FR3087000A1 - Systeme de climatisation multi-evaporateurs a compresseur electrique a injection de vapeur, notamment pour vehicule automobile electrique ou hybride - Google Patents

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Abstract

Système de climatisation (1), destiné à être intégré dans un véhicule automobile à propulsion hybride ou électrique, comprenant une boucle principale (10) comportant un échangeur de chaleur (11), et au moins deux boucles froides (20, 30) comprenant chacune, dans le sens d'écoulement d'un fluide frigorigène, un détendeur (21, 31) et un échangeur de chaleur (22, 32) disposé en aval dudit détendeur (21, 31) associé, la boucle principale (10) et les deux boucles froides (20, 30) étant parallèles entre elles et parcourues par le fluide frigorigène. Le système comprend un compresseur électrique à injection de vapeur (12) monté sur la boucle principale (10) et dont la sortie est reliée à l'entrée de l'échangeur de chaleur (11).

Description

Système de climatisation multi-évaporateurs à compresseur électrique à injection de vapeur, notamment pour véhicule automobile électrique ou hybride
La présente invention concerne le domaine des systèmes de climatisation de véhicules automobiles.
Plus particulièrement, l’invention concerne les systèmes de climatisation dits « multi-évaporateurs » comprenant un seul compresseur à injection de vapeur et au moins deux boucles froides positionnées en parallèle et comportant chacune un échangeur de chaleur. L’un d’entre eux est un refroidisseur de fluide secondaire dit « chiller ».
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.
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.
On pourra à cet égard se référer au document CN 105423621 qui décrit une pompe à chaleur comprenant un échangeur de type fluide frigorigène/fluide secondaire, tel qu’un condenseur à eau, fonctionnant à une température plus élevée que la température de l’évaporateur.
Toutefois, la charge de fluide frigorigène 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.
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 besoins de refroidissement à des températures différentes.
Lorsque les besoins en refroidissement sont différents, il est nécessaire de permettre aux évaporateurs des boucles froides d’avoir une pression d’évaporation différente, sans quoi le confort des passagers du véhicule automobile ne peut pas être assuré.
Il existe un besoin pour optimiser le rendement énergétique des systèmes de climatisation « multi-évaporateurs ».
La présente invention a pour objet un système de climatisation dit multi-évaporateurs, destiné à être intégré dans un véhicule automobile à propulsion hybride ou électrique, comprenant une boucle principale comportant un échangeur de chaleur, et au moins deux boucles froides comprenant chacune, dans le sens d’écoulement d’un fluide frigorigène, un détendeur et un échangeur de chaleur (disposé en aval dudit détendeur associé).
La boucle principale et les deux boucles froides étant parallèles entre elles et parcourues par le fluide frigorigène.
Le système de climatisation comprend un compresseur électrique à injection de vapeur monté sur la boucle principale et dont la sortie est reliée à l’entrée de l’échangeur de chaleur.
Grâce au compresseur à injection de vapeur, le système de climatisation multi-évaporateurs fonctionne à deux niveaux de pression d’évaporation différents et indépendants. En effet, la pression d’évaporation de la première boucle froide est supérieure ou égale à la pression d’évaporation au sein de l’autre boucle froide. Ainsi, le refroidissement de l’eau n’influe pas sur le refroidissement de l’air assuré par l’échangeur à air de l’autre boucle froide.
Par « boucle froide », on entend l’ensemble détendeur/évaporateur. L’ensemble des boucles principale et froides forment une boucle fermée dans laquelle circule un fluide frigorigène.
Selon un mode de réalisation, chacune des boucles froides comprend une vanne amont située en amont de l’échangeur de chaleur associé.
Avantageusement, les vannes amont sont des vannes à commande électromagnétique.
Selon un mode de réalisation, la première boucle froide comprend une vanne aval de régulation de pression, montée en aval du premier échangeur de chaleur permettant de réguler la pression intermédiaire optimale de vapeur injectée dans le compresseur à injection de vapeur.
Par exemple, la vanne aval est une vanne à commande électromagnétique.
L’échangeur de chaleur de la boucle principale peut être un condenseur à air ou à eau.
Par exemple, le premier échangeur de chaleur de la première boucle froide est un refroidisseur de fluide secondaire ou « chiller » en termes anglo-saxons.
L’autre échangeur de chaleur, placé dans la deuxième boucle froide, est, par exemple, un évaporateur à air.
D’autres évaporateurs à air peuvent être placés en parallèle de la deuxième boucle froide.
Par exemple, le système de climatisation peut comprendre une ou plusieurs nième boucle(s) froide(s) en parallèle(s) de la deuxième boucle froide et comportant un ou plusieurs nième échangeur(s) de chaleur de type évaporateur à air.
Chacun des échangeurs de chaleur peut être destiné à être intégré dans différentes installations de chauffage, ventilation et climatisation d’air.
Selon un second aspect, l’invention concerne un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride comprenant un système de climatisation tel que décrit précédemment.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un système de climatisation, dit « multi-évaporateurs » selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2 représente schématiquement un système de climatisation, dit « multi-évaporateurs » selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 représente schématiquement un système de climatisation, dit « multi-évaporateurs » selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; et
- la figure 4 représente schématiquement un système de climatisation, dit « multi-évaporateurs » selon un quatrième mode de réalisation de l’invention.
Tel qu’illustré sur la figure 1, un système de climatisation 1, dit « multi-évaporateurs », destiné à être intégré dans un véhicule automobile électrique ou hybride (non représenté).
Le système de climatisation 1, comprend une boucle principale 10 et deux boucles froides 20, 30. Par « boucle », on entend un circuit ouvert.
Un fluide frigorigène dit fluide principal circule dans la boucle principale 10 et les deux boucles froides 20, 30.
La boucle principale 10 comprend un échangeur de chaleur 11, tel que par exemple un condenseur à air ou à eau, et un compresseur électrique 12 à injection de vapeur, dont la sortie est reliée avec l’entrée du condenseur 11.
Les deux boucles froides 20, 30 sont disposées en parallèle et connectées en amont avec la sortie du condenseur 11 et en aval avec l’une des deux entrées du compresseur 12.
La première boucle froide 20 comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, un premier détendeur 21, par exemple de type à orifice calibré, à commande électronique ou thermostatique, et un premier échangeur de chaleur 22, tel que par exemple un refroidisseur de fluide secondaire ou « chiller » en termes anglo-saxons.
La première boucle froide 20 a pour but de diminuer la température du fluide secondaire dont la température fonctionne à un niveau intermédiaire, par exemple pour réduire la température des cellules d’une batterie électrique du véhicule. Cette température est souvent supérieure à une température cible de l’air en sortie de l’évaporateur à air de la deuxième boucle froide 30. Le compresseur à injection de vapeur acceptant deux niveaux de pression d’aspiration permet de limiter la puissance du compresseur pour le fonctionnement de cette branche 20 puisque la température cible est plus élevée, et ainsi améliorer l’efficacité du cycle.
La deuxième boucle froide 30 comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, un deuxième détendeur 31, par exemple de type à orifice calibré, à commande électronique ou thermostatique, et un deuxième échangeur de chaleur 32, tel que par exemple un évaporateur à air.
Tel qu’illustré, le système de climatisation 1 comprend n boucles froides 30n avec n compris entre 2 et 10.
Chaque nième boucle froide 30n-l, 30n comprend, dans le sens d’écoulement du fluide frigorigène, un nième détendeur 31n-l, 31n par exemple de type à orifice calibré, à commande électronique ou thermostatique, et un nième échangeur de chaleur 32n-l, 32n, tel que par exemple un évaporateur à air.
En variante, le système de climatisation pourrait ne comprendre que deux boucles froides 20, 30.
Chacun des échangeurs de chaleur 22, 32, 32n-l, 32n 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.
Le système de climatisation 1 illustré sur la figure 2, dont les mêmes éléments portent les mêmes références, diffère du système de climatisation illustré sur la figure 1 uniquement par le fait que chacune des boucles froides 20, 30, 30n-l, 30n comprend une vanne amont 23, 33, 33n-l, 33n situées en amont du détendeur 21, 31, 31n-l, 31n correspondant. Les vannes amont 23, 33, 33n-l, 33n sont par exemple des vannes électromagnétiques.
Le système de climatisation 1 illustré sur la figure 3, dont les mêmes éléments portent les mêmes références, diffère du système de climatisation illustré sur la figure 1 uniquement par le fait que la première boucle froide 20 comprend une vanne aval 24 de régulation de pression, montée en aval du refroidisseur 22 de fluide secondaire afin de réguler la pression intermédiaire optimale de vapeur injectée dans le compresseur à injection de vapeur 12.
Le système de climatisation 1 illustré sur la figure 4, dont les mêmes éléments portent les mêmes références, diffère du système de climatisation illustré sur la figure 3 uniquement par le fait que chacune des boucles froides 20, 30, 30n-l ,30n comprend une vanne amont 23, 33, 33n-l, 33n situées en amont du détendeur 21, 31, 31n-l, 31n correspondant. Les vannes amont 23, 33, 33n-l, 33n sont par exemple des vannes électromagnétiques.
L’ouverture et la fermeture des vannes amont et aval de chacune des boucles froides 20, 30, 30n-l, 30n sont commandées en fonction de la demande de refroidissement.
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 et ainsi adapter la quantité de fluide frigorigène au besoin de refroidissement de chacune des boucles froides à chaque instant au moyen de la vanne aval et des vannes amont.
Grâce au compresseur à injection de vapeur 12, le système de climatisation multi-évaporateurs 1 fonctionne à deux niveaux de pression d’évaporation différents et indépendants. En effet, la pression d’évaporation de la première boucle froide 20 est supérieure ou égale à la pression d’évaporation au sein de l’autre boucle froide 30. Ainsi, le 10 refroidissement de l’eau n’influe pas sur le refroidissement de l’air assuré par l’évaporateur à air 32 de la deuxième boucle froide 30.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système de climatisation (1), destiné à être intégré dans un véhicule automobile à propulsion hybride ou électrique, comprenant une boucle principale (10) comportant un échangeur de chaleur (11), et au moins deux boucles froides (20, 30) comprenant chacune, dans le sens d’écoulement d’un fluide frigorigène, un détendeur (21, 31) et un échangeur de chaleur (22, 32) disposé en aval dudit détendeur (21, 31) associé, la boucle principale (10) et les deux boucles froides (20, 30) étant parallèles entre elles et parcourues par le fluide frigorigène, caractérisé en ce qu’il comprend un compresseur électrique à injection de vapeur (12) monté sur la boucle principale (10) et dont la sortie est reliée à l’entrée de l’échangeur de chaleur (11).
  2. 2. Système de climatisation (1) selon la revendication 1, dans lequel chacune des boucles froides (20, 30) comprend une vanne amont (23, 33) situées en amont de l’échangeur de chaleur (21, 31) associé.
  3. 3. Système de climatisation selon la revendication 2, dans lequel les vannes amont (23, 33) sont des vannes à commande électromagnétique.
  4. 4. Système de climatisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première boucle froide (20) comprend une vanne aval (24) de régulation de pression, montée en aval du premier échangeur de chaleur (22).
  5. 5. Système de climatisation selon la revendication 4, dans lequel la vanne aval (24) est une vanne à commande électromagnétique.
  6. 6. Système de climatisation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’échangeur de chaleur (11) de la boucle principale (10) est un condenseur à air ou à eau.
  7. 7. Système de climatisation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier échangeur de chaleur (22) de la première boucle froide (20) est un refroidisseur de fluide secondaire.
  8. 8. Système de climatisation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième échangeur de chaleur (32) de la deuxième boucle froide (30) est un évaporateur à air.
  9. 9. Système de climatisation (1) selon l’une quelconque des 5 revendications précédentes, comprenant une nième boucle froide (30n) en parallèle de la deuxième boucle froide (30) et comportant un nième échangeur de chaleur (32n) de la nième boucle froide de type évaporateur à air.
  10. 10. Système de climatisation selon l’une quelconque des 10 revendications précédentes, dans lequel chacun de échangeurs de chaleur (22, 32) est destiné à être intégré dans différentes installations de chauffage, ventilation et climatisation d’air.
  11. 11. Véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride comprenant un système de climatisation (1) selon l’une quelconque des
  12. 15 revendications précédentes.
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