FR3092523A1 - Dispositif de gestion thermique d’un véhicule automobile avec vanne à pression constante - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique (1) d’un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de fluide réfrigérant dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de fluide réfrigérant comportant un évaporateur (9) destiné à être traversé par un flux d’air interne (100) et une vanne à pression constante (15) disposée en aval dudit évaporateur (9),le circuit de fluide réfrigérant comportant une conduite de contournement (B) de la vanne à pression constante (15), ladite première conduite de contournement (B) comprenant une vanne d’arrêt (51). Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention se rapporte au domaine des dispositifs de gestion thermique pour un véhicule automobile et plus particulièrement à un dispositif de gestion thermique configuré pour gérer le confort des occupants dans l’habitacle.
Dans le domaine automobile il est connu de gérer le confort des occupants au moyen d’un circuit de climatisation à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant. Ce circuit de climatisation comporte ainsi un échangeur de chaleur, également appelé évaporateur, disposé dans un flux d’air interne à destination de l’habitacle afin de refroidir ce dernier. Il est également connu de disposer dans le circuit de climatisation, une vanne à pression constante en aval de l’évaporateur. Cette vanne à pression constante permet de conserver une pression minimum du fluide réfrigérant traversant l’évaporateur. Cela permet de limiter la température du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur et ainsi cela diminue les risques d’entraîner le givrage de l’évaporateur et d’endommager le compresseur du circuit de climatisation.
Cependant, le fait de limiter la température du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur limite également la puissance de refroidissement disponible et donc limite la capacité de refroidissement du circuit de climatisation au niveau de l’évaporateur.
Cependant, le fait de limiter la température du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur limite également la puissance de refroidissement disponible et donc limite la capacité de refroidissement du circuit de climatisation au niveau de l’évaporateur.
Un des buts de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l’art antérieur et de proposer un dispositif de gestion thermique amélioré permettant une plus grande puissance de refroidissement au niveau de l’évaporateur.
La présente invention concerne donc un dispositif de gestion thermique d’un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique comportant un circuit de fluide réfrigérant dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de fluide réfrigérant comportant un évaporateur destiné à être traversé par un flux d’air interne et une vanne à pression constante disposée en aval dudit évaporateur,
le circuit de fluide réfrigérant comportant une conduite de contournement de la vanne à pression constante, ladite première conduite de contournement comprenant une vanne d’arrêt.
le circuit de fluide réfrigérant comportant une conduite de contournement de la vanne à pression constante, ladite première conduite de contournement comprenant une vanne d’arrêt.
Selon un aspect de l’invention, la vanne à pression constante et la vanne d’arrêt sont regroupées au sein d’un bloc commun.
Selon un autre aspect de l’invention, la vanne à pression constante a un diamètre supérieur ou égal à 10 mm.
Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de gestion thermique est configuré selon un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur circule uniquement dans la vanne à pression constante.
Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de gestion thermique étant configuré selon un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur circule à la fois dans la vanne à pression constante et dans la conduite de contournement.
Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de gestion thermique comporte un circuit de climatisation.
Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de gestion thermique comporte un circuit de climatisation inversible.
Selon un autre aspect de l’invention, le circuit de climatisation inversible est direct.
Selon un autre aspect de l’invention, le circuit de climatisation inversible est indirect.
Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
Dans la présente description, on entend par « placé en amont » qu’un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par « placé en aval » qu’un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide.
La figure 1 montre une représentation d’un dispositif de gestion thermique 1. Le dispositif de gestion thermique 1 illustré à la figure 1 est le dispositif le plus simple possible et comporte les éléments nécessaires au fonctionnement dans le cadre d’un circuit de climatisation afin de refroidir un flux d’air interne 100 à destination de l’habitacle. Le dispositif de gestion thermique 1 comprend ainsi un circuit de fluide réfrigérant comportant une boucle principale A dans laquelle un fluide réfrigérant est apte à circuler. Cette boucle principale A comporte, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
- un compresseur 3,
- un premier échangeur de chaleur 5, ici un condenseur externe destiné à être traversé par un flux d’air externe 200,
- un premier dispositif de détente 7, et
- un évaporateur 9, ici un évaporateur interne destiné à être traversé par le flux d’air interne 100.
- un compresseur 3,
- un premier échangeur de chaleur 5, ici un condenseur externe destiné à être traversé par un flux d’air externe 200,
- un premier dispositif de détente 7, et
- un évaporateur 9, ici un évaporateur interne destiné à être traversé par le flux d’air interne 100.
Par flux d’air interne 100, on entend un flux d’air traversant un échangeur de chaleur (ici l’évaporateur 9) disposé au sein d’un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation (non représenté) et à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Afin de créer le flux d’air intérieur 100, le dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation peut notamment comporter un ventilateur (non représenté). Par flux d’air externe 200, on entend un flux d’air externe au véhicule automobile traversant le premier échangeur de chaleur 5, notamment disposé en face avant du véhicule automobile.
La boucle principale A peut également comporter un dispositif de séparation de phase 50, comme par exemple un accumulateur déshydratant, disposé en amont du compresseur 3, entre l’évaporateur 9 et ledit compresseur 3.
La boucle principale A comporte également, en aval de l’évaporateur 9, une vanne à pression constante 15. Plus précisément, cette vanne à pression constante 15 est disposée sur la boucle principale A entre l’évaporateur 9 et le compresseur 3.
Cette vanne à pression constante 15 régule la pression du fluide réfrigérant à une valeur supérieure ou égale à une pression prédéterminée. Cette vanne à pression constante 15 permet ainsi de maintenir une pression minimale selon son réglage au sein de l’évaporateur 9.
Le contrôle de la pression du fluide réfrigérant au niveau d’un échangeur de chaleur permet de contrôler la température d’évaporation du fluide réfrigérant au niveau de cet échangeur de chaleur. Plus cette pression est haute, plus la température d’évaporation du fluide réfrigérant est élevée et moins il pourra récupérer d’énergie calorifique. Ainsi, si la pression du fluide réfrigérant comporte un minimum, cela permet de limiter la température du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur 9 et donc par exemple de protéger ledit évaporateur 9 en évitant un givrage de ce dernier du fait d’une température trop basse du fluide réfrigérant.
Cette vanne à pression constante 15 régule la pression du fluide réfrigérant à une valeur supérieure ou égale à une pression prédéterminée. Cette vanne à pression constante 15 permet ainsi de maintenir une pression minimale selon son réglage au sein de l’évaporateur 9.
Le contrôle de la pression du fluide réfrigérant au niveau d’un échangeur de chaleur permet de contrôler la température d’évaporation du fluide réfrigérant au niveau de cet échangeur de chaleur. Plus cette pression est haute, plus la température d’évaporation du fluide réfrigérant est élevée et moins il pourra récupérer d’énergie calorifique. Ainsi, si la pression du fluide réfrigérant comporte un minimum, cela permet de limiter la température du fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur 9 et donc par exemple de protéger ledit évaporateur 9 en évitant un givrage de ce dernier du fait d’une température trop basse du fluide réfrigérant.
Le circuit de fluide réfrigérant comporte en outre une conduite de contournement B de la vanne à pression constante 15. Cette conduite de contournement B comporte une vanne d’arrêt 51. Plus précisément, la conduite de contournement B relie un premier point de raccordement 31 à un deuxième point de raccordement 32. Le premier point de raccordement 31 est disposé en aval de l’évaporateur 9, entre ledit évaporateur 9 et la vanne à pression constante 15. Le deuxième point de raccordement 33 est quant à lui disposé en aval de la vanne à pression constante 15, entre ladite vanne à pression constante 15 et le compresseur 3.
La vanne d’arrêt 51 de la conduite de contournement B doit permettre le passage du fluide réfrigérant dans ladite conduite de contournement B avec des pertes de charges bien moins importantes qu’en passant par la vanne à pression constante 15. Ainsi, la vanne d’arrêt 15 peut notamment avoir un diamètre supérieur ou égal à 10mm.
L’utilisation de la conduite de contournement B notamment dans le deuxième mode de fonctionnement décrit plus loin dans la présente description, permet d’augmenter sensiblement la puissance frigorifique produite par le dispositif de gestion thermique 1 et disponible au niveau de l’évaporateur 9.
Dans un souci de limitation de la place du dispositif de gestion thermique 1 au sein du véhicule et également afin de faciliter le montage, il est tout à fait possible d’imaginer que la vanne à pression constante 15 et la vanne d’arrêt 51 soient regroupées au sein d’un bloc commun.
La vanne d’arrêt 51 de la conduite de contournement B doit permettre le passage du fluide réfrigérant dans ladite conduite de contournement B avec des pertes de charges bien moins importantes qu’en passant par la vanne à pression constante 15. Ainsi, la vanne d’arrêt 15 peut notamment avoir un diamètre supérieur ou égal à 10mm.
L’utilisation de la conduite de contournement B notamment dans le deuxième mode de fonctionnement décrit plus loin dans la présente description, permet d’augmenter sensiblement la puissance frigorifique produite par le dispositif de gestion thermique 1 et disponible au niveau de l’évaporateur 9.
Dans un souci de limitation de la place du dispositif de gestion thermique 1 au sein du véhicule et également afin de faciliter le montage, il est tout à fait possible d’imaginer que la vanne à pression constante 15 et la vanne d’arrêt 51 soient regroupées au sein d’un bloc commun.
Comme illustré aux figures 2 et 3, le dispositif de gestion thermique 1 peut comprendre un circuit de climatisation inversible, c’est à dire qu’il est configuré pour fonctionner selon différents modes de fonctionnement tels qu’un mode de refroidissement afin de refroidir le flux d’air interne 100 ou un mode pompe à chaleur afin de réchauffer le flux d’air interne 100.
La figure 2 montre un exemple de circuit de climatisation inversible direct. Ce circuit de climatisation inversible direct est un dérivé du circuit de climatisation de la figure 1. Il en reprend donc les même éléments et composants. Le premier échangeur de chaleur 5 n’est plus ici un simple condenseur externe comme illustré dans l’exemple de la figure 1 mais un évapo/condenseur externe. Le circuit de climatisation inversible direct comporte également un deuxième échangeur de chaleur 23 qui est ici disposé dans le dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de sorte à être traversé par le flux d’air interne 100. Au sein du dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation, ce deuxième échangeur de chaleur 23 est plus précisément disposé en aval de l’évaporateur 9 dans le sens de circulation du flux d’air interne 100. Au sein de la boucle principale A, ce deuxième échangeur de chaleur 23 est disposé en aval du compresseur 3, entre ledit compresseur 3 et le premier échangeur de chaleur 5. Ce deuxième échangeur de chaleur 23 joue ici le rôle d’un condenseur interne afin de réchauffer notamment le flux d’air interne 100.
Le circuit de climatisation inversible direct comporte également un deuxième dispositif de détente 25 disposé en amont du premier échangeur de chaleur 5, entre le deuxième échangeur de chaleur 23 et ledit premier échangeur de chaleur 5. Ce deuxième dispositif de détente 25 peut notamment s’ouvrir complètement de sorte à laisser passer le fluide réfrigérant sans perte de pression. Une solution alternative (non représentée) est que ce deuxième dispositif de détente 25 puisse être contourné.
Le circuit de climatisation inversible direct comporte en outre une branche de dérivation C du premier dispositif de détente 7 et de l’évaporateur 9. Cette branche de dérivation C relie un troisième point de raccordement 33 à un quatrième point de raccordement 34. Le troisième point de raccordement 33 est disposé en amont du premier dispositif de détente 7, entre le premier échangeur de chaleur 5 et ledit premier dispositif de détente 7. Le quatrième point de raccordement 34 est quant à lui disposé en aval de la vanne à pression constante 15, entre ladite vanne à pression constante 15, plus précisément en aval du deuxième point de raccordement 32 de la conduite de contournement C, et le compresseur 3.
Cette branche de dérivation C comporte un moyen de redirection du fluide réfrigérant comme par exemple une vanne d’arrêt 52.
Le circuit de climatisation inversible direct comporte également un deuxième dispositif de détente 25 disposé en amont du premier échangeur de chaleur 5, entre le deuxième échangeur de chaleur 23 et ledit premier échangeur de chaleur 5. Ce deuxième dispositif de détente 25 peut notamment s’ouvrir complètement de sorte à laisser passer le fluide réfrigérant sans perte de pression. Une solution alternative (non représentée) est que ce deuxième dispositif de détente 25 puisse être contourné.
Le circuit de climatisation inversible direct comporte en outre une branche de dérivation C du premier dispositif de détente 7 et de l’évaporateur 9. Cette branche de dérivation C relie un troisième point de raccordement 33 à un quatrième point de raccordement 34. Le troisième point de raccordement 33 est disposé en amont du premier dispositif de détente 7, entre le premier échangeur de chaleur 5 et ledit premier dispositif de détente 7. Le quatrième point de raccordement 34 est quant à lui disposé en aval de la vanne à pression constante 15, entre ladite vanne à pression constante 15, plus précisément en aval du deuxième point de raccordement 32 de la conduite de contournement C, et le compresseur 3.
Cette branche de dérivation C comporte un moyen de redirection du fluide réfrigérant comme par exemple une vanne d’arrêt 52.
La figure 3 montre un exemple de circuit de climatisation inversible indirect. Ce circuit de climatisation inversible indirect est identique à celui du dispositif de gestion thermique 1 de la figure 2 à la différence que le deuxième échangeur de chaleur 23 n’est pas un condenseur interne destiné à être traversé par le flux d’air interne 100 mais un échangeur de chaleur bifluide configuré pour échanger avec un fluide caloporteur circulant au sein d’une boucle secondaire F. Cette boucle secondaire F comporte une pompe 28 et un troisième échangeur de chaleur 27. Ce troisième échangeur de chaleur 27 joue le rôle d’un condenseur interne et est disposé dans le dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de sorte à être traversé par le flux d’air interne 100. Au sein du dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation, ce troisième échangeur de chaleur 27 est plus précisément disposé en aval de l’évaporateur 9 dans le de sens circulation du flux d’air interne 100.
Ces dispositifs de gestion thermique illustrés aux figures 1 à 3 sont des exemples et d’autres architectures plus complexes ou plus simples peuvent également être envisagées sans sortie du cadre de l’invention.
Le dispositif de gestion thermique 1 peut ainsi être configuré selon un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur 9 circule uniquement dans la vanne à pression constante 15. La vanne d’arrêt 51 de la conduite de contournement B est configurée de sorte à empêcher le fluide réfrigérant de passer par ladite conduite de contournement B. Ainsi, la vanne d’arrêt 51 est fermée.
Ce premier mode de fonctionnement est particulièrement utile afin que la pression du fluide réfrigérant au sein de l’évaporateur ne passe pas au-dessous d’une limite de pression déterminée par le réglage de la vanne à pression constante 15. Cela permet ainsi d’éviter les risques de givrage au niveau de l’évaporateur 9.
Ce premier mode de fonctionnement est particulièrement utile afin que la pression du fluide réfrigérant au sein de l’évaporateur ne passe pas au-dessous d’une limite de pression déterminée par le réglage de la vanne à pression constante 15. Cela permet ainsi d’éviter les risques de givrage au niveau de l’évaporateur 9.
Le dispositif de gestion thermique 1 peut être également configuré selon un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur 9 circule à la fois dans la vanne à pression constante 15 et dans la conduite de contournement B. Pour cela, la vanne d’arrêt 51 est ouverte de sorte à permettre au fluide réfrigérant de passer par ladite conduite de contournement B.
Ce deuxième mode de fonctionnement est particulièrement utile par exemple lorsque qu’une forte puissance de refroidissement est nécessaire au niveau de l’évaporateur 9 pour refroidir le flux d’air interne 100. Du fait que le fluide réfrigérant passe par la première conduite de contournement C, les pertes de charges sont bien moins importantes et la pression du fluide réfrigérant au sein de l’évaporateur 9 est plus basse que pour le premier mode de fonctionnement. La puissance de refroidissement du flux d’air interne 100 via l’évaporateur 9 est donc plus importante et permet de le refroidir plus fortement.
Dans ce deuxième mode de fonctionnement, la majeure partie du fluide réfrigérant passe par la conduite de contournement B du fait que les perte de charges sont moins importantes dans cette conduite de contournement B. Une petite partie du fluide réfrigérant passe néanmoins également par la vanne à pression constante 15.
Ce deuxième mode de fonctionnement est particulièrement utile par exemple lorsque qu’une forte puissance de refroidissement est nécessaire au niveau de l’évaporateur 9 pour refroidir le flux d’air interne 100. Du fait que le fluide réfrigérant passe par la première conduite de contournement C, les pertes de charges sont bien moins importantes et la pression du fluide réfrigérant au sein de l’évaporateur 9 est plus basse que pour le premier mode de fonctionnement. La puissance de refroidissement du flux d’air interne 100 via l’évaporateur 9 est donc plus importante et permet de le refroidir plus fortement.
Dans ce deuxième mode de fonctionnement, la majeure partie du fluide réfrigérant passe par la conduite de contournement B du fait que les perte de charges sont moins importantes dans cette conduite de contournement B. Une petite partie du fluide réfrigérant passe néanmoins également par la vanne à pression constante 15.
Ainsi, on voit bien que le dispositif de gestion thermique 1 selon l’invention permet, de par la présence de la conduite de contournement B et de la vanne d’arrêt 51, d’augmenter ponctuellement la puissance de refroidissement au niveau de l’évaporateur 9 en contournant la vanne à pression constante 15 et en permettant un pression du fluide réfrigérant plus basse au sein dudit évaporateur 9.
Claims (9)
- Dispositif de gestion thermique (1) d’un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de fluide réfrigérant comportant une boucle principale A dans laquelle est destiné à circuler un fluide réfrigérant, la boucle principale A comportant, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : un compresseur (3), un premier échangeur de chaleur (5), un premier dispositif de détente (7), un évaporateur (9) destiné à être traversé par un flux d’air interne (100) et une vanne à pression constante (15) disposée en aval dudit évaporateur (9),
caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant comporte une conduite de contournement (B) de la vanne à pression constante (15), ladite première conduite de contournement (B) comprenant une vanne d’arrêt (51),
la conduite de contournement (B) reliant un premier point de raccordement (31) disposé en aval de l’évaporateur (9), entre ledit évaporateur (9) et la vanne à pression constante (15), à un deuxième point de raccordement (32) disposé en aval de la vanne à pression constante (15), entre ladite vanne à pression constante (15) et le compresseur (3). - Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne à pression constante (15) et la vanne d’arrêt (51) sont regroupées au sein d’un bloc commun.
- Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne à pression constante (15) a un diamètre supérieur ou égal à 10 mm.
- Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 3, ledit dispositif de gestion thermique étant configuré selon un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur (9) circule uniquement dans la vanne à pression constante (15).
- Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 3, ledit dispositif de gestion thermique étant configuré selon un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur (9) circule à la fois dans la vanne à pression constante (15) et dans la conduite de contournement (B).
- Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte un circuit de climatisation.
- Dispositif de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte un circuit de climatisation inversible.
- Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de climatisation inversible est direct.
- Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de climatisation inversible est indirect.
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