FR2963665A1 - Boucle de climatisation comprenant un dispositif de reception d'un fluide refrigerant - Google Patents

Boucle de climatisation comprenant un dispositif de reception d'un fluide refrigerant Download PDF

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Abstract

L'invention a pour objet une boucle de climatisation (1) comprenant un circuit de fluide réfrigérant comportant au moins un compresseur (2), un échangeur de chaleur extérieur (11), un échangeur de chaleur intérieur (5) ou un échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur (53), un dispositif de réception (16) du fluide réfrigérant, un organe de détente (21) et un évaporateur (24). Le dispositif de réception (16) comprend une entrée (17) raccordée à l'échangeur de chaleur extérieur (11), une première sortie (18) raccordée à l'organe de détente (21) et une deuxième sortie (19) raccordée à un dispositif de contournement (28) de l'évaporateur (24).

Description

Boucle de climatisation comprenant un dispositif de réception d'un fluide réfrigérant
Le domaine technique de la présente invention est celui des boucles de climatisation réversibles, autrement appelées boucles ou circuits de réfrigération. L'invention vise une telle boucle destinée à fonctionner au moins dans un mode dit `chauffage' et dans un mode dit 'refroidissement'.
Une boucle de climatisation est classiquement utilisée sur les véhicules automobiles pour générer un flux d'air intérieur à température désirée et envoyé dans l'habitacle du véhicule. La boucle de climatisation comprend classiquement un échangeur de chaleur extérieur, un ou plusieurs organes de détente, un évaporateur, un accumulateur et un compresseur, parcourus dans cet ordre par un fluide réfrigérant. L'échangeur de chaleur extérieur est un échangeur traversé par un flux d'air extérieur alors que l'évaporateur est un échangeur traversé par le flux d'air intérieur, c'est-à-dire le flux d'air destiné à être distribué dans l'habitacle du véhicule automobile. Le fluide réfrigérant circulant entre une sortie du compresseur et une entrée de l'organe de détente est soumis à une haute pression et une haute température alors que le fluide réfrigérant circulant entre la sortie de l'organe de détente et l'entrée du compresseur est soumis à une basse pression et une basse température.
Dans le cadre des véhicules à propulsion électrique ou hybride, il a été proposé d'utiliser la boucle de climatisation classique décrite ci-dessus pour chauffer ou refroidir le flux d'air intérieur destiné à être distribué dans l'habitacle. Pour ce faire, un échangeur supplémentaire et des moyens de commutations, permettant la circulation du fluide réfrigérant selon divers sens de circulation, sont intégrés à la boucle de climatisation, l'échangeur supplémentaire étant placé dans une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation permettant la mise en température du flux d'air intérieur. La boucle de climatisation est susceptible de fonctionner alors dans un mode dit `chauffage' ou un mode dit `refroidissement' ou un mode combiné pour déshumidifier le flux d'air intérieur.
Selon certains modes de réalisation, l'accumulateur est installé classiquement en amont du compresseur, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation. Un tel accumulateur placé en amont du compresseur ne permet pas la création d'une surchauffe du fluide réfrigérant avant son entrée dans le compresseur.
Cependant, dans les cas de charges thermiques importantes, une surchauffe peut être nécessaire pour augmenter les performances de la boucle de climatisation et 10 abaisser son impact sur la consommation.
Par ailleurs, les boucles de climatisation connues ne permettent pas l'installation d'un échangeur de chaleur interne car son intégration dégrade de manière significative le rendement de la boucle de climatisation quand celle-ci est utilisée 15 en mode dit `chauffage'.
Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus principalement en modifiant l'architecture de la boucle de climatisation et la structure de l'accumulateur afin qu'il puisse fonctionner également comme une 20 bouteille. L'accumulateur modifié devient donc un dispositif de réception du fluide réfrigérant apte à fonctionner en mode dit 'chauffage' ou en mode dit 'refroidissement' et permettant d'obtenir une surchauffe du fluide réfrigérant, par exemple dans le cas de charges thermiques importantes. Le dispositif de réception du fluide réfrigérant est placé dans la partie haute pression de la boucle 25 de climatisation dans certains modes et plus particulièrement entre l'échangeur de chaleur extérieur et l'organe de détente.
L'invention a donc pour objet une boucle de climatisation comprenant un circuit de fluide réfrigérant comportant au moins un compresseur, un échangeur de chaleur 30 extérieur, un échangeur de chaleur intérieur ou un échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur, un dispositif de réception du fluide réfrigérant, un organe de détente et un évaporateur. Plus particulièrement, le dispositif de réception comprend une entrée raccordée à l'échangeur de chaleur extérieur, une première sortie raccordée à l'organe de détente et une deuxième sortie raccordée à un dispositif de contournement de l'évaporateur.
Selon un premier mode de la boucle de climatisation, mode dit 'chauffage', le fluide réfrigérant circule successivement dans le compresseur, l'échangeur de chaleur intérieur ou l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur, un dispositif de détente, l'échangeur de chaleur extérieur, fonctionnant en tant qu'évaporateur, l'entrée du dispositif de réception, la deuxième sortie du dispositif de réception et le dispositif de contournement avant de retourner dans le compresseur.
Le dispositif de contournement comprend avantageusement une conduite de circulation raccordée à une entrée du compresseur.
Par ailleurs, un organe d'arrêt commande la circulation de fluide réfrigérant dans le dispositif de contournement, en particulier dans la conduite de circulation raccordée à l'entrée du compresseur
En complément, la boucle de climatisation comprend un moyen de contournement 20 de l'échangeur de chaleur intérieur ou un échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur.
Ainsi agencée, la boucle de climatisation est configurée selon un deuxième mode, mode dit `refroidissement', dans lequel le fluide réfrigérant circule successivement 25 dans le compresseur, le moyen de contournement, l'échangeur de chaleur extérieur, fonctionnant en tant que condenseur, l'entrée du dispositif de réception, la première sortie du dispositif de réception, l'organe de détente et l'évaporateur avant de retourner dans le compresseur.
30 De façon avantageuse, un organe d'arrêt commande la circulation de fluide réfrigérant dans le moyen de contournement de l'échangeur de chaleur intérieur ou de l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur.
Selon une caractéristique additionnelle, une première sortie de l'organe de détente est raccordée à une entrée de l'évaporateur et une sortie de l'évaporateur est raccordée à une deuxième entrée de l'organe de détente.
De façon complémentaire ou optionnellement, la boucle de climatisation comporte un échangeur de chaleur interne comprenant une partie haute pression échangeant de la chaleur avec une partie basse pression, la partie haute pression étant installée entre la première sortie du dispositif de réception et l'organe de détente et la partie basse pression étant installée entre l'évaporateur et le compresseur.
Préférentiellement, l'organe de détente est de type thermostatique ou à contrôle thermostatique. Selon une alternative de réalisation, la boucle de climatisation comporte un circuit secondaire de fluide caloporteur en interaction avec le circuit de fluide réfrigérant par l'intermédiaire d'un échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur.
20 Dans cette configuration alternative, le circuit secondaire comprend un aérotherme, permettant de chauffer le flux d'air intérieur, et un moyen de mise en circulation du fluide caloporteur, telle qu'une pompe.
Dans un exemple particulier de réalisation, le dispositif de réception comprend 25 une paroi délimitant un volume interne définissant un espace de séparation du fluide réfrigérant et un espace de stockage du fluide réfrigérant, l'entrée et la seconde sortie du dispositif de réception débouchant dans l'espace de séparation et la première sortie dispositif de réception débouchant dans l'espace de stockage. 30 Notamment, le dispositif de réception comporte un tube d'extraction comprenant une première partie raccordée à la seconde sortie du dispositif de réception, une15 seconde partie comprenant une extrémité débouchant dans l'espace de séparation et une portion de liaison, en particulier réalisée sous la forme d'un coude, reliant la première partie et la seconde partie du tube d'extraction et s'étendant dans l'espace de stockage.
Un tout premier avantage de l'invention réside dans la possibilité d'obtenir une surchauffe en amont du compresseur ce qui permet de maintenir un haut niveau de performance quand la charge thermique sur la boucle de climatisation est importante.
Un autre avantage réside dans la possibilité d'intégrer un échangeur de chaleur interne sans ce que ce dernier impacte négativement les performances de la boucle de climatisation quand celle-ci fonctionne en mode dit 'chauffage'.
15 De plus, la présente invention permet de disposer d'un dispositif de réception du fluide réfrigérant située à la sortie de l'échangeur de chaleur extérieur et fonctionnant en tant que : - accumulateur pour stocker le fluide réfrigérant et permettre la séparation de la phase liquide et de la phase gazeuse du fluide réfrigérant quand 20 l'échangeur de chaleur extérieur opère en tant qu'évaporateur, ou - bouteille de stockage, de filtration et de déshydratation du fluide réfrigérant à haute pression quand l'échangeur de chaleur extérieur opère en tant que condenseur.
25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation, mais aussi, le cas échéant, contribuer à sa définition sur lesquels: 30 - la figure 1 est une vue schématique d'une boucle de climatisation selon l'invention, - la figure 2 est une illustration schématique du dispositif de réception 10 de fluide réfrigérant équipant la boucle de climatisation selon l'invention, - la figure 3 est une vue schématique de la boucle de climatisation en mode dit `refroidissement', - la figure 4 est une vue schématique de la boucle de climatisation en mode dit 'refroidissement' selon une première variante de l'invention, - la figure 5 est une vue schématique de la boucle de climatisation fonctionnant en mode dit `chauffage', et - la figure 6 est une vue schématique de la boucle de climatisation selon une deuxième variante de l'invention.
La figure 1 est une vue schématique d'une boucle de climatisation 1 selon l'invention et présente un exemple de réalisation non limitatif. La figure 1 illustre la position relative des composants de la boucle de climatisation 1 les uns par rapport aux autres sans préjuger du mode dans lequel la boucle de climatisation est utilisée.
Un fluide réfrigérant circule en circuit fermé dans la boucle de climatisation 1. Le fluide réfrigérant est mis en mouvement par un compresseur 2 qui reçoit le fluide réfrigérant, à une température d'aspiration et à une pression d'aspiration, par une entrée 3, le comprime puis l'évacue par une sortie 4, à une température de refoulement et une pression de refoulement supérieures à la température d'aspiration et à la pression d'aspiration.
Le compresseur 2 peut être du type à cylindrée fixe ou à cylindrée variable et son contrôle peut être interne, ou par l'intermédiaire d'une vanne de contrôle, ou externe. Le compresseur 2 peut également être de type électrique.
La sortie 4 du compresseur 2 est raccordée à une conduite de circulation acheminant le fluide réfrigérant soit vers un échangeur de chaleur intérieur 5, soit vers un moyen de contournement 6 de l'échangeur de chaleur intérieur 5.
Selon un autre exemple de réalisation non représenté, la boucle de climatisation 1 ne comporte pas de moyen de contournement 6 de l'échangeur de chaleur intérieur 5. La présente invention est également propre à ce type d'agencement.
Le fluide réfrigérant pénètre dans l'échangeur de chaleur intérieur 5 par une entrée 7 et en ressort par une sortie 8 après avoir échangé de chaleur avec un milieu environnant. Dans l'exemple de la figure 1, le milieu environnant est un flux d'air intérieur 31 qui circule à l'intérieur d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 9 d'un véhicule automobile.
L'échangeur de chaleur intérieur 5 est propre à permettre un échange avec le flux d'air intérieur 31 destiné à être distribué à l'intérieur de l'habitacle du véhicule après avoir transité dans l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 9. Il s'agit donc d'un échangeur air/fluide réfrigérant destiné à traiter thermiquement, en particulier à chauffer, le flux d'air intérieur 31 destiné à être distribué à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. En particulier, l'échangeur de chaleur intérieur 5 est susceptible de se comporter comme un condenseur qui cède de la chaleur issue de la condensation du fluide réfrigérant au flux d'air intérieur 31.
La sortie 8 de l'échangeur de chaleur intérieur 5 est raccordé à une conduite de circulation qui achemine le fluide réfrigérant vers un premier dispositif de détente 10, plus particulièrement vers une entrée du premier dispositif de détente 10.
Le premier dispositif de détente 10 comprend également une sortie communiquant fluidiquement avec une conduite de circulation qui amène le fluide réfrigérant vers un échangeur de chaleur extérieur 11.
L'échangeur de chaleur extérieur 11 est propre à échanger de chaleur avec un flux d'air extérieur 13, situé à l'extérieur de l'habitacle du véhicule. Préférentiellement, le flux d'air extérieur 13 n'est pas destiné à être distribué dans l'habitacle du véhicule. A titre d'exemple, l'échangeur de chaleur extérieur 11 est disposé en face avant d'un véhicule.
La moyen de contournement 6 de l'échangeur de chaleur intérieur 5 comprend une conduite de circulation 44 présentant une entrée de fluide réfrigérant 44a, agencée entre la sortie 4 du compresseur 2 et l'entrée 7 de l'échangeur de chaleur intérieur 5, et une sortie de fluide réfrigérant 44b, agencée entre la sortie 8 de l'échangeur de chaleur intérieur 5 et une entrée 12 de l'échangeur de chaleur extérieur 11.
Avantageusement, la sortie de fluide réfrigérant 44b est agencée entre la sortie du premier dispositif de détente 10 et l'entrée 12 de l'échangeur de chaleur extérieur 11.
La circulation de fluide réfrigérant à l'intérieur du moyen de contournement 6 est placée sous la dépendance d'un premier organe d'arrêt 15. Selon un mode particulier de réalisation, le premier organe d'arrêt 15 prend la forme d'une vanne de contrôle assurant l'ouverture ou la fermeture de la conduite de circulation 44, autorisant ou interdisant la circulation du fluide réfrigérant dans la conduite de circulation 44.
Selon une variante de réalisation, la vanne de contrôle est du type 'binaire' en ce qu'elle autorise uniquement deux positions : ouverture totale ou fermeture totale. Toutefois, le premier organe d'arrêt 15 peut également consister en une vanne de contrôle à ouverture et fermeture progressive.
Alternativement, le moyen de contournement 6 est réalisé par une vanne 'trois- voies' agencée à l'entrée de fluide réfrigérant 44a ou à la sortie de fluide réfrigérant 44b de la conduite de circulation 44. Agencée à l'entrée de fluide réfrigérant 44a, la vanne 'trois-voies' permet la circulation du fluide réfrigérant depuis la sortie 4 du compresseur 2 soit vers l'entrée 7 de l'échangeur de chaleur intérieur 5 soit vers la sortie de fluide réfrigérant 44b de la conduite de circulation 44. Agencée à la sorite de fluide réfrigérant 44b, la vanne 'trois-voies' permet la 8 circulation du fluide réfrigérant soit depuis la sortie 8 de l'échangeur de chaleur intérieur 5, en particulier en la sortie de l'organe de détente, soit depuis l'entrée de fluide réfrigérant 44a de la conduite de circulation 44 vers l'entrée 12 de l'échangeur de chaleur extérieur 11 On comprend donc que le premier organe d'arrêt 15 contrôle la circulation du fluide réfrigérant dans la conduite de circulation 44.
Comme la perte de charge à l'intérieur de l'échangeur de chaleur intérieur 5 est 10 plus importante que la perte de charge du moyen de contournement 6, le fluide réfrigérant contourne naturellement l'échangeur de chaleur intérieur 5.
Tel que défini en relation avec la figure 1, le moyen de contournement 6 est donc installé en parallèle de l'échangeur de chaleur intérieur 5. L'échangeur de chaleur extérieur 11 comprend également un orifice de sortie 14 par lequel le fluide réfrigérant est évacué par l'intermédiaire d'une conduite de circulation vers un dispositif de réception 16 du fluide réfrigérant.
20 Le dispositif de réception 16 permet le stockage, la séparation entre les phases liquide et gaz, la filtration et la déshydratation du fluide réfrigérant.
Le fluide réfrigérant pénètre à l'intérieur du dispositif de réception 16 via une entrée 17 et est susceptible d'en sortir par une première sortie 18 et/ou une 25 deuxième sortie 19 en fonction du mode de fonctionnement de la boucle de climatisation 1.
La première sortie 18 du dispositif de réception 16 permet la sortie du fluide réfrigérant à l'état liquide vers une première entrée 20 d'un organe de détente 21 30 par l'intermédiaire d'une conduite de circulation. L'organe de détente 21 peut être un deuxième dispositif de détente 21 pouvant être similaire au premier dispositif de détente 10. Avantageusement, l'organe de détente 21 ou le deuxième 15 dispositif de détente 21 est un organe de détente thermostatique.
Le deuxième dispositif de détente 21 comporte une première sortie 22 en liaison avec une entrée 23 d'un évaporateur 24.
Le fluide réfrigérant, en traversant le deuxième dispositif de détente 21 entre la première entrée 20 et la première sortie 22, est détendu. La pression du fluide réfrigérant à l'entrée 23 de l'évaporateur 24 est donc inférieure à la pression du fluide réfrigérant an amont de la première entrée 20 de l'organe de détente 21 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant.
L'évaporateur 24 est installé à l'intérieur de l'installation de chauffage, ventilation, et/ou climatisation 9 de telle sorte à être traversé par le flux d'air intérieur 31 et échanger de la chaleur avec ce dernier. L'évaporateur 24 refroidit le flux d'air intérieur 31 préalablement à sa diffusion à l'intérieur de l'habitacle du véhicule.
La mise en température du flux d'air intérieur 31 préalablement à la diffusion à l'intérieur de l'habitacle du véhicule est réalisée par un mélange du flux d'air intérieur 31 ayant traversé l'évaporateur 24 et/ou l'échangeur de chaleur intérieur 5.
Le fluide réfrigérant circule à l'intérieur de l'évaporateur 24 et en sort par une sortie 25 avant d'entrer dans le deuxième dispositif de détente 21 par une deuxième entrée 26. Le deuxième dispositif de détente 21 comprend enfin une deuxième sortie 27 raccordée à l'entrée 3 du compresseur 2 par l'intermédiaire d'une conduite de circulation.
Préférentiellement, l'organe de détente 21 ou le deuxième dispositif de détente 21 est organe de détente à contrôle thermostatique ou détendeur thermostatique de sorte que le degré d'ouverture, et donc la détente du fluide réfrigérant dans le deuxième dispositif de détente 21, est contrôlé par la surchauffe du fluide réfrigérant en sortie d'évaporateur 24.
De façon alternative, le deuxième dispositif de détente 21 peut être réalisé sous la forme d'un orifice tube agencé entre la première sortie 22 du dispositif de réception 16 et l'entrée 23 de l'évaporateur 24
Un dispositif de contournement 28 de l'évaporateur 24 est agencé entre la deuxième sortie 19 du dispositif de réception 16 et l'entrée 3 du compresseur 2. Le dispositif de contournement 28 est installé en parallèle au moins de l'évaporateur 4 et du deuxième dispositif de détente 21.
Selon une variante complémentaire qui sera décrite à la figure 4, le dispositif de contournement 28 est installé également en parallèle d'un échangeur de chaleur interne.
15 Le dispositif de contournement 28 est constitué d'une conduite de circulation 29 au travers de laquelle circule le fluide réfrigérant. La circulation de fluide réfrigérant à l'intérieur du dispositif de contournement 28 est placée sous la dépendance d'un deuxième organe d'arrêt 30. Selon un mode particulier de réalisation, le deuxième organe d'arrêt 30 prend la forme d'une vanne de contrôle 20 assurant l'ouverture ou la fermeture de la conduite de circulation 29, autorisant ou interdisant la circulation du fluide réfrigérant dans la conduite de circulation 29.
Selon une variante de réalisation, la vanne de contrôle est du type `binaire' en ce qu'elle autorise uniquement deux positions : ouverture totale ou fermeture totale. 25 Toutefois, le deuxième organe d'arrêt 30 peut également consister en une vanne de contrôle à ouverture et fermeture progressive.
Alternativement, le moyen de contournement 30 est réalisé par une vanne 'trois-voies' agencée entre le dispositif de réception 16, le deuxième dispositif de 30 détente 21 et le compresseur 2. 10 On comprend donc que le deuxième dispositif d'arrêt 30 contrôle ou commande la circulation du fluide réfrigérant dans la conduite de circulation 29. La perte de charge dans la partie de circuit constituée par le deuxième dispositif de détente 21 et l'évaporateur 24 étant plus importante que la perte de charge dans le dispositif de contournement 28, le fluide réfrigérant circule naturellement par la conduite de circulation 29 plutôt qu'au travers de l'évaporateur 24.
L'évaporateur 24 est installé dans l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 9 de manière à être traversé par le flux d'air intérieur 31.
La circulation du flux d'air intérieur 31 à travers l'échangeur de chaleur intérieur 5 est commandée par un premier volet de contrôle 62, agencé en amont de l'échangeur de chauffage selon le sens de circulation du flux d'air intérieur 31, et un deuxième volet de mixage 63, disposé en aval de l'échangeur de chaleur intérieur 5 selon le sens de circulation du flux d'air intérieur 31.
Selon une alternative de réalisation, il est envisageable de disposer un unique volet de mixage agencé en amont ou en aval de l'échangeur de chaleur intérieur 5 selon le sens de circulation du flux d'air intérieur 31.
La figure 2 est une illustration schématique du dispositif de réception 16 de fluide réfrigérant équipant la boucle de climatisation 1 selon l'invention. Le dispositif de réception 16 comprend une paroi 32 délimitant un volume interne 33. Préférentiellement, la paroi 32 prend le forme générale d'un cylindre creux fermé par un fond 34 fermant la partie inférieure du dispositif de réception 16 et un couvercle 35 obturant la partie supérieure du dispositif de réception 16.
Avantageusement, le fond 34 du dispositif de réception 16 présente une forme concave de sorte à accueillir le fluide réfrigérant FR. Le volume interne 33 du dispositif de réception 16 du fluide réfrigérant est par exemple compris entre 150 cm3 et 1500 cm3, en particulier égal à 1000 cm3. L'entrée 17 du dispositif de réception 16 est pratiquée au travers du couvercle 35 et est raccordée à un tube d'admission 36 se terminant dans le volume interne 33 par une ouverture d'admission 37, en particulier une lumière latérale 37.
La première sortie 18 du dispositif de réception 16 est formée au travers du fond 34, en particulier en un point le plus bas du fond 34. En tout état de cause, la première sortie 18 doit être placée à un endroit de la paroi 32 où le fluide réfrigérant en phase liquide peut être aspiré.
La deuxième sortie 19 est pratiquée au travers du couvercle 35 et constitue une première extrémité d'un tube d'extraction 38. Le tube d'extraction 38 comprend une première partie rectiligne 39 connectée à une portion de liaison 40, en particulier réalisée sous la forme d'un coude 40 formant un arc à 180°. Le tube d'extraction 38 comprend encore une deuxième partie rectiligne 41 connectée au coude 40 et se termine par une deuxième extrémité 42. La deuxième extrémité 42 est ouverte dans le volume interne 33 dans la partie supérieure du dispositif de réception 16.
Le coude 40 comprend un trou de captage 64 installé au niveau du point d'inflexion de l'arc à 180° formé par le coude 40. Le trou de captage 64 permet de capter de l'huile afin d'alimenter le boucle de climatisation 1. Le trou de captage 64 est garni d'un organe de filtration 65.
Le volume interne 33 du dispositif de réception 16 est partagé en au moins deux espaces. Immédiatement adjacent au couvercle 35, on trouve un espace de séparation 43a du fluide réfrigérant et un espace de stockage 43b du fluide réfrigérant, immédiatement adjacent au fond 34.
Le fonctionnement du dispositif de réception 16 va maintenant être décrit. Le fluide réfrigérant pénètre dans le dispositif de réception 16 par l'intermédiaire de l'entrée 17 et circule dans le tube d'admission 36. Le fluide réfrigérant entre alors dans le volume interne 33 par l'ouverture d'admission 37 dans un état diphasique, à savoir un mélange de liquide et de gaz.
En fonction du mode de fonctionnement de la boucle de climatisation 1, le fluide réfrigérant pénètre dans le dispositif de réception 16 soit en basse pression soit en haute pression. La phase liquide du fluide réfrigérant descend par gravité le long de la paroi 32 pour s'accumuler dans l'espace de stockage 43b alors que la phase gazeuse du fluide réfrigérant reste dans la partie supérieure du volume interne 33.
10 En fonction du mode de fonctionnement de la boucle de climatisation 1, le fluide réfrigérant sort du dispositif de réception 16 soit à l'état liquide par la première sortie 18, soit à l'état gazeux par la deuxième sortie 19.
La boucle de climatisation selon l'invention est susceptible de fonctionner selon 15 au moins trois modes : un mode dit `chauffage' où l'échangeur de chaleur intérieur 5 chauffe le flux d'air intérieur 31 destiné à être distribué dans l'habitacle, un mode dit 'refroidissement' dans lequel l'évaporateur 24 refroidit le flux d'air intérieur 31 destiné à être distribué dans l'habitacle et un mode dit 'mixte' ou `déshumidification' dans lequel le flux d'air intérieur 31 est refroidi et déshumidifié 20 par l'évaporateur 24 préalablement à être chauffé par l'échangeur de chaleur intérieur 5 avant d'être distribué dans l'habitacle. Un mode additionnel, dit 'dégivrage', peut être également envisagé afin de dégivrer l'échangeur de chaleur extérieur 11.
25 La figure 3 illustre le mode dit `refroidissement' de la boucle de climatisation 1. Le fluide réfrigérant est mis en mouvement par le compresseur 2. Le premier organe d'arrêt 15 est en position d'ouverture autorisant la circulation du fluide réfrigérant au travers de la canalisation de circulation 44. La circulation du fluide réfrigérant au travers l'échangeur de chaleur intérieur 5 est interdite ou faible voire quasi 30 nulle.
La conduite de circulation de fluide réfrigérant agencée entre l'entrée 44a du moyen de contournement 6 et l'entrée 7 de l'échangeur de chaleur intérieur 5 et la conduite de circulation de fluide réfrigérant agencée entre la sortie 8 de l'échangeur de chaleur intérieur 5 à la sortie 44b du moyen de contournement 6 sont représentés en pointillé pour illustrer l'absence de circulation ou la faible circulation de fluide réfrigérant.
Par suite, le fluide réfrigérant, après la sortie 44b du moyen de contournement 6, passe au travers de l'échangeur de chaleur extérieur 11 pour pénétrer par l'entrée 17 dans le dispositif de réception 16. Dans ce mode dit 'refroidissement', le deuxième organe d'arrêt 30 est en position de fermeture interdisant la circulation ou permettant une faible circulation du fluide réfrigérant dans le dispositif de contournement 28. L'absence de circulation ou la faible circulation de fluide réfrigérant dans le dispositif de contournement 28 est illustrée par des pointillés.
Dans cette configuration, le fluide réfrigérant en phase liquide est capté par la première sortie 18 du dispositif de réception 16 et circule alors vers le deuxième dispositif de détente 21.
Après avoir été détendu, le fluide réfrigérant traverse l'évaporateur 24 et refroidit le flux d'air intérieur 31 par échange de chaleur. Le cycle se termine par le retour du fluide réfrigérant vers le compresseur 2.
Le mode de fonctionnement dit 'refroidissement' utilise le fluide réfrigérant en phase liquide dans le dispositif de réception 16. II est ainsi possible d'avoir du fluide réfrigérant en phase liquide pure en permanence à l'entrée du deuxième dispositif de détente 21 et d'obtenir un sous refroidissement efficace tendant à maximiser le rendement thermodynamique de la boucle de climatisation 1 dans le cas de fortes charges thermiques.
La figure 4 est une vue schématique de la boucle de climatisation 1 en mode dit `refroidissement' selon une première variante de l'invention. On se reportera à la description des figures 1 et 3 pour les éléments identiques.
Le fluide réfrigérant circulant entre la sortie 4 du compresseur 2 et la première entrée 20 du deuxième dispositif de détente 21 est soumis à une haute pression et une haute température alors que le fluide réfrigérant circulant entre la première sortie 22 du deuxième dispositif de détente 21 et l'entrée 3 du compresseur 2 est soumis à une basse pression et une basse température.
Une telle boucle de climatisation peut être améliorée par l'ajout d'un échangeur de chaleur interne 45 dont la fonction est de créer un échange thermique entre le fluide réfrigérant soumis à haute pression/haute température et le fluide réfrigérant soumis à basse pression/basse température.
L'échangeur de chaleur interne 45 comprend une partie haute pression 46 échangeant thermiquement avec une partie basse pression 47.
L'échangeur de chaleur interne 45 comprend un entrée haute pression 48 reliée à la première sortie 18 du dispositif de réception 16 et une sortie haute pression 49 raccordée par une conduite de circulation à la première entrée 20 du deuxième dispositif de détente 21. L'entrée haute pression 48 et la sortie haute pression 49 de l'échangeur de chaleur interne 45 communiquent toutes deux avec la partie haute pression 46 de l'échangeur de chaleur interne 45.
L'échangeur de chaleur interne 45 comprend également une entrée basse pression 50 connectée à la deuxième sortie 27 du deuxième dispositif de détente 21 et une sortie basse pression 51 reliée à l'entrée 3 du compresseur 2. L'entrée basse pression 50 et la sortie basse pression 51 communiquent toutes deux avec la partie basse pression 47 de l'échangeur de chaleur interne 45.
En mode dit 'refroidissement', l'échangeur de chaleur interne 45 est traversé par 30 le fluide réfrigérant et joue ainsi un rôle d'amélioration du rendement de la boucle de climatisation 1.
La figure 5 une vue schématique de la boucle de climatisation 1 fonctionnant en mode dit `chauffage'.
Dans cette configuration, l'échangeur de chaleur interne 45 est représenté à titre optionnel, la boucle de climatisation 1 selon l'invention pouvant fonctionner sans échangeur de chaleur interne.
Selon le mode dit 'chauffage' présenté à la figure 5, le fluide réfrigérant est mis en mouvement par le compresseur 2. Le premier organe d'arrêt 15 est en position de fermeture interdisant la circulation ou permettant une faible circulation du fluide réfrigérant au travers de la conduite de circulation 44 et autorisant la circulation du fluide réfrigérant au travers de l'échangeur de chaleur intérieur 5. La conduite de circulation 44 est représentée en pointillé pour illustrer l'absence de circulation ou la faible circulation de fluide réfrigérant.
Le fluide réfrigérant circule donc en direction de l'échangeur de chaleur intérieur 5. Un échange thermique se crée alors entre le flux d'air intérieur 31 et le fluide réfrigérant circulant dans l'échangeur de chaleur intérieur 5. Le fluide réfrigérant est ensuite détendu à l'aide du premier dispositif de détente 10, la pression du fluide réfrigérant en aval du premier dispositif de détente 10 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant étant inférieure à la pression du fluide réfrigérant en amont du premier dispositif de détente 10.
Par suite, le fluide réfrigérant passe au travers de l'échangeur de chaleur extérieur 11 pour pénétrer dans le dispositif de réception 16 par l'intermédiaire de l'entrée 17. Dans le mode dit 'chauffage', le deuxième organe d'arrêt 30 est en position d'ouverture autorisant la circulation du fluide réfrigérant dans le dispositif de contournement 28.
Le fluide réfrigérant en phase gazeuse est capté par la deuxième sortie 19 du dispositif de réception 16 au moyen du tube d'extraction 38. Le fluide réfrigérant circule alors directement vers l'entrée 3 du compresseur 2 et contourne ainsi le deuxième dispositif de détente 21 et l'évaporateur 24.
L'absence de circulation du fluide réfrigérant au travers du deuxième dispositif de détente 21 et au travers de l'évaporateur 24 est illustrée sur la figure 5 par des pointillés.
On notera tout particulièrement que l'échangeur de chaleur interne 45 est lui aussi contourné grâce à l'autorisation de circulation de fluide réfrigérant dans le dispositif de contournement 28. On constate donc que l'échangeur de chaleur interne 45 est inactif, ce qui élimine l'impact négatif qu'il procure quand ce dernier est traversé par un fluide réfrigérant en mode dit 'chauffage'.
Alternativement, une circulation de fluide réfrigérant plus ou moins importante au travers du deuxième dispositif de détente 21 et au travers de l'évaporateur 24 peut également se produire afin d'assurer un mode additionnel de fonctionnement, tel que le mode dit 'mixte' ou 'déshumidifcation'.
La figure 6 une vue schématique de la boucle de climatisation 1 selon une deuxième variante de l'invention. Dans cet exemple, la boucle de climatisation 1 est illustrée en mode dit 'chauffage'. Pour les éléments identiques, on se reportera à la description des figures précédentes.
Selon cette variante de réalisation, l'échangeur de chaleur intérieur 5 est remplacé par un échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53 agencé dans la boucle de climatisation 1. L'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53 est également agencé dans un circuit secondaire 52 dans lequel circule un fluide caloporteur. Le circuit secondaire 52 comporte également un aérotherme 54 monté dans l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 9.
Selon la deuxième variante de l'invention présentée sur la figure 6, la boucle de climatisation 1 comporte donc un circuit de fluide réfrigérant et un circuit secondaire 52 de fluide caloporteur en interaction mutuellement par l'intermédiaire de l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53.
L'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53 permet d'assurer un échange de chaleur entre le circuit de fluide réfrigérant et le circuit secondaire 52. Le circuit secondaire 52 assure donc une fonction de transport de chaleur échangée avec le circuit de fluide réfrigérant dans l'échangeur de chaleur intérieur 53 vers l'aérotherme 54.
Avantageusement, le fluide caloporteur est, par exemple, de l'eau additionnée de 10 glycol.
L'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53 présente un premier circuit de fluide réfrigérant 55 qui échange de la chaleur avec un deuxième circuit de fluide caloporteur 56. Le deuxième circuit de fluide caloporteur 56 communique avec l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53 par l'intermédiaire d'une entrée 60 et une sortie 61.
20 Un moyen de mise en circulation 57, en particulier une pompe 57, est mise en communication fluidique avec le deuxième circuit de fluide caloporteur 56 de l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53 par l'intermédiaire d'une conduite de circulation. Le moyen de mise en circulation 57 met en mouvement le fluide caloporteur à l'intérieur du circuit secondaire 52 de sorte à transporter la 25 chaleur échangée dans l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53 vers l'aérotherme 54.
L'aérotherme 54 comprend un entrée 58 raccordée à une sortie du moyen de mise en circulation 57. L'aérotherme 54 comprend une sortie 59 connectée à 30 l'entrée 60 du deuxième circuit de fluide caloporteur 56 de l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53. 15 Quand la boucle de climatisation 1 fonctionne en mode dit 'chauffage', le fluide réfrigérant traversant le premier circuit de fluide réfrigérant 55 de l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53 échange de la chaleur avec deuxième circuit de fluide caloporteur 56 de l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53. Le moyen de mise en circulation 57 fait circuler le fluide caloporteur vers l'aérotherme 53 qui permet un échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le flux d'air intérieur 31 qui traverse l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 9.
En mode dit 'refroidissement', le moyen de mise en circulation 57 est mis à l'arrêt afin d'éviter toute circulation de fluide caloporteur dans l'aérotherme 53.
La deuxième variante de l'invention présentée à la figure 6 est une configuration dite 'indirecte' puisque le flux d'air intérieur 31 échange indirectement de la chaleur avec le circuit de fluide réfrigérant de la boucle de climatisation 1 par l'intermédiaire du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire 52.
Les configurations présentées aux figures 1 et 3 à 5 sont dites 'directes' puisque la boucle de climatisation 1 échange de la chaleur directement avec le flux d'air intérieur 31 par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur intérieur 5
La deuxième variante de l'invention présentée à la figure 6 dite 'indirecte' évite la localisation d'un composant soumis à la haute pression dans l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 9. Bien que présenté en mode dit 'chauffage' selon la figure 6, la configuration dite 'indirecte' est également compatible avec le mode dit 'refroidissement' tel que présenté aux figures 3 ou 4.
30 La boucle de climatisation 1 tire avantage de l'emploi d'un même composant, i.e le dispositif de réception 16, qui prend la fonction d'une bouteille de stockage quand la boucle de climatisation fonctionne en mode dit 'refroidissement' et prend25 la fonction de séparation et d'accumulation d'un accumulateur quand la boucle de climatisation fonctionne en mode dit 'chauffage'.
Selon une alternative de réalisation, il est envisageable que le moyen de contournement 6 et le dispositif de contournement 28 peuvent être agencés de façon à permettre une circulation du fluide réfrigérant dans l'évaporateur 24 et le échangeur de chaleur intérieur 5 ou l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur 53 afin d'assurer le mode `déshumidification'.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de réalisation décrits précédemment.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Boucle de climatisation (1) comprenant un circuit de fluide réfrigérant comportant au moins un compresseur (2), un échangeur de chaleur extérieur (11), un échangeur de chaleur intérieur (5) ou un échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur (53), un dispositif de réception (16) du fluide réfrigérant, un organe de détente (21) et un évaporateur (24), caractérisée en ce que le dispositif de réception (16) comprend une entrée (17) raccordée à l'échangeur de chaleur extérieur (11), une première sortie (18) raccordée à l'organe de détente (21) et une deuxième sortie (19) raccordée à un dispositif de contournement (28) de l'évaporateur (24).
  2. 2. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de contournement (28) comprend une conduite de circulation (29) 15 raccordée à un une entrée (3) du compresseur (2).
  3. 3. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un organe d'arrêt (30) commande la circulation de fluide réfrigérant dans le dispositif de contournement (28).
  4. 4. Boucle de climatisation (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la boucle de climatisation (1) comprend un moyen de contournement (6) de l'échangeur de chaleur intérieur (5) ou un échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur (53).
  5. 5. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un organe d'arrêt (15) commande la circulation de fluide réfrigérant dans le moyen de contournement (6) de l'échangeur de chaleur intérieur (5) ou de l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur (53).
  6. 6. Boucle de climatisation (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la boucle de climatisation (1) est configurée selon un mode dit 'chauffage' 22 20 25 30dans lequel le fluide réfrigérant circule successivement dans le compresseur (2), l'échangeur de chaleur intérieur (5) ou l'échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur (53), un dispositif de détente (10), l'échangeur de chaleur extérieur (11), l'entrée (17) du dispositif de réception (16), la deuxième sortie (19) du dispositif de réception (16) et le dispositif de contournement (28) avant de retourner dans le compresseur (2).
  7. 7. Boucle de climatisation (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la boucle de climatisation (1) est configurée selon un mode dit `refroidissement' dans lequel le fluide réfrigérant circule successivement dans le compresseur (2), le moyen de contournement (6), l'échangeur de chaleur extérieur (11), l'entrée (17) du dispositif de réception (16), la première sortie (18) du dispositif de réception (16), l'organe de détente (21) et l'évaporateur (24) avant de retourner dans le compresseur (2).
  8. 8. Boucle de climatisation (1) selon l'une des revendication précédentes, caractérisée en ce qu'une première sortie (22) de l'organe de détente (21) est raccordée à une entrée (23) de l'évaporateur (24) et une sortie (25) de l'évaporateur (24) est raccordée à une deuxième entrée (26) de l'organe de détente (21).
  9. 9. Boucle de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la boucle de climatisation (1) comporte un échangeur de chaleur interne (45) comprenant un circuit haute pression (46) échangeant de la chaleur avec un circuit basse pression (47), le circuit haute pression (46) étant installé entre la première sortie (18) du dispositif de réception (16) et l'organe de détente (21) et le circuit basse pression (47) étant installé entre l'évaporateur (24) et le compresseur (2).
  10. 10. Boucle de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe de détente (21) est à contrôle thermostatique.
  11. 11. Boucle de climatisation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la boucle de climatisation (1) comporte un circuit secondaire (52) de fluide caloporteur en interaction avec le circuit de fluide réfrigérant par l'intermédiaire d'un échangeur fluide réfrigérant/fluide caloporteur (53).
  12. 12. Boucle de climatisation (1) selon la revendication Il, caractérisée en ce que le circuit secondaire (52) comprend un aérotherme (53) et une pompe (57). 10
  13. 13. Boucle de climatisation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de réception (16) comprend une paroi (32) délimitant un volume interne (33) définissant un espace de séparation (43) du fluide réfrigérant et un espace de stockage (44) du fluide réfrigérant, l'entrée (17) 15 et la seconde sortie (19) du dispositif de réception (16) débouchant dans l'espace de séparation (43a) et la première sortie (18) dispositif de réception (16) débouchant dans l'espace de stockage (43b).
  14. 14. Boucle de climatisation (1) selon la revendication 13, caractérisée en ce que le 20 dispositif de réception (16) comporte un tube d'extraction (38) comprenant une première partie (39) raccordée à la seconde sortie (19) du dispositif de réception (16), une seconde partie (41) comprenant une extrémité (42) débouchant dans l'espace de séparation (43a) et une portion de liaison (40) reliant la première partie (39) et la seconde partie (41) du tube d'extraction (38) et s'étendant dans 25 l'espace de stockage (43b).
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