FR3129326A1 - Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule - Google Patents
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Abstract
Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule. La présente invention concerne un procédé de déshumidification mettant en œuvre un circuit de fluide réfrigérant (1) pour véhicule, caractérisé en ce que le procédé de déshumidification met en œuvre : - au moins une première étape dans laquelle, à une température d’un flux d’air intérieur (28) en sortie d’un troisième échangeur de chaleur (7) supérieure à une première température, un moyen d’obturation (5) est placé dans une position ouverte, - au moins une deuxième étape dans laquelle, à une température du flux d’air intérieur (28) en sortie du troisième échangeur de chaleur (7) inférieure à une deuxième température, le moyen d’obturation (5) est placé dans une position fermée, la deuxième température étant inférieure à la première température. (Figure 1)
Description
Le domaine de la présente invention est celui des circuits de fluide réfrigérant pour véhicule, notamment de véhicule automobile hybride ou électrique. La présente invention traite particulièrement des procédés de déshumidification mettant en œuvre de tels circuits de fluide réfrigérant.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser ces circuits de fluide réfrigérant pour refroidir un dispositif de stockage électrique telle qu’une batterie d’un véhicule équipé de ce circuit.
Il est également connu d’utiliser ce circuit de fluide réfrigérant pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé vers l’habitacle du véhicule. Un tel traitement thermique permet d’envoyer un air chaud ou un air froid, selon le souhait de l’utilisateur, pour respectivement augmenter ou diminuer la température de l’habitacle du véhicule.
Dans une autre utilisation du circuit de fluide réfrigérant, le flux d’air est destiné à déshumidifier l’habitacle du véhicule. On entend par « déshumidifier » la capacité du circuit de fluide réfrigérant de limiter la présence d’eau dans l’air de l’habitacle du véhicule. En effet, lorsque de l’air humide de l’habitacle entre en contact avec une surface froide, l’eau contenue dans l’air se condense et une pellicule de gouttelettes d’eau se dépose sur les surfaces froides de l’habitacle du véhicule, et notamment sur les vitres. Cette pellicule d’eau forme de la buée, notamment sur les faces intérieures du pare-brise et des vitres latérales du véhicule, obstruant la visibilité qu’a le conducteur de la route ou de ses rétroviseurs. Cette perte de visibilité représente un risque important pour la sécurité des occupants du véhicule et notamment de collision avec un autre véhicule.
Il est connu d’utiliser le circuit de fluide réfrigérant pour assécher le flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule. Ainsi, classiquement, une installation de chauffage, ventilation et climatisation, qui sera désigné dans la suite de la présente description par la désignation « installation », comprend un radiateur et un évaporateur qui participent au traitement thermique de ce flux d’air. La source chaude du radiateur est dans le cas d’espèce un condenseur constitutif du circuit de fluide réfrigérant. Le radiateur est alors un point chaud du circuit de fluide réfrigérant qui participe à augmenter la température du flux d’air destiné à être envoyé vers l’habitacle du véhicule. L’évaporateur est un point froid du circuit de fluide réfrigérant, cet évaporateur participant à refroidir le flux d’air, et par conséquent à condenser l’humidité présente dans ce flux d’air. C’est ainsi qu’on évite le risque de buée tout en apportant le confort thermique demandé par les occupants du véhicule.
Il est également connu qu’à des températures extérieures à l’habitacle du véhicule faibles, l’efficacité du fonctionnement de l’évaporateur est impactée. Par exemple, à des températures extérieures proche de 5°C, l’évaporateur présente un risque d’obstruction qui résulte du fait que l’eau contenue dans l’air gel au contact de l’évaporateur, ce dernier présentant une température de surface proche de 0°C. Ce risque d’obstruction de l’évaporateur limite l’utilisation de ce dernier.
Par ailleurs, lorsque la température du flux d’air en entrée de l’évaporateur est faible, notamment lorsque cette température est inférieure à 12°C, l’évaporateur abaisse la pression au sein d’une partie basse pression du circuit de fluide réfrigérant. Cette basse pression est un facteur limitant du cycle thermodynamique qui empêche de produire suffisamment de calories côté condenseur, nécessitant ainsi l’emploi d’une source de chaleur supplémentaire pour atteindre la température souhaitée par les occupants de l’habitacle.
La présente invention propose de résoudre ces diverses contraintes au moyen d’un procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule parcouru par un fluide réfrigérant et comprenant au moins un circuit primaire et un circuit secondaire , le circuit primaire comprenant au moins un dispositif de compression du fluide réfrigérant, un premier échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un fluide, un élément de détente et un deuxième échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule, le circuit secondaire étant connecté au circuit primaire en parallèle du deuxième échangeur de chaleur et de l’élément de détente et comprenant un organe de détente et un troisième échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air intérieur envoyé dans l’habitacle du véhicule, le circuit secondaire comprenant au moins un moyen d’obturation apte à prendre une position fermée dans laquelle la circulation du fluide réfrigérant est empêchée au sein du circuit secondaire et une position ouverte autorisant la circulation du fluide réfrigérant au sein du circuit secondaire, le circuit primaire et le circuit secondaire sont parcourus simultanément par le fluide réfrigérant, procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule au cours duquel l’élément de détente et l’organe de détente opère une détente et où le deuxième échangeur de chaleur et le troisième échangeur de chaleur assure l’évaporation du fluide réfrigérant caractérisé en ce que, à une température d’air extérieur au véhicule inférieure à un premier seuil, le procédé de déshumidification met en œuvre :
- au moins une première étape dans laquelle, à une température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur supérieure à une première température, le moyen d’obturation est placé dans sa position ouverte,
- au moins une deuxième étape dans laquelle, à une température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur inférieure à une deuxième température, le moyen d’obturation est placé dans sa position fermée, la deuxième température étant inférieure à la première température.
Le circuit de fluide réfrigérant pour véhicule comporte deux portions de circuits appelées circuit primaire et circuit secondaire. Le circuit primaire comporte un dispositif de compression, un premier échangeur de chaleur, un élément de détente, un deuxième échangeur de chaleur et un dispositif d’accumulation du fluide réfrigérant. Le circuit secondaire comporte un organe de détente, un moyen d’obturation et un troisième échangeur de chaleur. Le circuit de fluide réfrigérant est configuré pour que ce circuit secondaire puisse être isolé du reste du circuit. Cette isolation du circuit secondaire est possible par le moyen d’obturation qui peut prendre deux positions, une position ouverte et une position fermée. Dans sa position ouverte, le moyen d’obturation permet au fluide réfrigérant de circuler dans le circuit secondaire, et plus particulièrement d’atteindre le troisième échangeur de chaleur. Dans la position fermée du moyen d’obturation, le fluide réfrigérant ne circule pas dans le circuit secondaire qui est isolé du reste du circuit de fluide réfrigérant. La position ouverte ou fermée du moyen d’obturation est fonction de la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur. Cette donnée relative à la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur est fournie, par exemple, par un capteur situé au niveau du flux d’air intérieur, en sortie du troisième échangeur de chaleur. A titre d’exemple, lorsque la température de l’air extérieur est, par exemple inférieure à 12°C, avantageusement inférieure à 7°C, avantageusement compris entre 5°C et 7°C, le procédé met en œuvre la première et la deuxième étape. Lors de la mise en œuvre de ces étapes, lorsque la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur est supérieure ou égale à, par exemple 7°C, le moyen d’obturation est dans sa position ouverte tandis que lorsque la température du flux d’air intérieur en sortie de ce troisième échangeur de chaleur est inférieure ou égale à, par exemple 3°C, le moyen d’obturation est dans sa position fermée. La température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur oscillant entre 3°C et 7°C pour tendre, dans cet exemple, vers une température moyenne de 5°C. La position du moyen d’obturation forme un cycle d’ouvertures et de fermetures du moyen d’obturation. Il est à noter d’une part, que la température vers laquelle tend le flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur dépend de la plage de température à laquelle oscille le flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur et d’autre part, que le moyen d’obturation reste dans sa position ouverte ou fermée dans laquelle il se trouve jusqu’à atteindre la première température ou la deuxième température suivant la position du moyen d’obturation. Selon un autre exemple, lorsque le flux d’air extérieur est à 5°C, le moyen d’obturation sera dans sa position fermée à 3°C et dans sa position ouverte à 3,8°C.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier échangeur de chaleur élève la température du flux d’air intérieur. On comprend que le premier échangeur de chaleur agit sur la température du flux d’air en transmettant des calories au flux d’air intérieur. Cet échange de calories peut s’opérer directement entre le premier échangeur de chaleur et le flux d’air intérieur envoyé vers l’habitacle du véhicule. Cet échange de calories peut également s’opérer indirectement, dans ce cas, un équipement auxiliaire, tel qu’un radiateur, opère un échange de calories avec le premier échangeur de chaleur, au moyen d’un fluide parcourant le radiateur et le premier échangeur de chaleur, puis transfert les calories du premier échangeur de chaleur au flux d’air intérieur envoyé vers l’habitacle du véhicule.
Selon une caractéristique avantageuse, le moyen d’obturation du circuit secondaire est une vanne de type « tout-ou-rien ». Le circuit de fluide réfrigérant est divisé en deux circuits se séparant au niveau d’un point de divergence et se rejoignant au niveau d’un point de convergence, pour former deux portions de circuit parallèles. Le circuit primaire forme une boucle allant du dispositif de compression au deuxième échangeur de chaleur et le circuit secondaire forme une boucle allant du point de divergence au point de convergence. Le circuit secondaire comprend une vanne, modulable selon deux positions, ouverte et fermée, située entre le point de divergence et le troisième échangeur de chaleur. Cette vanne est un exemple de réalisation du moyen d’obturation permettant d’isoler le circuit secondaire du reste du circuit de fluide réfrigérant. En effet, dans sa position ouverte, la vanne permet au fluide réfrigérant de circuler dans le circuit secondaire et d’alimenter le troisième échangeur de chaleur, tandis que dans sa position fermée, cette vanne permet d’isoler le circuit secondaire du reste du circuit de fluide réfrigérant. Ainsi, dans la position fermée de la vanne, le fluide réfrigérant circule uniquement dans le circuit primaire tandis que dans la position ouverte de la vanne, le fluide réfrigérant circule à la fois dans le circuit primaire et dans le circuit secondaire.
Selon une caractéristique avantageuse, l’organe de détente est également le moyen d’obturation. L’organe de détente peut permettre la circulation du fluide réfrigérant dans le troisième échangeur de chaleur ou l’interdiction de circulation de fluide réfrigérant au sein du troisième échangeur de chaleur du circuit de fluide réfrigérant. L’organe de détente peut avantageusement communiquer avec un équipement pour moduler l’accès du fluide réfrigérant au troisième échangeur de chaleur selon la température du flux d’air intérieur. Lorsque l’organe de détente est également le moyen d’obturation, ce dernier assure les fonctions de détente du fluide réfrigérant et de contrôle du passage du fluide réfrigérant jusqu’au troisième échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de compression régule la température du flux d’air intérieur par adaptation de sa vitesse de rotation. On comprend que la vitesse de rotation du dispositif de compression peut être ajustée, en réponse à une consigne donnée par l’utilisateur du véhicule, pour modifier la température du flux d’air intérieur envoyé vers l’habitacle du véhicule
Selon une caractéristique avantageuse, lorsqu’une température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur passe de la première température à la deuxième température, le moyen d’obturation est placé dans sa position ouverte.
Selon une autre caractéristique avantageuse, lorsque la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur passe de la deuxième température à la première température, le moyen d’obturation est placé dans sa position fermée. Un capteur de température, placé au niveau du flux d’air, en sortie du troisième échangeur de chaleur, contrôle, au moins indirectement, le moyen d’obturation de telle sorte que dès que la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur atteint la deuxième température, par exemple inférieure ou égale à 3°C, le moyen d’obturation est configuré pour passer dans sa position fermée. Le moyen d’obturation reste ensuite dans cette position fermée tant que la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur est, par exemple, inférieure à 7°C. Ce même capteur de température contrôle, au moins indirectement, le moyen d’obturation de telle sorte que dès que la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur atteint la première température, par exemple supérieure ou égale à 7°C, le moyen d’obturation est configuré pour passer dans sa position ouverte. Le moyen d’obturation reste ensuite dans cette position ouverte tant que la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur est, par exemple, supérieure à 3°C.
Selon une caractéristique de l’invention, le moyen d’obturation du circuit secondaire est alternativement dans une position ouverte ou dans une position fermée selon un phénomène périodique formant un cycle d’ouvertures et de fermetures du moyen d’obturation. La position ouverte ou fermée du moyen d’obturation est fonction de la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur. Le passage du moyen d’obturation de sa position fermée à sa position ouverte se fait lorsque la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur est, par exemple, d’au moins 7°C. De façon similaire, le passage du moyen d’obturation de sa position ouverte à sa position fermée se fait lorsque la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur est, par exemple, inférieure ou égale à 3°C. L’abaissement de la température de 7°C à 3°C et l’élévation de la température de 3°C à 7°C du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur s’opère sur un intervalle de temps sensiblement égal. Cette fluctuation de la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur est un phénomène périodique dans lequel le nombre de fois par unité de temps que le moyen d’obturation passe de sa position ouverte à sa position fermée se reproduit un nombre de fois sensiblement similaire.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le cycle d’ouvertures et de fermetures du moyen d’obturation s’opère selon une fréquence inférieure à trois cycles par minute. Cette fréquence représente le nombre de fois que le moyen d’obturation opère un cycle d’ouverture et de fermeture sur une unité de temps données. Un cycle étant défini par le passage du moyen d’obturation d’une position initiale à une position intermédiaire puis du retour à sa position initiale.
Selon une caractéristique de l’invention, la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur est mesurée par au moins un capteur installé au niveau du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur de chaleur. Le procédé de déshumidification de l’habitacle du véhicule permet de contrôler la température du flux d’air intérieur en sortie du troisième échangeur pour que cette température oscille entre la première température et la deuxième température. Ainsi, ce capteur communique directement ou indirectement avec le moyen d’obturation permettant de contrôler l’alimentation en fluide réfrigérant du troisième échangeur de chaleur de telle sorte que la température du fluide réfrigérant en sortie du troisième échangeur évolue entre la première température et la deuxième température.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le premier seuil est une température comprise entre 5°C et 12°C. Lorsque la température de l’air extérieure à l’habitacle du véhicule est inférieure à 12°C, il existe un risque que, lors d’un fonctionnement prolongé, le troisième échangeur de chaleur givre. Le procédé de déshumidification permet de pallier ce risque.
Selon une caractéristique avantageuse, le circuit de fluide réfrigérant comporte un dispositif d’accumulation du fluide réfrigérant.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le deuxième échangeur de chaleur participe thermodynamiquement à augmenter la température du flux d’air intérieur en tirant profit de la chaleur captée dans le flux d’air extérieur. Le deuxième échangeur de chaleur se comporte comme un évaporateur et est un point froid du circuit de fluide réfrigérant en récupérant les calories du flux d’air extérieur. Ces calories participent, selon les principes de la thermodynamique, à augmenter la température du point chaud du circuit de fluide réfrigérant, ce point chaud est le premier échangeur de chaleur. L’augmentation de la température du premier échangeur de chaleur facilite l’élévation de la température du flux d’air intérieur. Ainsi, le deuxième échangeur de chaleur participe à augmenter, indirectement, la température du flux d’air intérieur.
La présente invention porte également sur un circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un circuit primaire et au moins un circuit secondaire, le circuit primaire comprenant au moins un dispositif de compression, un premier échangeur de chaleur,
un élément de détente et un deuxième échangeur de chaleur, le circuit secondaire étant connecté au circuit primaire en parallèle du deuxième échangeur de chaleur et de l’élément de détente et comprenant un organe de détente et un troisième échangeur de chaleur ainsi qu’au moins un moyen d’obturation apte à prendre une position fermée dans laquelle la circulation du fluide réfrigérant est empêchée au sein du circuit secondaire et une position ouverte autorisant la circulation du fluide réfrigérant au sein de circuit secondaire le circuit primaire et le circuit secondaire sont parcourus simultanément par le fluide réfrigérant, le moyen d’obturation étant dans sa position ouverte, caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant met en œuvre le procédé de déshumidification , le moyen d’obturation étant configuré pour être actionné de façon cyclique.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
Les termes amont et aval employés dans la description qui suit se réfèrent au sens de circulation du fluide considéré, c’est-à-dire le fluide réfrigérant ou le flux d’air intérieur. Le fluide réfrigérant est symbolisé par une flèche qui illustre le sens de circulation de ce dernier dans la canalisation considérée. Sur les figures 3 à 5, les traits pleins illustrent une portion de circuit où le fluide réfrigérant circule, les traits interrompus illustrent une portion du circuit de fluide réfrigérant où le fluide réfrigérant ne circule pas. Sur les figures 3 à 5 la position ouverte des vannes est illustrée par un remplissage uni blanc et la position fermée de ces vannes par un remplissage uni noir. Par ailleurs, lorsqu’une vanne se trouve à un moment donné dans sa position ouverte et à un autre moment donné dans sa position fermée lors du fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, cette vanne est représentée par un remplissage mixte noir et blanc.
La illustre un circuit de fluide réfrigérant 1 comprenant un circuit primaire 25, un circuit secondaire 24 et une branche de dérivation 26 à l’intérieur desquels circule un fluide réfrigérant. Le circuit secondaire 24, le circuit primaire 25 et la branche de dérivation 26 sont disposés de telle sorte que le circuit de fluide réfrigérant 1 est un circuit fermé dans lequel se déroule un cycle thermodynamique.
Le circuit primaire 25 et le circuit secondaire 24 se séparent au niveau d’un point de divergence 14 et se rejoignent au niveau d’un point de convergence 15 de telle sorte qu’entre le point de divergence 14 et le point de convergence 15, le circuit secondaire 24 et le circuit primaire 25 sont montés en parallèle l’un par rapport à l’autre.
Le circuit primaire 25 sera décrit selon un sens de circulation du fluide réfrigérant dans ce circuit primaire 25 à partir d’un orifice de sortie 92 d’un dispositif de compression 9 à un orifice d’entrée 91 du dispositif de compression 9. Le dispositif de compression 9 est, dans le mode de réalisation représenté, un compresseur électrique à cylindrée fixe et à vitesse variable. Ce dispositif de compression 9 est destiné à comprimer le fluide réfrigérant à basse pression entrant par l’orifice d’entrée 91. Cette compression du fluide réfrigérant libère par l’orifice de sortie 92 du dispositif de compression un fluide réfrigérant à haute pression. En raison des principes de la thermodynamique mis en œuvre dans le circuit de fluide réfrigérant 1, le passage du fluide réfrigérant de l’état gazeux, en sortie du dispositif de compression 9, à l’état liquide en sortie d’un premier échangeur de chaleur 2 génère de la chaleur. Le volume de fluide réfrigérant à haute pression en sortie du dispositif de compression 9 dépend de la vitesse de compression de ce dispositif de compression 9. Plus le dispositif de compression 9 a une vitesse de rotation élevé et plus le circuit de fluide réfrigérant 1 produira de calories. Ainsi, il est possible de contrôler la puissance thermique du circuit de fluide réfrigérant 1 en adaptant la vitesse de rotation de ce dispositif de compression 9.
Le fluide réfrigérant à haute pression sortant du dispositif de compression 9 circule à travers le premier échangeur de chaleur 2, qui dans le mode de réalisation représenté est un condenseur, c’est-à-dire un échangeur de chaleur dans lequel le fluide réfrigérant se condense. Le premier échangeur de chaleur 2 opère un échange thermique avec un fluide qui, dans le mode de réalisation représenté par la , est un liquide caloporteur circulant dans une boucle de liquide caloporteur 200. Les calories du fluide réfrigérant à haute pression générées lors du changement d’état du fluide réfrigérant sont transmises au niveau de ce premier échangeur de chaleur 2, au liquide caloporteur de la boucle de liquide caloporteur 200.
Ainsi, ce liquide caloporteur transporte les calories du premier échangeur de chaleur 2 vers un radiateur 8 situé dans l’installation 20. La boucle de liquide caloporteur 200 comprend une première branche 21, par laquelle le fluide caloporteur circule du premier échangeur de chaleur 2 vers le radiateur 8, et une deuxième branche 29 par laquelle le fluide caloporteur circule du radiateur 8 au premier échangeur de chaleur 2. Cette boucle de liquide caloporteur 200 forme une boucle fermée dans laquelle une pompe 22 assure la circulation du liquide caloporteur dans cette boucle de liquide caloporteur 200.
Dans un mode de réalisation alternatif, ce premier échangeur de chaleur 2 peut être directement implanté dans l’installation 20. Il n’est alors pas nécessaire de mettre en place la boucle de fluide caloporteur 200.
Le fluide réfrigérant, qui est passé d’un état gazeux à un état liquide, par condensation au sein du premier échangeur de chaleur 2, traverse un dispositif d’accumulation 4 qui, dans le mode de réalisation représenté, est une bouteille déshydratante destinée à éliminer l’humidité et les particules fines présentes dans le fluide réfrigérant. Il est à noter que cette bouteille déshydratante peut avantageusement être intégrée au premier échangeur de chaleur 2.
En sortie du dispositif d’accumulation 4, le fluide réfrigérant atteint le point de divergence 14. Au niveau de ce point de divergence 14, le fluide réfrigérant peut rejoindre le circuit secondaire 24 et/ou atteindre un élément de détente 12. Cet élément de détente 12 est situé en amont d’un deuxième échangeur de chaleur 13. Cet élément de détente 12 peut, avantageusement, être à commande électrique et piloté électriquement ou électroniquement. Ainsi, l’élément de détente 12 est apte à autoriser, dans une position ouverte, ou à empêcher, dans une position fermée, le passage du fluide réfrigérant vers le deuxième échangeur de chaleur 13. Cet élément de détente 12 est également apte à prendre toutes positions intermédiaires pour générer une détente du fluide réfrigérant, c’est-à-dire à diminuer la pression du fluide réfrigérant. Il est à noter que cet élément de détente 12 peut être thermodynamiquement neutre, c’est-à-dire que l’élément de détente 12 peut être un élément du circuit de fluide réfrigérant 1 n’intervenant pas dans le cycle thermodynamique, notamment quand celui-ci est en ouverture maximum et qu’il n’est pas générateur d’une perte de pression.
Le fluide réfrigérant en sortie de l’élément de détente 12 pénètre dans le deuxième échangeur de chaleur 13 qui, dans le mode de réalisation représenté, est un évapo-condenseur situé en face avant du véhicule. Lorsque le fluide réfrigérant en sortie de l’élément de détente 12 est à basse pression, c’est-à-dire lorsque l’élément de détente 12 a généré une détente du fluide réfrigérant haute pression, le deuxième échangeur de chaleur 13 se comporte comme un évaporateur. Lorsque le fluide réfrigérant en sortie de l’élément de détente 12 est à haute pression, c’est-à-dire lorsque l’élément de détente 12 est thermodynamiquement neutre, le deuxième échangeur de chaleur 13 se comporte comme un condenseur. Il est à noter que le deuxième échangeur de chaleur 13 est traversé par un flux d’air extérieur à l’habitacle 27 envoyé vers l’extérieur de l’habitacle. Ce flux d’air extérieur à l’habitacle 27 est destiné à opérer un échange thermique avec le fluide réfrigérant.
Le fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur 13 atteint un premier point de liaison 40, situé en aval du deuxième échangeur de chaleur 13, au niveau duquel la branche de dérivation 26 est connectée au circuit primaire 25.
Cette branche de dérivation 26 s’étend du premier point de liaison 40 à un deuxième point de liaison 41 situé sur le circuit secondaire 24. Ainsi, la branche de dérivation 26 permet au fluide réfrigérant de passer du circuit primaire 25 au circuit secondaire 24. Il est à noter que la branche de dérivation 26 comprend un clapet anti-retour 10 qui, lorsque le fluide réfrigérant transite par la branche dérivation 26, empêche le passage du fluide réfrigérant du circuit secondaire 24 au circuit primaire 25, notamment lorsque le circuit de fluide réfrigérant 1 assure la fonction de refroidissement.
Sur le circuit primaire 25, en aval du premier point de liaison 40 se situe une première vanne 11. Cette première vanne 11 prend deux positions, une position ouverte et une position fermée. Dans sa position ouverte, la première vanne 11 permet au fluide réfrigérant d’emprunter le circuit primaire 25. Dans cette position ouverte de la première vanne 11, le fluide réfrigérant n’emprunte pas la branche de dérivation 26 en raison du différentiel de pression entre le circuit secondaire 24 et le circuit primaire 25. Dans sa position fermée, la première vanne 11 empêche le fluide réfrigérant d’emprunter le circuit primaire 25 au-delà du point de liaison 40. Le fluide réfrigérant emprunte alors la branche de dérivation 26 pour rejoindre le circuit secondaire 24. Avantageusement, lorsque l’élément de détente 12 génère une détente du fluide réfrigérant, la première vanne 11 est dans sa position ouverte permettant au fluide réfrigérant basse pression d’atteindre le dispositif de compression 9 en empruntant le circuit primaire 25. Lorsque l’élément de détente 12 est thermodynamiquement neutre, le fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur de chaleur 13 est à haute pression, la première vanne 11 est alors dans sa position fermée et le fluide réfrigérant emprunte la branche de dérivation 26. Il est à noter que cette première vanne 11 est avantageusement commandée électriquement et de type « tout ou rien ». Ainsi, lorsque l’élément de détente 12 est thermodynamiquement neutre, la première vanne 11 est dans position fermée tandis que lorsque l’élément de détente 12 génère une détente du fluide réfrigérant, la première vanne 11 est dans sa position ouverte.
Le fluide réfrigérant basse pression en aval de la première vanne 11 atteint le point de convergence 15, au niveau duquel se rejoignent le circuit secondaire 24 et le circuit primaire 25. Le circuit de fluide réfrigérant comprend un échangeur de chaleur 16 qui permet d’échanger des calories entre le fluide réfrigérant basse pression et le fluide réfrigérant à haute pression. Ce transfert de chaleur permet d’améliorer les performances du cycle thermodynamique mis en œuvre dans le circuit de fluide réfrigérant 1. Le circuit primaire 25, en aval du point de convergence 15 rejoint le dispositif de compression 9 et son orifice d’entrée 91.
Le circuit secondaire 24 s’étend du point de divergence 14 jusqu’au point de convergence 15 et comprend un organe de détente 6, un troisième échangeur de chaleur 7 et un moyen d’obturation 5 qui, dans le mode de réalisation représenté, est une deuxième vanne 5a. La deuxième vanne 5a est située entre le point de divergence 14 et le deuxième point de liaison 41et est avantageusement commandée électriquement et de type « tout ou rien ». La deuxième vanne 5a présente deux positions, une position ouverte dans laquelle la deuxième vanne 5a permet au fluide réfrigérant à haute pression d’emprunter le circuit secondaire 24 et une position fermée dans laquelle la deuxième vanne 5a empêche le fluide réfrigérant haute pression d’emprunter le circuit secondaire 24.
L’organe de détente 6, situé en aval de la deuxième vanne 5a, entre le deuxième point de liaison 41 et le troisième échangeur de chaleur 7, est un composant du circuit secondaire 24 apte à générer une détente du fluide réfrigérant, c’est-à-dire à diminuer la pression du fluide réfrigérant. Cette détente du fluide réfrigérant à haute pression participe à l’évaporation du fluide réfrigérant au sein du deuxième échangeur de chaleur 7. En raison des principes de la thermodynamique mis en œuvre dans le circuit de fluide réfrigérant 1, le passage du fluide réfrigérant de l’état liquide, en sortie du premier échangeur de chaleur 2, à l’état gazeux en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 génère des frigories.
Il est à noter que dans un mode de réalisation alternatif de l’invention, l’organe de détente 6 peut être le moyen d’obturation 5. Dans ce cas le moyen d’obturation 5 assure la détente du fluide réfrigérant et module le passage du fluide réfrigérant jusqu’au troisième échangeur de chaleur 7.
L’installation 20 comprend le radiateur 8 et le troisième échangeur de chaleur 7 qui, dans le mode de réalisation représenté, est utilisé comme évaporateur. Le radiateur 8 et le troisième échangeur de chaleur 7 sont parcourus par un flux d’air intérieur 28, provenant de l’extérieur ou de l’intérieur de l’habitacle du véhicule et allant vers l’habitacle du véhicule. Ainsi, au sein de cette installation 20, un échange thermique s’opère entre le flux d’air intérieur 28 et d’une part le troisième échangeur de chaleur 7 et d’autre part le radiateur 8. Un capteur de température 17 installé dans le flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 mesure la température du flux d’air intérieur 28. Cette donnée relative à la température du flux d’air intérieur 28 est transmise à un dispositif de gestion, tel qu’un calculateur, pour moduler la position de la deuxième vanne 5a. Il est à noter que dans un mode de réalisation alternatif, le calculateur peut également communiquer cette donnée relative à la température du flux d’air intérieur 28 au moyen d’obturation 5. Le fluide réfrigérant à basse pression, en sortie du troisième échangeur de chaleur 7, rejoint le circuit primaire 25, au niveau du point de convergence 15, en amont du dispositif de compression 9.
Ainsi, les vannes 11 et 5a modulent le circuit de fluide réfrigérant pour permettre au fluide réfrigérant de circuler entre le circuit primaire 25, le circuit secondaire 24 et la branche de dérivation 26. Cette circulation modulable du fluide réfrigérant permet au circuit de fluide réfrigérant d’assurer différentes fonctions, et notamment les fonctions de chauffage, de refroidissement et de déshumidification de l’habitacle du véhicule.
La illustre une variante du circuit de fluide réfrigérant 1, dans cette variante le premier échangeur de chaleur 2 est installé dans l’installation 20 et opère un échange thermique avec un fluide qui, dans le mode de réalisation représenté, est le flux d’air intérieur 28. Cette variante du circuit de fluide réfrigérant 1 lui permet de s’affranchir de la boucle de liquide caloporteur 200.
La illustre le circuit de fluide réfrigérant 1 assurant la fonction de réfrigération de l’habitacle du véhicule. Dans cette configuration du circuit de fluide réfrigérant 1, chacune de la première vanne 11 et de la deuxième vanne 5a sont dans leur position fermée. Dans cette configuration du circuit de fluide réfrigérant 1, le fluide réfrigérant circule selon un sens de circulation du fluide réfrigérant 30 dans le circuit primaire 25, la branche de dérivation 26 et le circuit secondaire 24. Dans cette configuration du circuit de fluide réfrigérant 1 représentée par la , l’élément de détente 12 est thermodynamiquement neutre et le deuxième échangeur de chaleur 13 est utilisé comme condenseur. Le fluide réfrigérant subit une unique détente au niveau de l’organe de détente 6. Le flux d’air intérieur 28 opère un échange thermique avec le troisième échangeur de chaleur 7 de telle sorte que le flux d’air intérieur 28 en sortie de l’installation 20 abaisse la température de l’habitacle du véhicule par rapport à la température extérieure à l’habitacle du véhicule.
La illustre le circuit de fluide réfrigérant 1 assurant la fonction de chauffage de l’habitacle du véhicule. Dans cette configuration du circuit de fluide réfrigérant 1, la première vanne 11 est dans sa position ouverte, tandis que la deuxième vanne 5a est dans sa position fermée. Le fluide réfrigérant circule dans le circuit primaire 25 et ne circule pas dans le circuit secondaire 24 et dans la branche de dérivation 26. Ce fluide réfrigérant circule dans le circuit de fluide réfrigérant 1 selon un sens de circulation du fluide réfrigérant 30 allant du dispositif de compression 9 au deuxième échangeur de chaleur 13, assurant la fonction d’évaporateur, et de ce deuxième échangeur de chaleur 13 jusqu’au dispositif de compression 9. Dans cette configuration de la deuxième vanne 5a, le fluide réfrigérant ne rejoint pas le troisième échangeur de chaleur 7, qui, n’étant pas alimenté en fluide réfrigérant, est thermiquement neutre. Au sein de l’installation 20, un échange de calories s’opère entre le flux d’air intérieur 28 et le radiateur 8 de telle sorte que le flux d’air intérieur 28 est apte à augmenter la température de l’habitacle par rapport à la température extérieure à l’habitacle. Il est à noter que dans le mode de réalisation représenté par la , le premier échangeur de chaleur 2 opère indirectement un échange de calories avec le flux d’air 28 au moyen de la boucle de liquide caloporteur 200.
La illustre le circuit de fluide réfrigérant 1 assurant la déshumidification de l’habitacle du véhicule en palliant les contraintes de givrage du troisième échangeur de chaleur 7 et en offrant un chauffage du flux d’air intérieur 28. Dans la configuration représentée par la , le fluide réfrigérant circule parallèlement dans le circuit primaire 25 et dans le circuit secondaire 24. La première vanne 11 du circuit primaire 25 est dans sa position ouverte et l’élément de détente 12 génère une détente du fluide réfrigérant haute pression provenant du premier échangeur de chaleur 2, le troisième échangeur de chaleur 13 se comporte alors comme un évaporateur.
Selon le procédé objet de l’invention, la deuxième vanne 5a est alternativement dans sa position ouverte, dans laquelle le troisième échangeur de chaleur 7 est alimenté en fluide réfrigérant, et dans sa position fermée, dans laquelle la deuxième vanne 5a empêche le fluide réfrigérant d’atteindre le troisième échangeur de chaleur 7.
Cette alternance entre la position ouverte et la position fermée de la deuxième vanne 5a est fonction de la température du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7. Ainsi, le capteur de température 17 communique des informations relatives à la température du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 à un dispositif de gestion, tel qu’un calculateur, qui commande la deuxième vanne 5a. La deuxième vanne 5a est configurée pour être dans sa position fermée lorsque la température du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 est, dans le mode de réalisation représenté, inférieure ou égale à 3°C et dans sa position ouverte lorsque la température du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 est, dans le mode de réalisation représenté, supérieure ou égale à 7°C.
Il est à noter que lorsque la deuxième vanne 5a passe de sa position ouverte à sa position fermée, c’est-à-dire lorsque la température du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 est inférieure ou égale à 3°C, le troisième échangeur de chaleur 7 n’est plus alimenté en fluide réfrigérant et la température du flux d’air intérieur 28 en sortie de ce troisième échangeur de chaleur 7 augmente progressivement. De manière similaire, lorsque la deuxième vanne 5a passe de sa position fermée à sa position ouverte, c’est-à-dire lorsque la température du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 est supérieure ou égale à 7°C, le troisième échangeur de chaleur 7 est alimenté en fluide réfrigérant et la température du flux d’air intérieur 28 en sortie de ce troisième échangeur de chaleur 7 diminue progressivement.
Ainsi, l’alternance entre la position fermée et la position ouverte de la deuxième vanne 5a permet de maintenir la température du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 entre sensiblement 3°C et 7°C sans néanmoins impacter négativement le cycle thermodynamique qui conduirait, sans l’invention, à un ralentissement de la vitesse de rotation du dispositif de compression et par conséquent l’impossibilité de produire suffisamment de calories dans le premier échangeur de chaleur 2 pour chauffer in fine l’habitacle.
Par ailleurs, cette alternance entre la position fermée et la position ouverte de la deuxième vanne 5a permet de maintenir la température du radiateur 8 suffisamment haute pour pouvoir réchauffer le flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7. En effet, cette alternance entre position ouverte et position fermée de la deuxième vanne 5a permet de maintenir un niveau de pression élevé dans la partie basse pression du circuit de fluide réfrigérant 1. En maintenant le troisième échangeur de chaleur 7 à un niveau de température entre 3°C et 7°C, la pression de fluide réfrigérant dans la partie basse pression du circuit de fluide réfrigérant 1 permet de maintenir une vitesse de rotation du dispositif de compression 9 élevée. Cette vitesse de rotation du dispositif de compression 9 permet de maintenir un niveau de condensation élevé au niveau du premier échangeur de chaleur 2, apte à réchauffer le flux d’air intérieur 28.
La illustre un premier graphique 39 représentant une première évolution d’une température 31 du flux d’air intérieur 28 en sortie troisième échangeur de chaleur 7 en fonction du temps 35. Lors de la mise en fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 1, selon sa fonction de déshumidification dans des conditions de température extérieure inférieure à un premier seuil de 12°C, la deuxième vanne 5a est dans sa position ouverte et la température 31 du flux d’air intérieur 28 diminue progressivement jusqu’à atteindre une deuxième température T2 qui, dans le mode de réalisation représenté, est sensiblement inférieure ou égale à 3°C. Lorsque la température 31 du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 atteint cette deuxième température T2, la deuxième vanne 5a passe dans sa position fermée et la température 31 du flux d’air intérieur 28 remonte progressivement jusqu’à atteindre une première température T1 qui, dans le mode de réalisation représenté, est sensiblement supérieure ou égale à 7°C. Il est à noter que les températures T1 et T2 peuvent être variées selon la température souhaitée dans le troisième échangeur de chaleur 7. Par exemple, les températures T1 et T2 peuvent respectivement être de 3,8°C et 3°C, ainsi la température dans le troisième échangeur de chaleur 7 oscille entre 3°C et 3,8°C.
Lorsque la température 31 du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 atteint cette première température T1 en ayant préalablement atteint la deuxième température T2, la deuxième vanne 5a bascule en position ouverte et la température 31 du flux d’air intérieur 28 diminue progressivement jusqu’à atteindre de nouveau la deuxième température T2. Un tel cycle se répète au fur et à mesure que le temps 35 s’écoule, dès lors que les conditions préalables sont respectées.
Ainsi, l’alternance de passages entre la position ouverte et la position fermée de la deuxième vanne 5a permet à la température 31 du flux d’air intérieur 28 en sortie du troisième échangeur de chaleur 7 d’osciller autour d’une première température cible 32 qui, dans le mode de réalisation représenté, est sensiblement égale à 5°C, selon un phénomène périodique dans lequel chaque période représente une unité de temps similaire.
La illustre un deuxième graphique 42 représentant l’évolution d’une température 36 du flux d’air intérieur 28 en sortie du radiateur 8 en fonction du temps 35. Lors de la mise en fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 1, selon sa fonction de déshumidification dans des conditions de température extérieure inférieure à un premier seuil, compris entre 9°C et 11°C, la température 36 du flux d’air intérieur 28 en sortie du radiateur 8 augmente progressivement jusqu’à se stabiliser autour d’une deuxième température cible 45 demandée par l’utilisateur.
Ainsi, l’alternance entre la position ouverte et la position fermée de la deuxième vanne 5a permet d’assurer au dispositif de compression 9 une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation que celui-ci aurait pris sans la méthode de cyclage selon l’invention.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien les buts qu’elle s’était fixée, et permet de proposer un procédé de déshumidification de l’habitacle d’un véhicule en maintenant la température du flux d’air intérieur en sortie de l’installation à un niveau suffisamment élevé pour assurer le confort des occupants du véhicule, sans qu’il soit nécessaire d’ajouter un système de chauffage auxiliaire. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en œuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, elles comprennent un procédé de déshumidification conforme à l’invention.
Claims (11)
- Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule mettant en œuvre un circuit de fluide réfrigérant (1) du véhicule parcouru par un fluide réfrigérant et comprenant au moins un circuit primaire (25) et un circuit secondaire (24), le circuit primaire (25) comprenant au moins un dispositif de compression (9) du fluide réfrigérant, un premier échangeur de chaleur (2) configuré pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un fluide, un élément de détente (12) et un deuxième échangeur de chaleur (13) configuré pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur (27) à l’habitacle du véhicule, le circuit secondaire (24) étant connecté au circuit primaire (25) en parallèle du deuxième échangeur de chaleur (13) et de l’élément de détente (12) et comprenant un organe de détente (6) et un troisième échangeur de chaleur (7) configuré pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air intérieur (28) envoyé dans l’habitacle du véhicule, le circuit secondaire (24) comprenant au moins un moyen d’obturation (5) apte à prendre une position fermée dans laquelle la circulation du fluide réfrigérant est empêchée au sein du circuit secondaire (24) et une position ouverte autorisant la circulation du fluide réfrigérant au sein du circuit secondaire (24), le circuit primaire (25) et le circuit secondaire (24) sont parcourus simultanément par le fluide réfrigérant, procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule au cours duquel l’élément de détente (12) et l’organe de détente (6) opère une détente et où le deuxième échangeur de chaleur (13) et le troisième échangeur de chaleur (7) assure l’évaporation du fluide réfrigérant caractérisé en ce que, à une température d’air extérieur à l’habitacle inférieure à un premier seuil, le procédé de déshumidification met en œuvre :
- au moins une première étape dans laquelle, à une température du flux d’air intérieur (28) en sortie du troisième échangeur de chaleur (7) supérieure à une première température (T1), le moyen d’obturation (5) est placé dans sa position ouverte,
- au moins une deuxième étape dans laquelle, à une température du flux d’air intérieur (28) en sortie du troisième échangeur de chaleur (7) inférieure à une deuxième température (T2), le moyen d’obturation (5) est placé dans sa position fermée, la deuxième température (T2) étant inférieure à la première température (T1). - Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (2) élève la température du flux d’air intérieur (28).
- Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule selon l’une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d’obturation (5) du circuit secondaire (24) est une vanne (5a) de type « tout-ou-rien ».
- Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l’organe de détente (6) est également le moyen d’obturation (5).
- Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de compression (9) régule la température du flux d’air intérieur (28) par adaptation de sa vitesse de rotation.
- Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsqu’une température (31) du flux d’air intérieur (28) en sortie du troisième échangeur de chaleur (7) passe de la première température (T1) à la deuxième température (T2), le moyen d’obturation (5) est placé dans sa position ouverte.
- Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque la température (31) du flux d’air intérieur (28) en sortie du troisième échangeur de chaleur (7) passe de la deuxième température (T2) à la première température (T1), le moyen d’obturation (5) est placé dans sa position fermée.
- Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier seuil est une température comprise entre 5°C et 12°C.
- Procédé de déshumidification d’un habitacle d’un véhicule selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cycle d’ouvertures et de fermetures du moyen d’obturation (5) s’opère selon une fréquence inférieure à trois cycles par minute.
- Procédé de déshumidification selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième échangeur de chaleur (13) participe thermodynamiquement à augmenter la température du flux d’air intérieur (28) en tirant profit de la chaleur captée dans le flux d’air extérieur (27).
- Circuit de fluide réfrigérant (1) comprenant au moins un circuit primaire (25) et au moins un circuit secondaire (24), le circuit primaire (25) comprenant au moins un dispositif de compression (9), un premier échangeur de chaleur (2), un élément de détente (12) et un deuxième échangeur de chaleur (13), le circuit secondaire (24) étant connecté au circuit primaire (25) en parallèle du deuxième échangeur de chaleur (13) et de l’élément de détente (12) et comprenant un organe de détente (6) et un troisième échangeur de chaleur (7) ainsi qu’au moins un moyen d’obturation (5) apte à prendre une position fermée dans laquelle la circulation du fluide réfrigérant est empêchée au sein du circuit secondaire (24) et une position ouverte autorisant la circulation du fluide réfrigérant au sein de circuit secondaire (24), le circuit primaire (25) et le circuit secondaire (24) sont parcourus simultanément par le fluide réfrigérant, le moyen d’obturation (5) étant dans sa position ouverte, caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant (1) met en œuvre le procédé de déshumidification selon l’une quelconque des revendications précédentes, le moyen d’obturation (5) étant configuré pour être actionné de façon cyclique.
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