FR2974886A1 - Installation de chauffage et de climatisation - Google Patents
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Abstract
Installation de chauffage et de climatisation (IC) pour le chauffage ou le refroidissement d'un air intérieur par échange thermique, ladite installation (IC) comprenant un compresseur (CP) propre à chauffer et pressuriser un fluide frigorigène, le fluide frigorigène pouvant être dirigé à travers un circuit fermé comprenant un ensemble de canalisations, soit en direction d'un condenseur interne (CDI) en mode chauffage, soit en direction d'un évaporateur interne (EI) en mode climatisation, ladite installation présentant en outre un échangeur externe (EE) destiné à réchauffer le fluide frigorigène détendu par un détendeur externe (DTE) en mode chauffage ou à refroidir le fluide frigorigène avant sa détente par un détendeur interne (DTI) en mode climatisation, remarquable en ce qu'elle est configurée pour présenter un mode mixte de fonctionnement dans lequel le fluide frigorigène en provenance du condenseur interne (CDI) est distribué de manière proportionnelle entre l'échangeur externe (EE) et l'évaporateur interne (EI) en vue d'un assèchement de l'air intérieur, ladite installation présentant en outre des moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (EI).
Description
INSTALLATION DE CHAUFFAGE ET DE CLIMATISATION
L'invention s'inscrit dans le domaine des installations de chauffage et de climatisation 5 destinées à être installées dans des bâtiments ou dans des véhicules par exemple de type automobile.
De manière connue, les installations de chauffage et de climatisation comportent notamment : 10 - un compresseur propre, en mode chauffage, à contribuer au chauffage d'un air intérieur par échange avec le fluide frigorigène, - un condenseur interne qui est propre, en mode chauffage, à contribuer au chauffage d'un air dit intérieur par échange avec le fluide frigorigène qui est issu du compresseur, 15 - un détendeur externe qui est propre, en mode chauffage, à refroidir et dépressuriser le fluide frigorigène, - un échangeur externe qui est propre, en mode chauffage, à réchauffer le fluide frigorigène, qui est issu du détendeur externe, par échange avec un air dit extérieur, pour alimenter le compresseur, et 20 - un évaporateur interne qui est propre, en mode climatisation, à refroidir l'air intérieur par échange avec le fluide frigorigène.
On entend ici par « externe » un équipement qui intervient dans le processus d'échange de calories avec l'air extérieur (comme par exemple un échangeur externe 25 ou un détendeur externe alimentant un échangeur externe), et par « interne » un équipement qui intervient dans le processus d'échange de calories avec l'air intérieur comme par exemple un condenseur interne ou un évaporateur interne ou encore un détendeur interne alimentant un évaporateur interne).
30 Dans certaines applications où l'énergie dont dispose un système qui comprend une installation de type précité n'est pas très importante ou ne peut être renouvelée que lors d'un rechargement de batterie, les puissances de chauffage et de réfrigération de l'installation sont généralement peu élevées. C'est par exemple le cas dans un véhicule de type tout électrique ou hybride. Par conséquent, lorsque la température extérieure est très basse, l'installation n'est pas en mesure de réchauffer suffisamment l'air intérieur, et lorsque la température extérieure est très élevée, l'installation n'est pas en mesure de refroidir suffisamment l'air intérieur Par ailleurs, la température n'est pas la seule caractéristique issue des conditions climatiques que l'on souhaite généralement réguler au moyen d'une installation de climatisation ou de chauffage. Ainsi, le degré d'hygrométrie de l'air intérieur est un des paramètres sur lequel il est souhaitable de pouvoir agir. En effet, et en particulier dans le cadre d'une application à un véhicule, la maîtrise de cette hygrométrie permet de mieux gérer les phénomènes d'apparition de buée sur la surface interne des vitres lorsque le chauffage est enclenché. Il est connu que l'air chaud est susceptible de contenir plus de vapeur d'eau que l'air froid. A proximité d'une surface froide comme le sont les vitres d'un véhicule au démarrage, une partie de l'eau contenue dans l'air chaud soufflé à des fins de chauffage de l'habitacle va se condenser en fines gouttelettes qui se déposent créant de la buée. Ce phénomène de buée réduit la visibilité du conducteur et nuit au confort des passagers. On notera par ailleurs, qu'un air trop sec peut engendrer un certain inconfort au niveau des passagers, notamment s'ils sont porteurs de lentilles de contact. C'est pourquoi, il existe un besoin pour des systèmes permettant de pouvoir ou non assécher l'air intérieur selon les besoins.
D'autre part, dans les installations précitées, lorsque la température de l'air extérieur est négative ou située au voisinage de zéro degré centigrade, le contact entre l'air extérieur et le fluide frigorigène partiellement refroidi, qui est issu du condenseur interne et qui circule dans l'évaporateur externe, provoque fréquemment le givrage de ce dernier, ce qui nuit à son fonctionnement et rend donc l'installation moins performante. Certes, plusieurs solutions ont étés proposées pour améliorer la situation, notamment dans les documents brevet FR2525330, GB988874 et US5586448. Mais aucune d'entre elles ne s'avère réellement satisfaisante en raison de la nécessité de modifier fortement l'évaporateur externe et éventuellement d'adjoindre un dispositif de chauffage électrique additionnel et/ou d'une inadaptation aux situations dans lesquelles le fluide caloporteur est inexistant ou énergiquement indisponible en mode chauffage, comme c'est notamment le cas dans les véhicules dits « tout électrique » ou « hybride » ou dans les bâtiments et/ou d'une mise en oeuvre très difficile dans un véhicule automobile.
L'invention a pour objectif de palier les inconvénients rencontrés dans l'art antérieur en proposant un nouveau dispositif de chauffage et de climatisation permettant d'accroitre les performances d'assèchement d'un air dit intérieur, lorsque le besoin d'assécher ledit air se fait sentir. Un autre objectif de l'invention est d'accroître les performances en termes de chauffage et de climatisation en cas de températures élevées sans pour autant consommer plus d'énergie.
A cet effet, l'invention a pour objet une installation de chauffage et de climatisation pour le chauffage ou le refroidissement d'un air intérieur par échange thermique, ladite installation comprenant un compresseur propre à chauffer et pressuriser un fluide frigorigène, le fluide frigorigène pouvant être dirigé à travers un circuit fermé comprenant un ensemble de canalisations (et éventuellement de vannes), soit en direction d'un condenseur interne en mode chauffage, soit en direction d'un évaporateur interne en mode climatisation, ladite installation présentant en outre un échangeur externe destiné à réchauffer le fluide frigorigène détendu par un détendeur externe en mode chauffage ou à refroidir le fluide frigorigène avant sa détente par un détendeur interne en mode climatisation, remarquable en ce que ladite installation est configurée pour présenter également un mode mixte de fonctionnement dans lequel le fluide frigorigène en provenance du condenseur interne est distribué de manière proportionnelle entre l'échangeur externe et l'évaporateur interne en vue d'un assèchement de l'air intérieur, ladite installation présentant en outre des moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne.
De préférence, lesdits moyens de régulation sont configurés pour définir ou faire varier ladite proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne en fonction de la température de l'air extérieur.
De préférence encore, l'installation présente en outre un sous refroidisseur, ladite installation étant configurée pour : qu'en mode chauffage, le sous refroidisseur refroidisse le fluide frigorigène issu du condenseur interne, ledit fluide frigorigène en sortie du sous refroidisseur étant ensuite dirigé vers le détendeur externe et l'échangeur externe, et pour qu'en mode mixte, le sous refroidisseur refroidisse le fluide frigorigène issu du condenseur interne, ledit fluide frigorigène en sortie du sous refroidisseur étant ensuite dirigé en partie vers le détendeur externe et l'échangeur externe et en partie vers le détendeur interne et l'évaporateur interne, et pour qu'en mode climatisation, le sous refroidisseur refroidisse le fluide frigorigène issu de l'échangeur externe, le fluide frigorigène en sortie du sous refroidisseur étant dirigé vers le détendeur interne et l'évaporateur interne.
Avantageusement, l'installation selon l'invention comprend un réservoir de déshydratation en amont d'une entrée qui alimente ledit sous refroidisseur en fluide frigorigène.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne comprennent une vanne proportionnelle à trois voies permettant la connexion entre le compresseur et l'évaporateur interne, et/ou l'échangeur externe. A cet effet elle présente une première entrée couplée à la sortie de l'évaporateur interne, une seconde entrée couplée à la première entrée/sortie dudit échangeur externe, et une sortie couplée à l'entrée du compresseur.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, elle comprend une vanne à trois voies permettant la connexion entre le compresseur et l'évaporateur interne, et/ou l'échangeur externe. A cet effet elle présente une première entrée couplée à la sortie de l'évaporateur interne, une seconde entrée couplée à la première entrée/sortie dudit échangeur externe, et une sortie couplée à l'entrée du compresseur. Ladite vanne à trois voies est donc située (sur le circuit) en amont dudit compresseur.
Préférentiellement, les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne comprennent au moins une vanne proportionnelle à deux voies placée sur une canalisation entre ladite vanne à trois voies en amont du compresseur, et l'évaporateur interne et/ou l'échangeur externe (c'est-à-dire sur la partie basse pression du circuit).
De manière complémentaire ou alternative, les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne comprennent au moins une vanne proportionnelle à deux voies placée en amont du détendeur externe et/ou du détendeur interne (soit sur la partie haute pression du circuit), la ou lesdites vannes proportionnelles étant placées sur des canalisations situées après un embranchement pour la distribution du fluide frigorigène entre l'échangeur externe et l'évaporateur interne.
Ainsi par exemple, les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne peuvent comprendre deux vannes proportionnelles à deux voies, une vanne proportionnelle placée sur une canalisation entre ladite vanne à trois voies en amont du compresseur et l'évaporateur interne (sur la partie basse pression du circuit) et une vanne proportionnelle à deux voies placée en amont du détendeur externe sur une canalisation après l'embranchement pour la distribution du fluide frigorigène entre l'échangeur externe et l'évaporateur interne (sur la partie haute pression du circuit).
Ou selon un autre exemple, les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne comprennent deux vannes proportionnelles à deux voies, une vanne proportionnelle placée sur une canalisation entre ladite vanne à trois voies en amont du compresseur et l'échangeur externe (sur la partie basse pression du circuit) et une vanne proportionnelle à deux voies placée en amont du détendeur interne sur une canalisation après un embranchement pour la distribution du fluide frigorigène entre l'échangeur externe et l'évaporateur interne (sur la partie haute pression du circuit).
Eventuellement, les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne comprennent une vanne proportionnelle à trois voies faire la connexion entre le sous refroidisseur et le détendeur externe, et/ou le détendeur interne. A cet effet elle présente une entrée couplée à la sortie du sous refroidisseur, une première sortie couplée à l'entrée du détendeur externe et une seconde sortie couplée à l'entrée du détendeur interne, (soit sur la partie haute pression du circuit).
Selon encore un autre exemple de réalisation, les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne comprennent des moyens de réglage du débit de fluide frigorigène passant respectivement au travers des détendeurs interne et externe.
De manière avantageuse, ledit sous refroidisseur est contigu avec ledit échangeur externe afin de constituer pour ce dernier une source de chaleur propre à réduire la probabilité qu'il se recouvre de givre en présence d'un air extérieur présentant une température basse. 15 Préférentiellement, ledit échangeur externe est une pompe à chaleur propre à fonctionner en tant qu'évaporateur en mode chauffage ou en mode mixte et en tant que condenseur dans le mode climatisation.
20 Optionnellement, le condenseur interne est dimensionné de manière à, dans les modes chauffage et mixte, condenser ledit fluide frigorigène issu du compresseur de sorte qu'il sorte soit sensiblement intégralement en phase liquide à sa sortie dudit condenseur
25 Avantageusement, l'installation comprend en outre : - une vanne de type trois voies et permettant de faire la connexion entre le compresseur et le compresseur interne et/ou l'échangeur externe, et présentant à cet effet une entrée couplée à la sortie dudit compresseur et une première sortie couplée à l'entrée dudit compresseur interne et une 30 seconde sortie couplée à une première entrée/sortie dudit échangeur externe ; et/ou - une vanne de type trois voies permettant de faire la connexion entre le condenseur interne et le sous refroidisseur, et/ou l'échangeur externe, et présentant à cet effet une entrée couplée à la sortie dudit 10 condenseur interne et une première sortie couplée à l'entrée dudit sous refroidisseur et une seconde sortie couplée à une première entrée/sortie dudit échangeur externe ; et/ou une vanne de type trois voies permettant de faire la connexion entre l'échangeur externe et le sous refroidisseur et/ou le détendeur externe, et présentant à cet effet une entrée/sortie couplée une seconde entrée/sortie dudit échangeur externe et une sortie couplée à l'entrée dudit sous refroidisseur et une entrée couplée à une sortie dudit détendeur externe.
L'invention a également pour objet un véhicule remarquable en ce qu'il comprend une installation de chauffage et de climatisation telle que définie plus haut.
On aura compris à la lecture de la définition qui vient d'en être donnée que la mise 15 en oeuvre de l'invention consiste dans un premier temps à prévoir des moyens pour déshumidifier l'air soufflé à l'intérieur du véhicule ou du bâtiment auquel est associée l'installation de chauffage et de climatisation. Pour ce faire, l'invention utilise de manière concomitante les boucles de chauffage et de refroidissement de ladite installation dans un mode de fonctionnement mixte. La boucle de refroidissement est 20 utilisée dans le but de condenser l'humidité en provenance de l'air extérieur, et la boucle de chauffage est utilisée pour chauffer l'air intérieur de sorte à compenser voir annuler les effets du refroidissement de l'air effectué en vue de sa déshumidification. Il en résulte une possibilité de souffler un air plus ou moins chaud et asséché. L'invention est remarquable en ce qu'elle présente des moyens de régulation de la 25 puissance de l'évaporateur interne de la boucle de réfrigération qui permettent d'obtenir la juste puissance de refroidissement permettant d'assécher l'air sans générer d'apparition de givre sur cet évaporateur qui nuirait à ses performances. Pour ce faire, l'invention distribue, de manière proportionnelle et selon des proportions qui peuvent varier en fonction des besoins le fluide frigorigène entre les 30 boucles de chauffage (donc en direction de l'échangeur externe) et de refroidissement (donc en direction de l'évaporateur interne). Un exemple de paramètre pouvant être utilisé pour faire varier la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne est la température extérieure. L'invention consiste à activer le mode climatisation (ou réfrigération) d'une installation de chauffage et de 10 climatisation, selon une puissance que l'on peut faire varier, en même temps que le mode chauffage de cette même installation afin de pouvoir assécher et chauffer l'air intérieur d'un bâtiment ou d'un véhicule. Selon l'invention, la proportion du fluide frigorigène allouée au mode de climatisation est inversement proportionnelle à celle allouée au mode chauffage.
Par ailleurs la mise en oeuvre de l'invention consiste à utiliser un sous-refroidisseur dans ladite installation. Ce sous-refroidisseur intervient à la fois dans les boucles de chauffage et de climatisation pour permettre d'accroître la puissance de l'installation.
C'est-à-dire qu'il va permettre en cas de températures extérieures très basses ou très élevées, d'augmenter la puissance maximale de chauffage et de refroidissement de l'installation afin de réchauffer ou refroidir l'air intérieur de manière satisfaisante. On notera toutefois qu'en mode mixte le sous refroidisseur vient en support de la boucle de chauffage afin d'accroître la puissance de chauffage. Ainsi la puissance de chauffage de l'air intérieur en mode mixte reste performante quand bien même une partie du fluide frigorigène est détourné en direction de l'évaporateur interne.
On notera que la simple mise en oeuvre d'une vanne à trois voies proportionnelle dans un circuit de refroidissement automobile est déjà connu. Ainsi, le document US6321552 décrit un système de récupération d'énergie thermique perdue du moteur à combustion. Ce système comprend une vanne à trois voies utilisable pour diriger le fluide vers l'un ou l'autre échangeur thermique, les deux dans la proportion désirée. Néanmoins, ce partage de fluide frigorigène ne permet pas d'obtenir comme dans l'invention à la fois un chauffage et un assèchement de l'air, ni de pouvoir régler la puissance d'un évaporateur en vue d'éviter la formation de givre.
De même le document FR2911092 décrit un système de gestion thermique pour véhicule hybride présentant une vanne à trois voies proportionnelle permettant de partager le fluide frigorigène entre le récupérateur thermique et l'échangeur air/liquide. Néanmoins, un tel document n'enseigne pas de dispositif de régulation de la puissance de refroidissement d'un évaporateur interne permettant d'assécher l'air entrant dans le climatiseur sans générer de givre sur ledit évaporateur.
L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront clairement au vu de la description qui suit donnée à titre d'exemple en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un premier exemple de réalisation d'une installation de chauffage et de climatisation selon l'invention dans le mode chauffage ; - la figure 2 illustre schématiquement et fonctionnellement l'installation de chauffage et de climatisation de la figure 1 dans le mode climatisation ; - la figure 3 illustre schématiquement et fonctionnellement l'installation de chauffage et de climatisation de la figure 1 dans le mode mixte ; - la figure 4 illustre schématiquement et fonctionnellement un premier exemple de réalisation d'une installation de chauffage et de climatisation selon l'invention dans le mode chauffage ; - la figure 5 illustre schématiquement et fonctionnellement l'installation de chauffage et de climatisation de la figure 4 dans le mode climatisation ; - la figure 6 illustre schématiquement et fonctionnellement l'installation de chauffage et de climatisation de la figure 4 dans le mode mixte.
L'invention a pour but de proposer une installation de chauffage et de climatisation (IC) de type pompe à chaleur réversible.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif que l'installation de chauffage et de climatisation (IC) fait partie d'un véhicule, par exemple d'un véhicule automobile de type « tout électrique » (figures 4 à 6) ou « hybride » (figures 1 à 3).
Néanmoins, l'invention n'est pas limitée à cette application et peut concerner toute type d'installation de chauffage et de climatisation, y compris dans des bâtiments (figures 4 à 6).
Comme nous allons le voir en détail, l'installation de chauffage et de climatisation selon l'invention est destinée à fonctionner selon un mode chauffage, un mode climatisation et un mode mixte permettant d'assécher l'air dit intérieur.
Dans l'exemple illustré aux figures 1 à 3, le condenseur interne (CDI) est de type gaz/liquide, il est donc chargé de réchauffer un fluide caloporteur, qui circule dans certains de ces conduits ou entre certaines parties de ses plaques empilées et qui est issu d'un circuit de refroidissement, par échange avec le fluide frigorigène (gaz chaud et pressurisé) qui circule dans certains autres de ses conduits ou entre certaines autres parties de ses plaques empilées. Ce fluide caloporteur réchauffé alimente, via une pompe (PE), un aérotherme (AR) qui est chargé, au moins en mode chauffage, de chauffer l'air intérieur qui le traverse par échange avec le fluide caloporteur réchauffé. Le fluide caloporteur qui sort de l'aérotherme (AR) alimente la portion de circuit de refroidissement qui traverse le moteur (MR) et qui alimente le condenseur interne (CDI). On entend ici par « aérotherme » un échangeur de chaleur de type air/liquide. On notera que l'aérotherme peut éventuellement faire partie de l'installation selon l'invention.
Dans l'exemple illustré aux figures 4 à 6, le condenseur interne (CDI) est de type gaz/air. Il est donc chargé de chauffer l'air intérieur qui le traverse par échange avec le fluide frigorigène (gaz chaud et pressurisé) qui circule dans ces conduits ou entre ses plaques empilées.
On se référera en premier lieu aux figures 1 et 4 illustrant le fonctionnement de l'installation en mode chauffage. Comme on peut le voir, le fluide frigorigène est compressé et chauffé par le compresseur (CP) puis dirigé, via une vanne à trois voies (V1), vers le condenseur interne (CDI). Dans le condenseur interne (CDI), un échange de calories entre l'air intérieur et le fluide frigorigène va permettre de réchauffer l'air intérieur (figure 4) ou de contribuer à son réchauffement (figure 1). Le fluide frigorigène est bien entendu refroidit par cet échange thermique si bien qu'il va revenir en phase liquide. De préférence, le condenseur interne (CDI) est dimensionné de telle sorte à ce que le fluide frigorigène qui se trouve en phase gazeuse à son entrée est sensiblement intégralement en phase liquide à sa sortie. Le condenseur interne (CDI) a alors permis d'effectuer un échange optimal de calories entre le fluide frigorigène et l'air intérieur.
Le fluide frigorigène issu du condenseur interne (CDI) est alors dirigé vers le sous refroidisseur (SR), via une vanne à trois voies (V2), où il est soumis à une étape de refroidissement par échange thermique avec l'air extérieur mais également avec le fluide frigorigène présent dans l'échangeur externe (EE) qui y est contigu. Il est ensuite dirigé vers le détendeur externe (DTE) qui le dépressurise ce qui le refroidit encore. Le fluide frigorigène est alors dirigé vers l'échangeur externe (EE), via une vanne à trois voies (V3), où il va se réchauffer en captant des calories en provenance de l'air extérieur (lui-même froid) et en provenance du fluide frigorigène chaud présent dans le sous refroidisseur (SR). Il est ensuite dirigé, via une vanne à trois voies (V4), vers le compresseur (CP) bouclant ainsi le circuit de chauffage. On notera que lorsque l'installation (IC) est en mode chauffage, l'échangeur externe (EE) fonctionne comme un évaporateur et est chargé de réchauffer le fluide frigorigène par absorption de calories. Il délivre alors en sortie un fluide frigorigène, en phase gazeuse et légèrement réchauffé.
On aura compris que l'étape de détente fait perdre des calories au fluide frigorigène. La présence d'un sous refroidisseur (SR) disposé de manière contiguë à l'échangeur externe (EE) permet de transmettre une partie des calories présentées par le fluide frigorigène avant sa détente et présent dans le sous refroidisseur (SR) au fluide frigorigène présent dans l'échangeur externe (EE) et qui a été détendu et refroidi par son passage dans le détendeur externe (DTE). Le sous-refroidisseur (SR) va donc permettre de conserver dans le circuit chauffage une partie de la chaleur qui aurait autrement été perdue par le passage du fluide frigorigène dans le détendeur externe (DTE). Les calories du fluide frigorigène transférées depuis le sous refroidisseur (SR) à l'échangeur externe (EE) vont ainsi contourner le détendeur externe (DTE). Ainsi, le fluide frigorigène, en phase gazeuse en sortie de l'échangeur externe (EE), a été réchauffé de manière optimale et a pu récupérer une partie des calories qu'il contenait avant sa détente. On comprend donc comment, grâce à cet agencement particulier de dimensionnement du condenseur interne (CDI) et de présence d'un sous-refroidisseur (SR), l'installation (IC) peut disposer en mode chauffage d'une puissance maximale de chauffage adaptée aux grands froids, sans pour autant consommer plus d'énergie.
On notera que le détendeur externe (DTE) peut disposer d'un réglage thermostatique propre qui permet de régler la surchauffe du fluide réfrigérant en sortie de l'échangeur externe (EE), afin qu'il sorte systématiquement dans une phase gazeuse.
On se réfère maintenant aux figures 2 et 5 illustrant le fonctionnement de l'installation en mode climatisation. Ici, le fluide frigorigène est compressé et réchauffé par le compresseur (CP) puis dirigé, via la vanne à trois voies (V1), vers l'échangeur externe (EE) où il est refroidi par transfert thermique avec l'air extérieur d'une part mais également avec le sous refroidisseur (SR) qui y est contigu. On notera au passage que lorsque l'installation (IC) est en mode climatisation, l'échangeur externe (EE) fonctionne comme un condenseur et est chargé de refroidir le fluide frigorigène par transfert de calories. Il délivre alors en sortie un fluide frigorigène, en phase liquide et partiellement refroidi. Le fluide frigorigène est ensuite dirigé vers le sous refroidisseur (SR), via une vanne à trois voies (V3), où il est soumis à une deuxième étape de refroidissement par passage par échange thermique avec l'air extérieur. Ensuite, le fluide frigorigène est dirigé vers le détendeur interne (DTI) où il est détendu et donc refroidit à nouveau.
Le fait d'alimenter le détendeur interne (DTI) avec un fluide frigorigène sous refroidi permet d'atteindre des températures plus basses en sortie dudit détendeur interne (DTI), et donc d'accroître la capacité de refroidissement de l'évaporateur interne (El) vers lequel il est ensuite dirigé. En effet, l'évaporateur interne (El) va capter les calories en provenance de l'air intérieur par échange thermique avec le fluide frigorigène ce qui aura pour effet de refroidir ledit air intérieur. Il est ensuite dirigé, via une vanne à trois voies (V4), vers le compresseur (CP) bouclant ainsi le circuit de refroidissement. On comprend donc aisément comment la mise en oeuvre d'un sous-refroidisseur (SR) permet à l'installation de disposer en mode climatisation d'une puissance maximale de refroidissement adaptée aux grandes chaleurs, sans pour autant consommer plus d'énergie.
On notera que le détendeur interne (DTI) peut disposer d'un réglage thermostatique propre qui permet de régler la surchauffe du fluide réfrigérant en sortie de l'évaporateur interne (El), afin qu'il sorte systématiquement dans une phase gazeuse.
L'invention présente également un mode de fonctionnement mixte dans lequel les boucles de réfrigération et de chauffage sont utilisées en même temps. Ce mode mixte permet à l'installation (IC), lorsqu'elle est utilisée pour chauffer l'air intérieur, d'assécher l'air en provenance de l'extérieur en lui permettant de condenser sur l'évaporateur interne (El) froid l'eau qu'il contient sous forme gazeuse. Les gouttelettes d'eau ainsi formées vont ensuite être évacuées par des moyens d'évacuation classiques connus de l'homme du métier et non décrits dans le présent mémoire. L'air asséché est ensuite réchauffé par le condenseur interne (CDI).
On se réfère donc à présent aux figures 3 et 6 illustrant le fonctionnement de l'installation en mode mixte. Le fluide frigorigène est compressé et chauffé par le compresseur (CP) puis dirigé, via une vanne à trois voies (V1), vers le condenseur interne (CDI). A la sortie du compresseur (CP), le fluide frigorigène va donc suivre la boucle de chauffage. Dans le condenseur interne (CDI), un échange de calories entre l'air entrant refroidit par l'évaporateur interne (El) va permettre de réchauffer l'air intérieur (figure 6) ou y contribuer (figure 3). Le fluide frigorigène est refroidit par cet échange thermique si bien qu'il va revenir en phase liquide. De préférence, le condenseur interne (CDI) est dimensionné de telle sorte à ce que le fluide frigorigène qui se trouve en phase gazeuse à son entrée est sensiblement intégralement en phase liquide à sa sortie.
Le fluide frigorigène issu du condenseur interne (CDI) est alors dirigé vers le sous refroidisseur (SR), via une vanne à trois voies (V2), où il est soumis à une étape de refroidissement par échange thermique avec l'air extérieur mais également avec le fluide frigorigène présent dans l'échangeur externe (EE) qui y est contigu. Il est ensuite dirigé via d'un embranchement en partie vers le détendeur externe (DTE) poursuivant sa course dans la boucle de chauffage et en partie vers le détendeur interne (DTI) entrant alors dans la boucle de refroidissement.
Poursuivant sa course dans la boucle de chauffage, une partie du fluide frigorigène est alors dépressurisé par le détendeur externe (DTE) qui le refroidit. Il est ensuite dirigé vers l'échangeur externe (EE), via la vanne à trois voies (V3) située en aval du détendeur externe (DTE), où il va se réchauffer en captant des calories en provenance de l'air extérieur et en provenance du fluide frigorigène chaud présent dans le sous refroidisseur (SR). Il est ensuite dirigé, via une vanne à trois voies (V4), vers le compresseur (CP) bouclant ainsi le cirucuit de chauffage.
En parallèle, l'autre partie du fluide frigorigène est dirigée vers le détendeur interne (DTI) qui le dépressurise ce qui le refroidit. Il est ensuite dirigé vers l'évaporateur interne (El). L'évaporateur interne (El) va assécher l'air entrant dans l'habitacle du véhicule (ou du bâtiment) en lui permettant de se condenser sur ses parois froides.
L'eau forme des gouttelettes qui ruissellent sur les parois de l'évaporateur interne (El) puis sont évacuées. Le fluide frigorigène est ensuite dirigé, via une vanne à trois voies (V4), vers le compresseur (CP) bouclant ainsi le circuit de refroidissement. On comprend donc comment le placement de l'évaporateur interne (El) en amont du condenseur interne (CDI) vis-à-vis du flux d'air extérieur permet d'assécher l'air entrant dans l'habitacle lorsque l'installation est en mode mixte et chauffe l'habitacle.
L'invention est remarquable en ce qu'elle présente des moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne. Ces moyens de régulation peuvent faire varier la proportionnalité de la distribution de fluide frigorigène entre les boucles de chauffage et de refroidissement selon différents paramètres, par exemple en fonction de la température de l'air extérieur. Ces moyens peuvent par exemple comprendre une ou plusieurs vannes proportionnelles disposées en amont du compresseur (CP) et permettant de faire varier la distribution du fluide frigorigène entre les boucles de chauffage de refroidissement. Ce système de vannes proportionnelles permet avantageusement de régler le débit de fluide frigorigène entrant dans l'évaporateur interne (El) et donc sa capacité de refroidissement. L'invention permet ainsi d'obtenir la juste puissance de refroidissement permettant d'assécher l'air entrant dans le climatiseur selon une puissance de refroidissement qui n'est pas trop importante de sorte à éviter que les gouttelettes se formant sur l'évaporateur ne givrent. L'invention est remarquable en ce qu'elle permet de moduler la puissance de refroidissement de l'évaporateur interne par exemple en fonction de la température l'air extérieur. Il est ainsi possible d'éviter la formation de givre qui nuirait aux performances dudit évaporateur interne (El). On notera que la détermination ou la variation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (El) peut être automatisée. Ainsi, de préférence, les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (El) sont configurés pour définir ou faire varier ladite proportion en fonction de la température de l'air extérieur.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, l'installation la vanne à trois voies (V4) placée en amont du compresseur est une vanne proportionnelle permettant de régler dans le flux de fluide frigorigène en direction du compresseur (CP) la proportion de fluide frigorigène en provenance de l'évaporateur interne. En faisant varier cette proportion, on fait varier le débit de fluide frigorigène traversant l'évaporateur interne (El) et par là la capacité de refroidissement dudit évaporateur interne (El).
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on place une vanne proportionnelle à trois voies (non représentée) comprenant une comprenant une entrée couplée à la sortie du sous refroidisseur (SR), une première sortie couplée à l'entrée du détendeur externe (DTE) et une seconde sortie couplée à l'entrée du détendeur interne (DTI).
Il est possible également dans le cadre de l'invention d'utiliser des vannes proportionnelles à deux voies. Il est ainsi possible de placer une vanne proportionnelle à deux voies (non représentée) sur une des canalisations de la boucle de chauffage et/ou de la boucle de refroidissement. L'installation présente donc une ou deux vannes à deux voies proportionnelles. Cette ou ces vannes sont placées avantageusement en amont de la vanne à trois voies (V4) après les détendeurs (DTI, DTE). Néanmoins, il est également possible de placer ces vannes proportionnelles avant les détendeurs (DTI, DTE). Il va sans dire que ces vannes sont situées sur le circuit après l'intersection permettant de distribuer le fluide frigorigène entre les deux boucles de chauffage et de refroidissement. Lorsque l'installation ne présente qu'une seule vanne proportionnelle à deux voies celle-ci est de préférence située sur la boucle de refroidissement.
D'autres moyens de régulation de la proportion du fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (El) sont envisageables par l'homme du métier. Ces moyens peuvent par exemple comprendre des moyens de réglage du débit de fluide frigorigène passant respectivement au travers des détendeurs interne (DTI) et externe (DTE). On aura compris que tout moyen connu pour régler distribuer proportionnellement le fluide frigorigène entre les boucles de chauffage et de refroidissement est envisageable par l'homme du métier.
On notera que le sous refroidisseur (SR) est de préférence contigu avec l'échangeur externe (EE). Par « contigu », on entend le fait d'être en contact de l'échangeur externe (EE), ou bien en voisinage de ce dernier, typiquement à quelques centimètres, ou encore imbriqué dans l'échangeur externe (EE).
Dans ce cas, le sous refroidisseur (SR) constitue en complément une source de chaleur pour l'échangeur externe (EE) contigu. On comprendra alors que cette source de chaleur est de nature à réduire la probabilité que l'échangeur externe (EE) givre en présence d'un air extérieur dont la température est basse, et à lui permettre de conserver une performance suffisante, ou bien à protéger la zone qui est potentiellement la plus froide en mode chauffage.
On entend ici par « réduire la possibilité de givrer » le fait de limiter autant que possible la création de givre au niveau de l'échangeur externe (EE) ou en arrière de ce dernier. Typiquement du givre ne pourra apparaître qu'en présence d'une température extérieure basse, d'une hygrométrie importante et d'une faible vitesse d'air extérieur. Il est important de noter que le réchauffement de l'échangeur externe (EE) peut se faire par conduction thermique, en cas d'imbrication ou de contact physique avec le sous refroidisseur (SR), et/ou par le biais de l'air extérieur qui a été réchauffé lors de son passage au travers du sous refroidisseur (SR) (ce qui nécessite que le sous refroidisseur (SR) soit placé en amont de l'échangeur externe (EE) vis-à-vis du flux d'air extérieur, comme illustré) On notera que lorsque le sous-refroidisseur (SR) et l'échangeur externe (EE) sont contigus, ils peuvent constituer deux sous-parties contiguës (éventuellement imbriquées) d'un même échangeur de chaleur ou bien deux échangeurs indépendants et contigus. L'échangeur externe (EE) intervient à la fois dans la boucle de chauffage et dans la boucle de réfrigération de l'installation. Il s'agit par exemple d'une pompe à chaleur réversible.
On notera également qu'il est préférable de prévoir en amont de l'entrée du sous refroidisseur (SR) un réservoir de déshydratation (RD). Ce réservoir de déshydratation (RD) est destiné à garantir que le fluide frigorigène qui parvient dans le sous-refroidisseur (SR) est exclusivement en phase liquide. En outre, il peut également assurer une fonction de filtration et/ou une fonction de réservoir et/ou une fonction de séparation des phases gazeuse et liquide.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits dans le présent mémoire et donnés à titre d'exemple, mais englobe toutes les variantes envisageables par l'homme du métier dans la cadre de la définition qui en a été donnée. 18
Claims (15)
- REVENDICATIONS1- Installation de chauffage et de climatisation (IC) pour le chauffage ou le refroidissement d'un air intérieur par échange thermique, ladite installation (IC) comprenant un compresseur (CP) propre à chauffer et pressuriser un fluide frigorigène, le fluide frigorigène pouvant être dirigé à travers un circuit fermé comprenant un ensemble de canalisations, soit en direction d'un condenseur interne (CDI) en mode chauffage, soit en direction d'un évaporateur interne (El) en mode climatisation, ladite installation présentant en outre un échangeur externe (EE) destiné à réchauffer le fluide frigorigène détendu par un détendeur externe (DTE) en mode chauffage ou à refroidir le fluide frigorigène avant sa détente par un détendeur interne (DTI) en mode climatisation, caractérisé en ce que ladite installation (IC) est configurée pour présenter également un mode mixte de fonctionnement dans lequel le fluide frigorigène en provenance du condenseur interne (CDI) est distribué de manière proportionnelle entre l'échangeur externe (EE) et l'évaporateur interne (El) en vue d'un assèchement de l'air intérieur, ladite installation présentant en outre des moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (El).
- 2- Installation (IC) selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation sont configurés pour définir ou faire varier ladite proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (El) en fonction de la température de l'air extérieur.
- 3- Installation (IC) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'elle présente en outre un sous refroidisseur (SR), ladite installation (IC) étant configurée pour : - qu'en mode chauffage, le sous refroidisseur (SR) refroidisse le fluide frigorigène issu du condenseur interne (CDI), ledit fluide frigorigène en sortie du sous refroidisseur (SR) étant ensuite dirigé vers le détendeur externe (DTE) et l'échangeur externe (EE), et pour- qu'en mode mixte, le sous refroidisseur (SR) refroidisse le fluide frigorigène issu du condenseur interne (CDI), ledit fluide frigorigène en sortie du sous refroidisseur (SR) étant ensuite dirigé en partie vers le détendeur externe (DTE) et l'échangeur externe (EE) et en partie vers le détendeur interne (DTI) et l'évaporateur interne (El), et pour - qu'en mode climatisation, le sous refroidisseur (SR) refroidisse le fluide frigorigène issu de l'échangeur externe (EE), le fluide frigorigène en sortie du sous refroidisseur étant dirigé vers le détendeur interne (DTI) et l'évaporateur interne (EI).
- 4- Installation (IC) selon la revendication 3 caractérisée en ce qu'elle comprend un réservoir de déshydratation (RD) en amont d'une entrée qui alimente ledit sous refroidisseur (SR) en fluide frigorigène.
- 5- Installation (IC) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne comprennent une vanne proportionnelle à trois voies (V4) permettant la connexion entre le compresseur (CP) et l'évaporateur interne (El), et/ou l'échangeur externe (EE).
- 6- Installation (IC) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle comprend une vanne à trois voies (V4) permettant la connexion entre le compresseur (CP) et l'évaporateur interne (El), et/ou l'échangeur externe (EE), ladite vanne à trois voies (V4) étant donc située en amont dudit compresseur (CP).
- 7- Installation (IC) selon la revendication 6 caractérisée en ce que les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (El) comprennent au moins une vanne proportionnelle à deux voies placée sur une canalisation entre ladite vanne à trois voies (V4) en amont du compresseur (CP), et l'évaporateur interne (El) et/ou l'échangeur externe (EE).
- 8- Installation (IC) selon la revendication 6 caractérisée en ce que les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (El) comprennent au moins une vanne proportionnelle à deux voies placée en amont du détendeur externe (DTE) et/ou du détendeur interne (DTI), la ou lesdites vannes proportionnelles étant placées sur des canalisations situées après l'embranchement pour la distribution du fluide frigorigène entre l'échangeur externe (EE) et l'évaporateur interne (El).
- 9- Installation (IC) selon l'une des revendications 3 à 4 ou selon la revendication 6 caractérisée en ce que les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (El) comprennent une vanne proportionnelle à trois voies permettant de faire la connexion entre le sous refroidisseur (SR) et le détendeur externe (DTE), et/ou le détendeur interne (DTI).
- 10-Installation (IC) selon l'une des revendications 1 à 4 ou selon la revendication 6 caractérisée en ce que les moyens de régulation de la proportion de fluide frigorigène dirigé vers l'évaporateur interne (El) comprennent des moyens de réglage du débit de fluide frigorigène passant respectivement au travers des détendeurs interne (DTI) et externe (DTE).
- 11-Installation (IC) selon l'une des revendications 3 à 10 caractérisé en ce que ledit sous refroidisseur (SR) est contigu avec ledit échangeur externe (EE) afin de constituer pour ce dernier une source de chaleur propre à réduire la probabilité qu'il se recouvre de givre en présence d'un air extérieur présentant une température basse.
- 12-Installation (IC) selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que ledit échangeur externe (EE) est une pompe à chaleur propre à fonctionner en tant qu'évaporateur en mode chauffage ou en mode mixte et en tant que condenseur dans le mode climatisation.
- 13-Installation (IC) selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que le condenseur interne (CDI) est dimensionné de manière à, dans les modeschauffage et mixte, condenser ledit fluide frigorigène issu du compresseur (CP) de sorte qu'il sorte soit sensiblement intégralement en phase liquide à sa sortie dudit condenseur (CDI).
- 14-Installation (IC) selon l'une des revendications 3 à 13 caractérisé en ce qu'elle comprend en outre : - une vanne (VI) de type trois voies permettant de faire la connexion entre le compresseur (CP) et le compresseur interne (CDI) et/ou l'échangeur externe (EE) ; et/ou une vanne (V2) de type trois voies permettant de faire la connexion entre le condenseur interne (CDI) et le sous refroidisseur (SR), et/ou l'échangeur externe (EE) ; et/ou une vanne (V3) de type trois voies permettant de faire la connexion entre l'échangeur externe (EE) et le sous refroidisseur (SR) et/ou le détendeur externe (DTE).
- 15- Véhicule caractérisé en ce qu'il comprend une installation de chauffage et de climatisation (IC) selon l'une des revendications 1 à 14.20
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN103499134A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-01-08 | 上海加冷松芝汽车空调股份有限公司 | Brt空调前后温差的控制方法 |
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| EP1262347A2 (fr) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Behr GmbH & Co. | Circuit de chauffage/réfrigération pour un climatiseur de véhicule à moteur, climatiseur et procédé pour sa commande |
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2011
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