FR3071912A1 - MULTI-EVAPORATOR AIR CONDITIONING SYSTEM FOR MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Système de climatisation (1), destiné à être intégré dans un véhicule automobile, comprenant une boucle principale (10) comportant un échangeur de chaleur (12), et un compresseur (11) disposé en amont dudit échangeur de chaleur (12), ledit système de climatisation comprenant en outre au moins deux boucles froides (20, 30) comportant chacune un détendeur (22, 32), un échangeur de chaleur (23, 33) disposé en aval dudit détendeur (22, 32) associé et une vanne amont (21, 31) disposée en amont dudit détendeur (22, 32) associé, la boucle principale (10) et les deux boucles froides (20, 30) étant parallèles entre elles et parcourues par un fluide frigorigène. Chacune des boucles froides (20, 30) comprend une vanne aval (24, 34) disposée en aval de l'échangeur de chaleur associé (23, 33).An air conditioning system (1), for integration in a motor vehicle, comprising a main loop (10) having a heat exchanger (12), and a compressor (11) disposed upstream of said heat exchanger (12), said air conditioning system further comprising at least two cold loops (20, 30) each comprising an expander (22, 32), a heat exchanger (23, 33) disposed downstream of said associated expander (22, 32) and an upstream valve (21, 31) arranged upstream of said associated expander (22, 32), the main loop (10) and the two cold loops (20, 30) being parallel to each other and traversed by a refrigerant. Each of the cold loops (20, 30) includes a downstream valve (24, 34) disposed downstream of the associated heat exchanger (23, 33).
Description
La présente invention concerne le domaine des systèmes de climatisation de véhicules automobiles.The present invention relates to the field of air conditioning systems for motor vehicles.
Plus particulièrement, l’invention concerne les systèmes de climatisation dits « multi-évaporateurs » comprenant un seul compresseur et au moins deux boucles froides positionnées en parallèle et comportant chacune un échangeur de chaleur.More particularly, the invention relates to so-called "multi-evaporator" air conditioning systems comprising a single compressor and at least two cold loops positioned in parallel and each comprising a heat exchanger.
De manière générale, les échangeurs de chaleur de tels systèmes de climatisation « multi-évaporateurs » sont destinés à être intégrés dans différentes installations de chauffage, ventilation et climatisation d’air, dites « HVAC, Heating, Ventilation, Airconditionning » en termes anglo-saxons afin d’assurer une capacité de refroidissement à différents endroits du véhicule automobile.In general, the heat exchangers of such “multi-evaporator” air conditioning systems are intended to be integrated into different heating, ventilation and air conditioning installations, called “HVAC, Heating, Ventilation, Airconditionning” in English terms. Saxons to provide cooling capacity at different locations in the motor vehicle.
De tels systèmes de climatisation « multi-évaporateurs » permettent d’échanger de la chaleur avec une ou plusieurs boucles froides par l’intermédiaire d’une pluralité d’échangeurs de chaleur de type évaporateur ou refroidisseur de fluide secondaire dit « chiller » en termes anglo-saxons. Lorsque le refroidissement n’est pas nécessaire à certains endroits du véhicule, il est préférable de fermer hermétiquement une ou plusieurs boucles froides afin d’optimiser le rendement énergétique du système.Such “multi-evaporator” air conditioning systems make it possible to exchange heat with one or more cold loops by means of a plurality of heat exchangers of the evaporator or cooler type of secondary fluid known as “chiller” in terms Anglo-Saxon. When cooling is not required in certain areas of the vehicle, it is preferable to hermetically seal one or more cold loops in order to optimize the energy efficiency of the system.
On pourra à cet égard se référer au document CN 102506498 qui décrit un tel système de climatisation comprenant deux boucles froides comportant chacune un évaporateur et un détendeur. Une vanne électromagnétique est disposée dans chacune des boucles froides.In this regard, reference may be made to document CN 102506498 which describes such an air conditioning system comprising two cold loops each comprising an evaporator and a pressure reducer. An electromagnetic valve is arranged in each of the cold loops.
Toutefois, la charge de fluide frigorigène à l’état liquide n’étant pas identique dans chacune des boucles froides, la fermeture d’une ou plusieurs boucles froides d’un tel système de climatisation peut engendrer des dysfonctionnements du système de climatisation.However, since the charge of refrigerant in the liquid state is not identical in each of the cold loops, the closing of one or more cold loops of such an air conditioning system may cause malfunctions of the air conditioning system.
En effet, les systèmes de climatisation « multi-évaporateurs » ont pour objectif de fournir une puissance calorifique correspondant à la demande de refroidissement à chaque instant dans chacune des boucles froides. Des oscillations, voire des déséquilibres peuvent apparaître lorsque la demande de refroidissement varie dans chacune des boucles froides, notamment à cause du caractère intrinsèque des systèmes de climatisation multi-évaporateurs comprenant des échangeurs de chaleur de puissance nominale différente, ainsi que des conduites de longueur différente.In fact, the purpose of “multi-evaporator” air conditioning systems is to provide heat capacity corresponding to the cooling demand at each instant in each of the cold loops. Oscillations or even imbalances can appear when the cooling demand varies in each of the cold loops, in particular because of the intrinsic nature of multi-evaporator air conditioning systems comprising heat exchangers of different nominal power, as well as pipes of different length. .
Il existe un besoin pour optimiser le rendement énergétique des systèmes de climatisation « multi-évaporateurs » en adaptant la charge de fluide frigorigène à la demande de refroidissement dans chacune des boucles froides à chaque instant.There is a need to optimize the energy efficiency of “multi-evaporator” air conditioning systems by adapting the refrigerant charge to the cooling demand in each of the cold loops at all times.
La présente invention a pour objet un système de climatisation, dit « multi-évaporateurs », destiné à être intégré dans un véhicule automobile, comprenant une boucle principale comportant un échangeur de chaleur, par exemple un condenseur à air ou à eau, et un compresseur, par exemple à commande électrique ou mécanique, disposé en amont dudit échangeur de chaleur. Ledit système de climatisation comprend en outre au moins deux boucles froides comprenant chacune un détendeur, par exemple de type à orifice calibré, à commande électronique ou thermostatique, un échangeur de chaleur, tel que par exemple un évaporateur à air, disposé en aval du détendeur et une vanne amont disposée en amont du détendeur associé. La boucle principale et les deux boucles froides sont parallèles entre elles et parcourues par un fluide frigorigène,The present invention relates to an air conditioning system, called "multi-evaporators", intended to be integrated in a motor vehicle, comprising a main loop comprising a heat exchanger, for example an air or water condenser, and a compressor , for example electrically or mechanically controlled, arranged upstream of said heat exchanger. Said air conditioning system further comprises at least two cold loops each comprising a regulator, for example of the calibrated orifice type, with electronic or thermostatic control, a heat exchanger, such as for example an air evaporator, arranged downstream of the regulator and an upstream valve disposed upstream of the associated regulator. The main loop and the two cold loops are parallel to each other and traversed by a refrigerant,
Chacune des boucles froides comprend une vanne aval disposée en aval de l’échangeur de chaleur associé.Each of the cold loops includes a downstream valve arranged downstream of the associated heat exchanger.
Avantageusement, le système de climatisation comprend une troisième boucle froide, parcourue par un fluide frigorigène et disposée en parallèle des première et deuxième boucles froides. Ladite troisième boucle froide comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, une troisième vanne amont, un troisième détendeur, par exemple de type à orifice calibré et à commande électronique ou thermostatique, disposé en aval de la troisième vanne amont, un troisième échangeur de chaleur, tel que par exemple un refroidisseur de fluide secondaire ou « chiller » en termes anglo-saxons, et une troisième vanne aval disposée en aval de l’échangeur de chaleur.Advantageously, the air conditioning system comprises a third cold loop, traversed by a refrigerant and arranged in parallel with the first and second cold loops. Said third cold loop comprises, in the direction of flow of the refrigerant, a third upstream valve, a third expansion valve, for example of the calibrated orifice type and with electronic or thermostatic control, disposed downstream of the third upstream valve, a third heat exchanger, such as for example a secondary fluid cooler or "chiller" in English terms, and a third downstream valve disposed downstream of the heat exchanger.
Le système de climatisation peut également comprendre une boucle secondaire, parcourue par un fluide secondaire, tel que par exemple, de l’eau additionnée de glycol, et disposée en parallèle de la troisième boucle froide. Ladite boucle secondaire comprend dans le sens d’écoulement du fluide secondaire, le troisième échangeur de chaleur, un quatrième échangeur de chaleur et une pompe.The air conditioning system can also include a secondary loop, traversed by a secondary fluid, such as, for example, water with glycol added, and arranged in parallel with the third cold loop. Said secondary loop comprises in the direction of flow of the secondary fluid, the third heat exchanger, a fourth heat exchanger and a pump.
Ainsi, la troisième boucle froide échange de la chaleur avec la boucle secondaire par l’intermédiaire du « chiller ».Thus, the third cold loop exchanges heat with the secondary loop via the "chiller".
Avantageusement, le système de climatisation est destiné à être intégré dans un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride comprenant au moins une batterie électrique, et le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour échanger des calories avec les cellules d’au moins une batterie du véhicule automobile.Advantageously, the air conditioning system is intended to be integrated in a motor vehicle with electric or hybrid propulsion comprising at least one electric battery, and the fourth heat exchanger is configured to exchange calories with the cells of at least one vehicle battery. automobile.
La boucle secondaire peut également comprendre un cinquième échangeur de chaleur, par exemple à air, de type radiateur.The secondary loop may also include a fifth heat exchanger, for example air, of the radiator type.
Avantageusement, le système de climatisation comprend en outre une unité de commande électronique configurée pour commander l’ouverture et la fermeture des vannes amont et aval de chacune des boucles froides en fonction de la demande de refroidissement dans l’habitacle du véhicule automobile.Advantageously, the air conditioning system further comprises an electronic control unit configured to control the opening and closing of the upstream and downstream valves of each of the cold loops as a function of the cooling demand in the passenger compartment of the motor vehicle.
Ainsi, il est possible de commander simultanément ou alternativement l’ouverture et la fermeture d’une vanne amont et aval d’une même boucle froide.Thus, it is possible to control simultaneously or alternately the opening and closing of an upstream and downstream valve of the same cold loop.
Par exemple, la première vanne amont et la première vanne aval de la première boucle froide sont, par défaut, en position ouverte, alors que les deuxième et troisième vannes amont, ainsi que les deuxième et troisième vannes aval sont, par défaut, en position fermée.For example, the first upstream valve and the first downstream valve of the first cold loop are, by default, in the open position, while the second and third upstream valves, as well as the second and third downstream valves are, by default, in the position closed.
Cette configuration permet de réduire la consommation d’énergie électrique.This configuration makes it possible to reduce the consumption of electrical energy.
Les vannes amont et aval sont, par exemple, des vannes à commande électromagnétique.The upstream and downstream valves are, for example, electromagnetically controlled valves.
Les vannes aval peuvent être de type vanne anti-retour.The downstream valves can be of the non-return valve type.
Par exemple, chacun de échangeurs de chaleur est destiné à être intégré dans différentes installations de chauffage, ventilation et climatisation d’air, dites « HVAC, Heating, Ventilation, Airconditionning » en termes anglo-saxons afin d’assurer une capacité de refroidissement à différents endroits du véhicule automobile.For example, each of the heat exchangers is intended to be integrated into different heating, ventilation and air conditioning installations, called “HVAC, Heating, Ventilation, Airconditionning” in English terms in order to ensure a cooling capacity at different locations of the motor vehicle.
Selon un second aspect, l’invention concerne un véhicule automobile comprenant un système de climatisation décrit précédemment.According to a second aspect, the invention relates to a motor vehicle comprising an air conditioning system described above.
D’autres buts, caractéristiques et avantages des modes de réalisation de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence à la figure unique annexée sur laquelle est représenté schématiquement un système de climatisation multi-évaporateurs selon l’invention.Other objects, characteristics and advantages of the embodiments of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of nonlimiting example, and made with reference to the single appended figure in which a diagram is shown. multi-evaporator air conditioning system according to the invention.
On a représenté sur la figure un système de climatisation 1, dit « multi-évaporateurs », destiné à être intégré dans un véhicule automobile électrique ou hybride (non représenté).There is shown in the figure an air conditioning system 1, called "multi-evaporators", intended to be integrated in an electric or hybrid motor vehicle (not shown).
Tel qu’illustré, le système de climatisation 1 comprend une boucle principale 10, trois boucles froides 20, 30, 40 et une boucle secondaire 50.As illustrated, the air conditioning system 1 comprises a main loop 10, three cold loops 20, 30, 40 and a secondary loop 50.
Un fluide frigorigène dit fluide principal circule dans la boucle principale 10 et les trois boucles froides 20, 30, 40. La boucle secondaire 50 dite chaude est quant à elle parcourue par un fluide secondaire, tel que par exemple, de l’eau additionnée de glycol.A refrigerant known as the main fluid circulates in the main loop 10 and the three cold loops 20, 30, 40. The secondary loop 50 called hot is in turn traversed by a secondary fluid, such as for example, water added with glycol.
La boucle principale 10 comprend un échangeur de chaleur 12, tel que par exemple un condenseur à air ou à eau, et un compresseurThe main loop 10 comprises a heat exchanger 12, such as for example an air or water condenser, and a compressor
11, par exemple à commande électrique ou mécanique, dont la sortie est reliée avec l’entrée du condenseur 12.11, for example with electrical or mechanical control, the output of which is connected with the inlet of the condenser 12.
Les trois boucles froides 20, 30, 40 sont disposées en parallèle et connectées en amont avec la sortie du condenseur 12 et en aval avec l’entrée du compresseur 11.The three cold loops 20, 30, 40 are arranged in parallel and connected upstream with the outlet of the condenser 12 and downstream with the inlet of the compressor 11.
La première boucle froide 20 comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, une première vanne amont 21, un premier détendeur 22, par exemple de type à orifice calibré à commande électronique ou thermostatique, un premier échangeur de chaleur 23, tel que par exemple un évaporateur à air, et une première vanne aval 24.The first cold loop 20 comprises, in the direction of flow of the refrigerant, a first upstream valve 21, a first expander 22, for example of the calibrated orifice type with electronic or thermostatic control, a first heat exchanger 23, such as for example an air evaporator, and a first downstream valve 24.
La deuxième boucle froide 30 comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, une deuxième vanne amont 31, un deuxième détendeur 32, par exemple de type à orifice calibré à commande électronique ou thermostatique, un deuxième échangeur de chaleur 33, tel que par exemple un évaporateur à air, et une deuxième vanne aval 34.The second cold loop 30 comprises, in the direction of flow of the refrigerant, a second upstream valve 31, a second expander 32, for example of the calibrated orifice type with electronic or thermostatic control, a second heat exchanger 33, such as for example an air evaporator, and a second downstream valve 34.
La troisième boucle froide 40 comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, une troisième vanne amont 41, un troisième détendeur 42, par exemple de type à orifice calibré à commande électronique ou thermostatique, un troisième échangeur de chaleur 43, tel que par exemple un refroidisseur de fluide secondaire ou « chiller » en termes anglo-saxons, et une troisième vanne aval 44.The third cold loop 40 comprises, in the direction of flow of the refrigerant, a third upstream valve 41, a third expander 42, for example of the calibrated orifice type with electronic or thermostatic control, a third heat exchanger 43, such as for example a secondary fluid cooler or “chiller” in Anglo-Saxon terms, and a third downstream valve 44.
Les vannes amont 21, 31, 41 sont disposées en amont du détendeur associé 22, 32, 42 et les vannes aval 24, 34, 44 sont disposées en aval de l’échangeur associé 23, 33, 43.The upstream valves 21, 31, 41 are arranged upstream of the associated regulator 22, 32, 42 and the downstream valves 24, 34, 44 are arranged downstream of the associated exchanger 23, 33, 43.
Les vannes amont et aval sont des vannes à commande électromagnétique.The upstream and downstream valves are electromagnetically controlled valves.
En variante, les vannes aval peuvent être de type vanne antiretour.As a variant, the downstream valves can be of the non-return valve type.
Chacun des échangeurs de chaleur 23, 33, 43 est destiné à être intégré dans différentes installations de chauffage, ventilation et climatisation d’air (non représentées), dites « HVAC, Heating, Ventilation, Air-conditionning » en termes anglo-saxons afin d’assurer une capacité de refroidissement à différents endroits du véhicule automobile.Each of the heat exchangers 23, 33, 43 is intended to be integrated in different heating, ventilation and air conditioning installations (not shown), called "HVAC, Heating, Ventilation, Air-conditioning" in English terms in order to provide cooling capacity at different locations in the motor vehicle.
La boucle secondaire 50 dite chaude comprend, dans le sens d’écoulement du fluide secondaire, le troisième échangeur de chaleur ou « chiller » 43, un quatrième échangeur de chaleur 51 configuré, par exemple pour échanger des calories avec les cellules d’une ou plusieurs batteries du véhicule automobile, et une pompe 52. La boucle secondaire 50 peut également comprendre un cinquième échangeur de chaleur (non représenté), par exemple à air, de type radiateur.The secondary loop 50 known as hot comprises, in the direction of flow of the secondary fluid, the third heat exchanger or "chiller" 43, a fourth heat exchanger 51 configured, for example to exchange calories with the cells of one or several batteries of the motor vehicle, and a pump 52. The secondary loop 50 may also include a fifth heat exchanger (not shown), for example air, of the radiator type.
En variante, on pourrait également prévoir un véhicule automobile comprenant un moteur thermique. Dans ce cas, le quatrième échangeur 51 serait un refroidisseur d’air de suralimentation du turbo.Alternatively, one could also provide a motor vehicle comprising a heat engine. In this case, the fourth exchanger 51 would be a turbo charge air cooler.
La troisième boucle froide 40 échange de la chaleur avec la boucle secondaire 50 par l’intermédiaire du chiller 43.The third cold loop 40 exchanges heat with the secondary loop 50 via the chiller 43.
Le système de climatisation 1 comprend en outre une unité de commande électronique 60 configurée pour commander l’ouverture et la fermeture des vannes amont et aval de chacune des boucles froides 20, 30, 40 en fonction de la demande de refroidissement.The air conditioning system 1 further comprises an electronic control unit 60 configured to control the opening and closing of the upstream and downstream valves of each of the cold loops 20, 30, 40 according to the cooling demand.
Ainsi, il est possible de commander simultanément ou alternativement l’ouverture et la fermeture d’une vanne amont et aval d’une même boucle froide.Thus, it is possible to control simultaneously or alternately the opening and closing of an upstream and downstream valve of the same cold loop.
La première vanne amont 21 et la première vanne aval 24 sont, par défaut, en position ouverte, alors que les deuxième et troisième vannes amont 31, 41, ainsi que les deuxième et troisième vannes aval 34, 44 sont, par défaut, en position fermée. Cette configuration permet de réduire la consommation d’énergie électrique.The first upstream valve 21 and the first downstream valve 24 are, by default, in the open position, while the second and third upstream valves 31, 41, as well as the second and third downstream valves 34, 44 are, by default, in the position closed. This configuration makes it possible to reduce the consumption of electrical energy.
En variante, on pourrait prévoir que l’ensemble des vannes soit, par défaut, en position ouverte ou fermée.Alternatively, one could provide that all of the valves are, by default, in the open or closed position.
Grâce à la présente invention, il est possible d’adapter la quantité de fluide frigorigène au besoin de refroidissement de chacune des boucles froides à chaque instant au moyen des vannes aval et des vannes amont.Thanks to the present invention, it is possible to adapt the amount of refrigerant to the cooling requirement of each of the cold loops at any time by means of the downstream valves and upstream valves.
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|---|---|
| FR3071912B1 (en) | 2020-05-15 |
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