on comprend par vanne un dispositif destiné à contrôler, arrêter ou modifier le débit d'un fluide en milieu fermé d'une boucle. Une vanne peut comprendre deux voies ou plus de deux voies. Une vanne à trois voies est assimilée au fonctionnement de deux vannes à deux voies. Dans l'invention, de préférence, une vanne désigne une vanne à deux voies, mais l'homme du métier peut aisément remplacer avec ses seules connaissances deux vannes à deux voies par une vanne à trois voies, ou l'inverse. Une vanne à deux voies a un fonctionnement de type ON/OFF (marche/ arrêt) qui correspond respectivement à une position ouverte et une position fermée. Les vannes utilisées dans l'invention sont par défaut des vannes électromécaniques qui peuvent être contrôlables à distance.
Dans la présente description, on comprend par organe de détente un dispositif réducteur de pression dans un circuit de pompe à chaleur. Le fluide réfrigérant se vaporise partiellement dans l'organe de détente pour abaisser la pression et la température. L'organe de détente est choisi parmi des dispositifs suivants : un détendeur thermostatique ou électronique, un orifice ou enfin un orifice fixe. Un organe de détente peut également être utilisé pour contrôler, arrêter ou modifier le débit d'un fluide. On dit alors qu'il est étanche. Un organe de détente peut avoir les trois modes de fonctionnement suivants : ouvert, fermé et contrôlé. Le mode « ouvert » permet de laisser passer le fluide sans aucun contrôle, avec le minimum de perte de charge, le mode « fermé » permet de bloquer complètement le passage du fluide et le mode « contrôlé » permet de contrôler le débit autorisé à traverser. Dans la présente description, la désignation des échangeurs thermiques intérieurs de la boucle selon l'invention est fonction de l'ordre de contact avec l'air entrant dans l'habitacle dans le cas où l'air entrant traverse tous les échangeurs thermiques intérieurs avant arriver dans l'habitacle. De ce fait, le premier échangeur thermique intérieur est celui qui est le premier en contact avec l'air entrant, le deuxième échangeur thermique intérieur est celui qui est le deuxième en contact deuxièmement avec l'air entrant, et ainsi de suite.
Comme représenté schématiquement à la fig ure 1 , la boucle 1 de circulation d'un fluide réfrigérant 7 pour le conditionnement d'air d'habitacle d'un véhicule comprend, selon une première architecture, au moins un compresseur 2, un échangeur thermique extérieur 3, un premier échangeur thermique intérieur 4, un deuxième échangeur thermique intérieur 5, un échangeur thermique IHX 6, et des actionneurs tels que des clapets anti- retour, par exemple trois, CV1, CV2 et CV3, des vannes, par exemples deux, préférentiellement deux vannes à deux voies, et des organes de détente, par exemple quatre.
Les composants susmentionnés sont reliés l'un à l'autre par des conduites 11, 12, 13.... Une conduite est comprise comme étant l'ensemble des tuyauteries permettant d'établir une connexion hydraulique entre deux composants susmentionnés. Une conduite peut présenter des variations de diamètres des tuyauteries et comporter des coudes. Comme représenté à la figure 1, la sortie du compresseur 2 est reliée à l'entrée du deuxième échangeur thermique intérieur 5 via la conduite 11 ; la sortie du deuxième échangeur thermique intérieur 5 est reliée à l'organe de détente D2 via la conduite 12 et à l'organe de détente Dl via la conduite 13, les deux conduites 12 et 13 ayant une partie en commun en sortie de l'échangeur 5 ; la sortie de l'organe de détente Dl est reliée via la conduite 14 à l'échangeur thermique extérieur 3 ; la sortie de l'échangeur thermique extérieur 3 débouche sur deux voies de passage, dont l'une est reliée ,via la conduite 115 , à la vanne VI qui est reliée à son tour, via la conduite 116, à l'accumulateur 8, et l'autre est reliée, via la conduite 117, au clapet anti-retour CV3 qui est relié à son tour, via la conduite 118, à l'entrée de l'échangeur thermique IHX 6 du côté haute pression ; la sortie de l'organe de détente D2 est reliée, via la conduite 15, au clapet anti-retour CV1 qui est relié à son tour, via la conduite 16, à l'entrée de l'échangeur thermique IHX 6 du côté haute pression; la sortie de l'échangeur thermique IHX 6 du côté haute pression est reliée, via la conduite 17, au clapet anti-retour CV2 qui est à son tour relié, via la conduite 18, à l'organe de détente D3; la sortie de l'organe de détente D3 est reliée, via la conduite 19, au premier échangeur thermique intérieur 4 ; la sortie du premier échangeur thermique intérieur 4 débouche sur deux voies de passage VPl et VP2, la voie VPl est reliée, via la conduite 110, à l'organe de détente D4 et la voie VP2 est reliée, via la conduite 111, à la vanne V2; la sortie de la vanne V2 est reliée, via la conduite 112, à l'accumulateur 8 qui est relié à son tour, via la conduite 113, à l'entrée de l'échangeur thermique IHX 6 du côté basse pression ; la sortie de l'échangeur thermique IHX 6 du côté basse pression est reliée, via la conduite 114, au point d'aspiration du compresseur 2, et la sortie de l'organe de détente D4 est reliée, via la conduite 119, au point d'aspiration du compresseur 2. Dans cette première architecture, la voie VP2 traverse l'échangeur thermique IHX 6, tandis que la voie VPl ne traverse pas cet échangeur et ne traverse pas non plus l'accumulateur 8. On notera que d'autres configurations d'architecture de boucle utilisant le compresseur 2, l'échangeur extérieur 3, les premier et deuxième échangeurs thermiques intérieurs 4 et 5, l'échangeur IHX 6 et des actionneurs peuvent alternativement être envisagées avec deux voies de passages telles que VPl et VP2, ou plus.
Les différents modes de fonctionnement de l'invention selon la première architecture seront mieux compris lors de la description des figures 2 et 3. La partie active du circuit de la boucle est représentée par des lignes continues et la partie inactive du circuit avec des conduites représentées par des lignes discontinues. La fig ure 2 il lustre le mode de fonction nement de climatisation de la boucle de la première architecture représentée à la figure 1.
Dans ce mode de fonctionnement, la vanne V2 est ouverte et la vanne VI est fermée ; l'organe de détente D2 est en mode « fermé », l'organe de détente Dl est en mode « ouvert », et l'organe de détente D3 est en mode « contrôlé ». L'organe de détente D4 est en mode « contrôlé » lorsque la température de refoulement Tdc dépasse ou risque de dépasser un seuil de température prédéterminé Se, également appelé seuil de contrôle. L'organe de détente D4 est en mode « fermé » lorsque la température de refoulement Tdc ne risque pas de dépasser le seuil de contrôle Se en mode de climatisation. La température de refoulement Tdc est par exemple fournie par un capteur de température placé en sortie du compresseur 2. Le seuil de contrôle Se est par exemple fonction du type de fluide et du mode de fonctionnement. Le seuil peut être fixé à, par exemple, une valeur de l'ordre de 140-150°C en mode de climatisation avec du dioxyde de carbone comme fluide réfrigérant et une valeur de l'ordre de 130-135°C en mode de climatisation avec un fluide tel que le R-134a. Ainsi, en mode de fonctionnement de climatisation, le fluide sortant du compresseur 2 passe d'abord dans le deuxième échangeur thermique intérieur 5, dans l'échangeur thermique extérieur 3, puis dans l'échangeur thermique IHX 6 avant arriver au premier échangeur thermique intérieur 4. Le débit passant dans le premier échangeur thermique intérieur 4 est contrôlé par l'organe de détente D3. Le fluide sortant du premier échangeur thermique intérieur 4 peut emprunter deux voies de passages VP1 et VP2 : la voie VP2, contrôlée par la vanne V2, passe successivement par l'accumulateur 8 et l'échangeur thermique IHX 6 avant arriver au point d'aspiration du compresseur 2, et la voie VP1, contrôlée par l'organe de détente D4, arrive directement au point d'aspiration du compresseur 2 sans passer par l'échangeur thermique IHX 6. Le choix de l'une et/ou de l'autre voie de passage pour au moins d'une partie du fluide 7 sortant du premier échangeur intérieur 4 est effectué en fonction de la température de refoulement Tdc du compresseur 2.
Ainsi, lorsque la température de refoulement Tdc est supérieure au seuil de contrôle (Se) en mode de climatisation, au moins une partie du fluide, voire la totalité, est contrainte d'emprunter la voie VP1 afin de diminuer la température d'entrée à l'aspiration du compresseur 2. La température de refoulement peut ainsi être contrôlée et, ici, maintenue à une valeur inférieure au seuil de contrôle.
La fig ure 3 il lustre le mode de fonction nement de chauffage et/ou de récupération de chaleur de la boucle de la première architecture représentée à la fig ure 1. Dans ce mode de fonctionnement, la vanne VI est ouverte et les organes de détente Dl , D2 et D3 sont en mode « contrôlé » . La vanne V2 est fermée et l'organe de détente D4 est en mode « contrôlé » lorsq ue la température de refou lement Tdh dépasse ou risq ue de dépasser le seu il de contrôle Sh en mode de chauffage et/ou de récupération de chaleur. La vanne V2 est ouverte et l'organe de détente D4 est en mode « fermé » lorsq ue la température de refoulement Tdh ne risque pas de dépasser le seu il de contrôle Sh ou lorsque la boucle est config urée pour ne pas récupérer de la chaleur de l'air d'habitacle sortant. Le seuil de contrôle Sh est par exemple fonction d u type de fluide et d u mode de fonctionnement. Le seuil peut être fixé à, par exemple, 130°C en mode de chauffage et/ou de récupération de chaleur avec d u d ioxyde de carbone comme flu ide réfrigérant et 120°C en mode de chauffage et/ou de récupération de chaleur avec un fl uide tel q ue le R- 134a .
Ainsi, en mode de fonctionnement de chauffage et/ou de récupération de chaleur, le fluide sortant du compresseur passe d'abord dans le deuxième échangeur thermique intérieur 5. En sortant du deuxième échangeur thermique intérieur 5 : une première partie du fluide passe dans l'échangeur thermique extérieur 3, la vanne VI, l'accumulateur 8 et l'échangeur thermique IHX 6 avant d'arriver au point d'aspiration du compresseur 2 ; une deuxième et dernière partie du fluide passe d'abord par l'organe de détente D2, le clapet antiretour CV1, l'échangeur thermique IHX 6, l'organe de détente D3, puis le premier échangeur thermique intérieur 4. Ainsi, l'échangeur extérieur 3 et le premier échangeur intérieur thermique 4 fonctionnent en parallèle en mode de de fonctionnement de chauffage et/ou de récupération de chaleur lorsque l'on considère le sens de circulation du fluide dans la boucle 1.
Le fluide sortant du premier échangeur thermique intérieur 4 emprunte une seule voie de passage VP1 qui est contrôlée par l'organe de détente D4, étant donné que la vanne V2 est fermée. L'organe de détente D4 a deux modes de fonctionnement. Lorsqu'il est en mode « fermé », aucun fluide sortant du deuxième échangeur thermique 5 ne passe par la conduite 12 pour arriver au premier échangeur thermique 4. En mode « contrôlé », l'organe de détente D4 contrôle le débit du fluide qui arrive directement au point d'aspiration du compresseur 2 en passant par la voie VP1 afin de réguler la température de refoulement Tdh pour ne pas dépasser le seuil de contrôle prédéterminé Sh.
Le débit autorisé à passer dans le premier échangeur thermique intérieur 4 est contrôlé par la coopération des organes de détentes D3 et D4. Le débit autorisé à passer dans l'échangeur thermique extérieur 3 est contrôlé par l'organe de détente Dl . Ainsi, la température d'évaporation Tl dans l'échangeur thermique extérieur 3 et la température d'évaporation T2 dans le premier échangeur thermique intérieur 3 sont contrôlables séparément. Lorsque la température extérieure est négative, la température d'évaporation Tl dans l'échangeur thermique extérieur 3 peut être réglée à une valeur négative pour pouvoir continuer à récupérer la chaleur de l'air extérieur, tandis que la température d'évaporation T2 dans le premier échangeur thermique intérieur 4 peut être réglée à une valeur supérieure ou égale à 0°C afin de ne pas produire de givre sur cet échangeur. Le givre formé sur cet échangeur risque en effet de le rendre inefficace, voire inutilisable.
La figure 4 est une vue schématiq ue d 'une deuxième architecture d 'une boucle de circulation d'un fluide réfrigérant selon un mode de réal isation de l'invention . Cette deuxième architecture est une variante de la première arch itecture.
Comme représenté schématiq uement à la fig ure 4, la boucle 100 de circulation d'un fluide réfrigérant 7 pour le conditionnement d'air d'habitacle d'un véhicule, selon l'invention, comprend au moins un compresseur 2, un échangeur thermique extérieur 3, un premier échangeur thermique intérieur 4, un deuxième échangeur thermique intérieur 5, un échangeur thermique IHX 6, des actionneurs, comme par exemple quatre clapets anti-retour CV1, CV2, CV3 et CV4, cinq vannes VI, V2, V3, V4 et V5, préférentiellement des vannes à deux voies, et trois organes de détente Dl, D2 et D3. Les composants susmentionnés sont reliés l'un à l'autre par des conduites. Comme dans la première architecture, la boucle 100 comprend au moins deux voies de passage VPl et VP2 entre la sortie du premier échangeur thermique intérieur 4 et un point d'aspiration du compresseur 2. La voie VPl traverse l'échangeur IHX 6 tandis que la voie VP2 arrive au point d'aspiration du compresseur 2 sans traverser l'échangeur IHX6, les voies VPl et VP2 étant contrôlées respectivement par la vanne à deux voies V2 et l'organe de détente D3. Par rapport à la première architecture illustrée à la figure 1, le nombre des divers actionneurs susmentionnés et le raccordement des conduites sont différents dans la deuxième architecture. Néanmoins les deux architectures ont des fonctionnalités similaires sauf en ce qui concerne la position de l'installation de l'échangeur thermique IHX (6) et la méthode de contrôle des différents actionneurs.
Les différents modes de fonctionnement de l'invention selon la deuxième architecture seront mieux compris lors de la description des figures 5 et 6. La partie active du circuit de la boucle est représentée par des lignes continues et la partie inactive du circuit avec des conduites représentées par des lignes discontinues. La fig ure 5 il lustre le mode de fonction nement de climatisation de la boucle de la deuxième architecture représentée à la figure 4.
Dans ce mode de fonctionnement, les vannes VI, V2 et V5 sont ouvertes et les vannes V3 et V4 sont fermées ; les organes de détente Dl et D2 sont en mode «contrôlé». L'organe de détente D3 est en mode «contrôlé» lorsque la température de refoulement Tdc dépasse ou risque de dépasser un seuil de température prédéterminé Se, également appelé seuil de contrôle. Alternativement, l'organe de détente D3 est en mode « fermé » lorsque la température de refoulement Tdc ne risque pas de dépasser le seuil de contrôle Se en mode de climatisation. La température de refoulement Tdc est par exemple fournie par un capteur de température placé en sortie du compresseur 2. Le seuil de contrôle Se est par exemple fonction du type de fluide et du mode de fonctionnement. Le seuil peut être fixé à, par exemple, une valeur de l'ordre de 140-150°C en mode de climatisation avec du dioxyde de carbone comme fluide réfrigérant et une valeur de l'ordre de 130-135°C en mode de climatisation avec un fluide tel que le R-134a.
Ainsi, en mode de fonctionnement de climatisation, le fluide sortant du compresseur 2 passe d'abord par l'échangeur thermique extérieur 3 en traversant la vanne VI, puis, l'échangeur thermique IHX 6 du côté haute pression, l'organe de détente Dl et le clapet anti-retour CV3. Le fluide sortant du clapet anti-retour CV3 a deux voies de passage, dont l'une passe par le deuxième échangeur thermique intérieur 5, la vanne à deux voies V5, l'accumulateur 8 et l'échangeur thermique IHX du côté basse pression avant arriver au point d'aspiration du compresseur 2; le fluide selon l'autre voie passe par l'organe de détente D2 et le premier échangeur thermique intérieur 4. Le fluide sortant du premier échangeur thermique 4 a deux voies de passage VP1 et VP2 comme celles de la première architecture. Etant contrôlée par la vanne à deux voies V2, la voie VPl traverse l'accumulateur 8 et l'échangeur IHX 6 du côté basse pression avant arriver au point d'aspiration du compresseur 2. Etant contrôlée par l'organe de détente D3, la voie VP2 arrive directement au point d'aspiration du compresseur 2 (contournement ou by-pass de l'échangeur thermique IHX 6).
Le choix de l'une et/ou de l'autre voie de passage pour au moins d'une partie du fluide 7 sortant du premier échangeur intérieur 4 est effectué en fonction de la température de refoulement Tdc du compresseur 2.
Ainsi, lorsque la température de refoulement Tdc est supérieure au seuil de contrôle (Se) en mode de climatisation, au moins une partie du fluide, voire la totalité, est contrainte d'emprunter la voie VPl afin de diminuer la température d'entrée à l'aspiration du compresseur 2. La température de refoulement peut ainsi être contrôlée et, ici, maintenue à une valeur inférieure au seuil de contrôle.
La fig ure 6 ill ustre le mode de fonction nement de chauffage et/ou de récupération de chaleur de la boucle de la deuxième architecture représentée à la fig ure 1.
Dans ce mode de fonctionnement, les vannes VI, V2 et V5 sont fermées et les vannes V3 et V4 sont ouvertes ; les organes de détente Dl, D2 et D3 sont en mode «contrôlé». Ainsi, en mode de fonctionnement de chauffage et/ou de récupération de chaleur, le fluide sortant du compresseur passe d'abord dans le deuxième échangeur thermique intérieur 5. Une première partie du fluide sortant du deuxième échangeur thermique intérieur 5 passe par le clapet anti-retour CV4, l'échangeur thermique IHX du côté haute pression, l'organe de détente Dl, le clapet anti-retour CV1, l'échangeur thermique extérieur 3, la vanne à deux voies V3, l'accumulateur 8 et l'échangeur thermique IHX du côté basse pression avant arriver au point d'aspiration du compresseur 2 ; une deuxième et dernière partie du fluide passe d'abord par l'organe de détente D2, puis le premier échangeur thermique intérieur 4. Le fluide sortant du premier échangeur thermique intérieur 4 a deux voies de passage VP1 et VP2 qui sont contrôlées respectivement par la vanne à deux voies V2 et l'organe de détente D3. Néanmoins, le fluide n'emprunte que la voie de passage VP2 pour arriver au point d'aspiration du compresseur 2, la voie VP1 étant fermée par la vanne à deux voies V2.
Dans ce mode de fonctionnement, la température de refoulement Tdh du compresseur est contrôlée en permanence afin d'éviter le risque de surchauffe du fluide. Ainsi, le fluide sortant du premier échangeur thermique intérieur 4 passe toujours par la voie VP2 pour arriver directement au point d'aspiration du compresseur, et la voie VP1 est fermée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Boucle (1 ; 100) de circulation d'un fluide réfrigérant (7) pour le conditionnement d'air d'habitacle d'un véhicule, ladite boucle étant apte à assurer au moins un des modes de fonctionnement de climatisation, de chauffage, de déshumidification et de récupération de chaleur, ladite boucle comprenant au moins les éléments suivants reliés entre eux par des conduites:
- un compresseur (2) qui est apte à compresser et à refouler le fluide réfrigérant (7) afin de le mettre en circulation dans la boucle (1);
- un échangeur thermique extérieur (3) qui est apte à échanger de la chaleur entre le fluide réfrigérant (7) et l'air extérieur au véhicule ;
- un premier échangeur thermique intérieur (4) qui est apte à échanger de la chaleur entre d'une part, le fluide réfrigérant (7) et, d'autre part, de l'air entrant dans l'habitacle et/ou de l'air de l'habitacle recyclé;
- un deuxième échangeur thermique intérieur (5) qui est apte à échanger de la chaleur entre, d'une part, le fluide réfrigérant (7) et, d'autre part, de l'air sortant de l'habitacle et/ou de l'air de l'habitacle recyclé, et/ou de l'air extérieur au véhicule;
- un échangeur thermique IHX (6) qui est apte à échanger de la chaleur avec le fluide circulant dans deux conduites avec respectivement deux enthalpies différentes (Hl, H2) ;
- des actionneurs (VI, V2, V3, CV1, CV2, CV3, Dl, D2, D3, D4) qui sont aptes à contrôler le débit du fluide et/ou le sens de circulation du fluide
(7) dans la boucle (1);
caractérisée en ce que ladite boucle (1) comprend au moins deux voies de passage (VPl, VP2) pour le fluide entre, d'une part, la sortie du premier échangeur intérieur (4) et, d'autre part, un point d'aspiration du compresseur (2), lesdites au moins deux voies de passage étant contrôlées individuellement par au moins un des actionneurs (VI, V2, V3, CV1, CV2, CV3, Dl, D2, D3, D4), au moins une voie de passage (VP2) traversant l'échangeur thermique IHX (6) et au moins une voie de passage (VPl) arrivant au point d'aspiration du compresseur (2) sans traverser l'échangeur thermique IHX (6).
2. Boucle (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que, en mode de chauffage, ledit échangeur extérieur (3) et ledit premier échangeur intérieur (4) fonctionnent en parallèle en termes de sens de circulation du fluide dans ladite boucle (1), la température d'évaporation (Tl) dans ledit échangeur extérieur (3) et la température d'évaporation (T2) dans ledit premier échangeur intérieur (3) étant contrôlables séparément.
3. Boucle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le choix d'une ou plusieurs voies de passage pour au moins d'une partie du fluide (7) sortant du premier échangeur intérieur (4) est effectué en fonction de la température de refoulement (Td) du compresseur (2).
4. Boucle (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la boucle est configurée pour forcer une partie du fluide (7) sortant du premier échangeur intérieur (4) à circuler dans au moins une voie de passage qui ne traverse pas l'échangeur thermique IHX (6) lorsque la température de refoulement (Tdc, Tdh) dépasse un seuil de température prédéterminé (Se, Sh).
5. Boucle (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le seuil de température prédéterminé (Se) a une valeur comprise entre 130°C et 170°C en mode de climatisation selon la nature du fluide chimique ou du fluide naturel, et le seuil de température prédéterminé (Sh) a une valeur comprise entre 110°C et 140°C en mode de chauffage.
6. Boucle (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le seuil de température prédéterminé (Se) a une valeur égale à 130°C ou à 150°C en mode de climatisation, et le seuil de température prédéterminé (Sh) a une valeur égale à 120°C ou à 130°C en mode de chauffage.
7. Boucle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite boucle (1) comprend un accumulateur (8) en amont du point d'aspiration du compresseur (2) dans le sens de circulation du fluide (7).
8. Boucle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les actionneurs comprennent au moins certains des organes suivants : des vannes (VI, V2, V3), des organes de détente (Dl, D2, D3), des clapets anti-retour (CV1, CV2, CV3).
9. Boucle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que, en mode de chauffage, la température d'évaporation (Tl) dans l'échangeur extérieur (3) est contrôlée à une valeur inférieure à 0°C et la température d'évaporation (T2) dans le premier échangeur intérieur (4) est contrôlée à une valeur supérieure ou égale à 0°C.
10. Boucle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le fluide réfrigérant (7) est un fluide naturel comme le R744, ou chimique comme le R- 134a ou le R- 1234yf.
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