WO2013000547A1 - Circuit de fluide refrigerant avec deux moyens de stockage du fluide refrigerant - Google Patents

Circuit de fluide refrigerant avec deux moyens de stockage du fluide refrigerant Download PDF

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WO2013000547A1
WO2013000547A1 PCT/EP2012/002581 EP2012002581W WO2013000547A1 WO 2013000547 A1 WO2013000547 A1 WO 2013000547A1 EP 2012002581 W EP2012002581 W EP 2012002581W WO 2013000547 A1 WO2013000547 A1 WO 2013000547A1
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WO
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refrigerant
storage means
heat exchanger
heat exchange
coolant
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/002581
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English (en)
Inventor
Imed Guitari
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/323—Cooling devices using compression characterised by comprising auxiliary or multiple systems, e.g. plurality of evaporators, or by involving auxiliary cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/3213—Control means therefor for increasing the efficiency in a vehicle heat pump

Definitions

  • the technical sector of the present invention is that of assemblies or systems used to condition a flow of air entering a passenger compartment of a motor vehicle. More particularly, the invention relates to a refrigerant circuit used in heating mode, otherwise called heat pump, or in cooling mode.
  • the invention optimizes the architecture and performance of such a circuit, while reducing the amount of refrigerant i o necessary for the operation of this circuit, both in the heating mode and in the cooling mode.
  • a motor vehicle is conventionally equipped with a loop or air conditioning circuit inside which circulates a refrigerant.
  • This loop conventionally comprises a compressor, a condenser, an expansion valve and a
  • Evaporator traveled in this order by the refrigerant.
  • the evaporator is mounted inside a ventilation, heating and / or air conditioning installation generally placed in the passenger compartment of the vehicle to provide the latter with a flow of hot air or a cold air flow depending on the temperature. a request from the user of the vehicle.
  • the condenser is conventionally installed in front of the
  • This air conditioning loop can be used in cooling mode or heating mode.
  • cooling mode the coolant is sent to the condenser where the coolant is cooled by the outside air flow. Then, the refrigerant circulates towards the regulator where it undergoes a
  • the refrigerant fluid passing through the evaporator is then heated by the flow of air entering the ventilation system, which is correlatively reflected by a cooling of this air flow in order to air condition the passenger compartment of the vehicle.
  • the circuit being a closed loop, the refrigerant then returns to the compressor.
  • the fluid In heating mode, the fluid is circulated by the compressor which sends it to the evaporator.
  • the latter then behaves as a condenser, where the coolant is cooled by the air circulating in the ventilation system. This air is heated in contact with the evaporator and thus provides calories to the cabin of the vehicle.
  • the refrigerant After passing through the evaporator, the refrigerant is expanded by a regulator before arriving in the condenser.
  • the outside air flow then heats the refrigerant.
  • the outside air flow is therefore cooler after passing through the condenser compared to its temperature before passing through the condenser.
  • the refrigerant then returns to the compressor.
  • a first disadvantage of this organization is that it requires the use of a large amount of refrigerant.
  • a second disadvantage lies in the fact that this organization requires the use of a pilot valve connected to the bottle. The front panel exchanger thus becomes
  • the object of the present invention is therefore to solve the disadvantages described above mainly by proposing a circuit, or air conditioning loop, adapted to the operation according to a heating mode and according to a cooling mode, such a loop having a means of to improve the performance of the circuit at least in the heating mode and which also makes it possible to limit the amount of refrigerant fluid on board the circuit.
  • the subject of the invention is therefore a refrigerant circuit for thermally conditioning a passenger compartment of a vehicle, comprising:
  • a compressor intended to circulate, for example to compress, the refrigerant fluid, an internal exchanger arranged to ensure a heat exchange with the coolant in order to heat an interior air flow intended to be sent into the passenger compartment,
  • a first expansion element installed between the inner heat exchanger and an external heat exchanger, the external heat exchanger being arranged to ensure a heat exchange between the refrigerant and an air flow, referred to as the external air flow, disposed at the outside the cabin,
  • an evaporator arranged to ensure cooling of the internal air flow by heat exchange with the refrigerant
  • first refrigerant storage means installed downstream of the first expansion member and upstream of the compressor, characterized in that it comprises a second refrigerant storage means installed between an outlet of a first portion of the heat exchange of the inner heat exchanger or the external heat exchanger and the first expansion member,
  • first reserve part of the circulating coolant charge is stored in the first storage means, otherwise called first reserve, and this part is mainly used for the cooling mode, while another part of the circulating charge is stored in the second storage means, also called second reserve, for use in heating mode.
  • second reserve part of the circulating coolant charge is stored in the second storage means, also called second reserve.
  • only one of said storage means is implemented in the heating mode or in the cooling mode so that a transfer of the refrigerant reserve takes place in the transition period from the heating mode to the heating mode.
  • cooling mode and aims and versa
  • the second storage means is installed between the first heat exchange portion and a second heat exchange portion of the inner heat exchanger or the external heat exchanger. It is understood here that the storage means is integrated in the exchanger interior so as to form a unitary unit or monobloc.
  • the first heat exchange portion is a refrigerant condensing zone while the second storage means separates the cooling fluid leaving the first portion into a gaseous phase and a liquid phase, said second heat exchange portion being a subcooling zone of the coolant in the liquid state leaving the second storage means.
  • the internal exchanger is thus arranged to carry out the condensation phase necessary for the operation of the thermodynamic cycle in the heating mode and the coefficient of performance of the circuit is improved by a subcooling phase consisting of a lowering of the temperature of the refrigerating fluid in liquid phase by heat exchange with the interior air flow sent into the passenger compartment or a heat transfer fluid intended to circulate in a radiator dedicated to heating the air of the passenger compartment.
  • the invention thus takes advantage of the specific heat exchange that takes place between the air flow or the coolant and the refrigerant fluid in the liquid phase to increase the amount of calories transmitted to the indoor air flow while minimizing the energy consumed by the compressor.
  • the circuit comprises a first refrigerant circulation branch which bypasses the internal exchanger, the refrigerant circulation in said first branch being placed under the control of a first control means.
  • a first control means in particular the possibility to authorize or prohibit the circulation in the branch concerned, which respectively results in a lack of circulation or a circulation authorization of the refrigerant in the indoor exchanger.
  • the circuit comprises a second refrigerant circulation branch which bypasses the evaporator, the refrigerant circulation in said second branch being placed under the control of a second control means.
  • the latter has in particular the possibility of authorizing or prohibiting the circulation in the branch concerned, which results respectively in a lack of circulation or a circulation authorization of the refrigerant in the evaporator.
  • the circuit comprises a internal exchanger arranged to perform a heat exchange between the refrigerant located between the inner heat exchanger and the first expansion member and the refrigerant fluid downstream of the external heat exchanger.
  • This internal exchanger contributes to improving the thermodynamic efficiency of the circuit 5 when it is operated in the heating mode.
  • the circuit comprises a second expansion element installed between the external heat exchanger and the evaporator.
  • the first refrigerant storage means has an internal volume at most two times greater than an internal volume of the second storage means.
  • Such a structure contributes to the objective pursued by the invention according to which the quantity of coolant is reduced.
  • the first storage means is installed between a first heat exchange portion and a second heat exchange portion of the external heat exchanger.
  • the first heat exchange portion is a condensing zone of the refrigerant fluid
  • the first storage means separates the cooling fluid leaving the first portion into a gaseous phase and a liquid phase
  • said second heat exchange portion being a subcooling zone of the refrigerant fluid 20 in the liquid state leaving the first storage means.
  • a first advantage of the invention lies in the possibility of reducing the amount of refrigerant charged in a circuit capable of operating a heating mode and a cooling mode.
  • Another advantage lies in the possibility of designing and manufacturing a front face exchanger of simple structure and which does not include a pilot valve necessary for the operation of the heating mode, as presented in the prior art mentioned above.
  • circuit according to the invention provides a high performance solution, that is to say, a high efficiency, for the cooling mode but also for the heating mode, while retaining a limited number of components.
  • FIG 1 is a schematic view of an embodiment of the circuit according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of the embodiment of FIG. 1 operating according to a heating mode
  • FIG 3 is a schematic view of the embodiment of Figure 1 operating in a cooling mode
  • FIG. 4 is a diagrammatic view of a variant of the circuit according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of the variant of FIG. 4 operating according to a heating mode
  • FIG 6 is a schematic view of the variant of Figure 4 operating in a cooling mode
  • FIG 7 is a schematic view of another embodiment of the invention.
  • FIG. 1 illustrates a circuit 1 according to the invention.
  • the architecture of this circuit will be described in the following, whatever the mode of operation, and then, in a second step, the path taken or borrowed by a refrigerant will be described. circulating in the circuit for each of the modes of operation.
  • upstream and downstream refer to the direction of movement of the fluid considered in the component under consideration.
  • the circuit comprises portions in solid lines symbolizing the circulation of the refrigerant during the operating mode in question and dashed portions in which the coolant does not circulate.
  • the circuit 1 otherwise called air conditioning loop or refrigerant circuit, is a closed loop inside which a refrigerant circulates.
  • the coolant is of the type of a supercritical fluid, such as carbon dioxide, for example, known as R744. It can also be a subcritical fluid, such as the hydrofluorocarbon known by the acronym R134a or a a low-greenhouse-effect refrigerant, that is, able to offer a sustainable solution for car air conditioners, known as HF01234yf.
  • Such a circuit serves to condition, that is to say adjust the temperature and humidity, the air present in a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the refrigerant is circulated by a compressor 2, for example, driven by an electric motor, in particular integrated in a compressor housing.
  • the function of the latter is to circulate the refrigerant fluid within the circuit by raising its pressure and temperature.
  • the compressor 2 can also be driven by a pulley set in motion by an internal combustion engine mounted on the vehicle, in particular via a belt.
  • first part 3 of circuit 1 At the outlet of compressor 2, there is a first part 3 of circuit 1 and a first branch 4 of the circuit, the first branch being installed in parallel with respect to first part 3.
  • First part 3 and first branch 4 start and are separated from one another at a point of divergence 5 and terminate at a point of convergence 6 where the first part 3 and the first branch 4 meet.
  • the divergence point 5 is situated directly downstream of the compressor 2, that is to say between a discharge orifice of the compressor and an inlet of any one of the active components on the thermodynamic cycle installed either in the first part 3, in the first branch 4.
  • the convergence point 6 is located in the circuit 1 directly upstream of an inlet orifice of an external exchanger 7, that is to say between the inlet orifice of the external exchanger 7 and the any of the active components on the thermodynamic cycle installed either in the first part 3 or in the first branch 4.
  • the first part 3 of the circuit 1 comprises an internal exchanger 8 arranged to ensure a heat exchange with the refrigerant to heat an interior air flow 9 sent into the passenger compartment.
  • This exchanger is called “interior” in that it is intended to change the temperature of the interior air flow 9 sent into the passenger compartment.
  • the fluid that exchanges with the cooling fluid is a liquid coolant fluid circulating in a secondary loop 12.
  • This liquid coolant fluid is responsible for transporting the heat generated by the refrigerant to bring them into a radiator 10.
  • the latter is mounted in a housing 11 of a ventilation system heating, and / or air conditioning that interacts with the circuit 1.
  • This radiator then dissipates the calories transported by the coolant in the interior air flow 9.
  • the circulation of the coolant liquid is implemented by a pump 13, advantageously driven by an electric motor.
  • the inner heat exchanger 8 is a refrigerant / liquid fluid heat exchanger and the radiator 10 is a fluid / air heat exchanger.
  • the invention may be devoid of secondary loop.
  • the inner heat exchanger 8 is in this case a refrigerant / air heat exchanger and it is then installed directly in the housing 11 to be traversed by the flow of indoor air to be heated.
  • the first part 3 of the circuit 1 also comprises a first expansion member 14 installed between the inner heat exchanger 8 and the outer heat exchanger 7. More specifically, the first expansion member 14 is installed between an outlet orifice of the internal heat exchanger 8 and the inlet orifice of the external exchanger 7, the convergence point 6 being placed between an outlet of the first expansion member 14 and the inlet opening of the external exchanger 7.
  • the first expansion member 14 is responsible for lowering the pressure of the refrigerant, and thus provide relaxation necessary for the operation of the thermodynamic cycle that takes place in the refrigerant circuit 1 when it operates in heating mode.
  • such an expansion member takes the form of a fixed orifice or a thermostatic expansion valve, as illustrated in FIG. 1.
  • such a first expansion member 14 may also take the form of a pressure reducer. electronically controlled.
  • the expansion member is preferably a thermostatic valve which, in the heating mode of the circuit, ensures optimum superheating at the outlet of the external exchanger 7 in order to improve the performance of the circuit and to ensure compressor protection. 2 against the absorption of coolant in the liquid state when the circuit is in heating mode.
  • the inner heat exchanger 8 comprises a first heat exchange portion In which a condensation phase of the refrigerant fluid of the indoor exchanger takes place.
  • a reserve of refrigerant fluid hereinafter referred to as second refrigerant storage means 16, is installed in the first part 3 directly downstream of the first portion 15 of the internal exchanger 8.
  • the second storage means 16 refrigerant fluid is interposed between an outlet of the first heat exchange portion 15 of the inner heat exchanger 8 and the inlet of the first expansion member 14.
  • the second refrigerant storage means 16 is installed between the first heat exchange portion 15 and a second heat exchange portion 17 of the inner heat exchanger.
  • the second storage means 16 is thus directly downstream of the first portion 15 and directly upstream of the second portion 17 of the inner exchanger 8.
  • an interior exchanger 8 which comprises the first heat exchange portion 15, the storage means 16 and the second heat exchange portion 17 in a unitary or monoblock manner. Such an arrangement facilitates the integration of this component in the circuit 1.
  • the second storage means forms for example a bottle having an intake port through which the refrigerant is admitted into an upper section of an internal volume. This inlet is connected to the outlet of the first heat exchange portion.
  • This bottle comprises an outlet orifice installed in the lower part of the internal volume, this outlet orifice being directly connected to an inlet of the second heat exchange portion 17.
  • the liquid phase present in the refrigerant accumulates in the lower part of the internal volume, which leads to supply the second portion 17 of heat exchange mainly coolant in the liquid state.
  • the first refrigerant circulation branch 4 bypasses the internal exchanger 8 and the refrigerant circulation in this first branch 4 is placed under the control of a first control means 18.
  • the latter allows or prohibits the displacement of the cooling fluid. within the first branch 4 so as to respectively prevent or force a flow of refrigerant in the first part 3 of the circuit 1.
  • a control means takes for example the form of a two-way valve mounted on the first branch 4 and electrically driven but it can also be a three-way valve installed in place of the divergence point 6 or the convergence point 5.
  • the circuit 1 furthermore includes the heat exchanger referenced 7 which is described as "outside”, in that it is designed to perform a heat exchange between an outside air flow 19 to the passenger compartment of the vehicle and the fluid refrigerant circulating in the circuit 1.
  • Such an external exchanger 7 can be used as a gas cooler or condenser when the refrigerant circuit is operated in the cooling mode of the air flow sent into the passenger compartment.
  • This same exchanger can also be used as an evaporator when the refrigerant circuit is operated in heating mode of the air flow sent into the passenger compartment.
  • the external exchanger is divided into a first portion 29 and a second heat exchange portion 30, the first portion being upstream of the second portion in the direction of movement of the refrigerant in the external exchanger.
  • the second portion 30 behaves as a subcooling portion where the cooling fluid in the liquid state is cooled.
  • the front surface of this second portion 30, that is to say the face receiving the outside air flow 19, advantageously represents between 30% and 50% of the total surface of the face of the external exchanger 7 traversed by the outside air flow 19. This range of values is understood in a case where the structure of the portions is identical.
  • the circuit 1 comprises a second circuit part 20 which starts at a discharge orifice of the external exchanger 7 and ends at an inlet of the compressor 2. This second part 20 passes through the first expansion member 14 when the This is a thermostatic expansion valve.
  • This second part 20 of the circuit 1 comprises an evaporator 21 arranged to ensure cooling of the internal air flow 9 by heat exchange with the refrigerant.
  • This evaporator 21 is installed in the housing 1 1 so as to be traversed by the interior air flow 9.
  • This evaporator 21 is placed upstream of the internal exchanger 8, or the radiator 10 in the case where the circuit comprises a secondary loop 12, depending on the direction of movement of the air flow 9 inside the housing 11.
  • This component is a heat exchanger for cooling the interior air flow 9 which passes through when the circuit is in cooling mode.
  • This evaporator also ensures drying of the interior air flow 9 by condensation on its outer walls.
  • a second expansion member 22 for lowering the pressure of the refrigerant fluid, and thus ensuring a necessary relaxation the operation of the thermodynamic cycle which takes place in the refrigerant circuit 1.
  • a second expansion member 22 takes the form of a fixed calibrated orifice, as is the case in the figures, but it can also be an electronically controlled expansion valve or a thermostatic expansion valve.
  • the second circuit 20 further comprises a first refrigerant storage means 23, this first storage means 23 is a device distinct from the second storage means 16.
  • the first storage means 23 is installed downstream of the first expansion element 14 and upstream of the compressor 2, advantageously directly upstream of the compressor 2.
  • the first refrigerant storage means 23 is installed directly downstream of the evaporator 21.
  • the first storage means 23 is interposed on the second part 20 of the circuit 1 between an outlet orifice of the evaporator 21 and the inlet of the compressor 2.
  • the first storage means 23 is formed, in particular, by an accumulator, that is to say a container in which accumulates the refrigerant comprising a a tube which, on one side is connected to an outlet of the accumulator itself directly connected to the compressor 2, and the other side is arranged to collect the refrigerant in the gaseous state.
  • the circuit 1 further comprises a second branch 24 for circulating the refrigerant which bypasses the expansion member 22 and the evaporator 21, the refrigerant circulation in this second branch being placed under the control of a second means of control 25.
  • the second part 20 of the circuit 1 and the second branch 4 separate from one another at a point of separation 26 and meet at a point mixing 27.
  • the point of separation 26 is situated directly downstream of the outlet of the low-pressure refrigerant of the expansion member 14, that is to say between the outlet orifice of this first expansion member 14 and the inlet of the second detent member 22.
  • the mixing point 27 is placed directly upstream of the first coolant storage means 23, that is to say between the outlet orifice of the evaporator 21 and an inlet orifice of the first means. storage 23.
  • the second control means 25 allows or prohibits the displacement of the refrigerant fluid within the second branch 24 in order respectively to prevent or allow a circulation of refrigerant fluid in a portion of the second portion 20 of the circuit 1, this portion comprising the second expansion member 22 followed by the evaporator 21.
  • a control means takes for example the form of a two-way valve mounted on the second branch 24 and electrically controlled but it can also be a three-way valve installed instead of the point of separation 26 or the mixing point 27.
  • the circuit 1 comprises an internal exchanger 28 arranged to perform a heat exchange between the refrigerant circulating between the inner exchanger 8 and the first expansion member 14 and the refrigerant circulating downstream of the first expansion member 14, advantageously between the outlet orifice of the external exchanger 7 and an inlet of the second control means 25.
  • this internal exchanger 28 is placed partly in the first part 3 of the circuit 1 and, secondly, in the second branch 25 which bypasses the evaporator 21.
  • This internal exchanger 28 performs a heat exchange between a high pressure / high temperature portion of the refrigerant and a low pressure / low temperature part of the refrigerant.
  • Such an internal exchanger contributes to improving the performance of the circuit in the heating mode, while remaining completely neutral in cooling mode, the low pressure part then being bypassed.
  • the first refrigerant storage means 23 has an internal volume at least twice greater than an internal volume of the second storage medium 16.
  • the volume internal of these storage means is that defined by the inner face of a wall defining these storage means.
  • the second storage means 16 has an internal volume of 150 cm 3 and the internal volume of the first storage means has a maximum value of between 400 and 700 cm 3 .
  • FIG. 1 shows the circuit 1 when it is used in heating mode of the passenger compartment.
  • the description below attempts to describe the circulation, or the absence of circulation, of the refrigerant in the circuit 1 and reference is made to FIG. 1 and its description for the structure of the components.
  • the first control member 18 is closed and the second control member 25 is open.
  • the compressor 2 raises the pressure and the temperature of the refrigerant and sends it to the first part 3 of the circuit 1.
  • the refrigerant then enters the inner heat exchanger 8 and the first heat exchange portion 15 behaves as a refrigerant condensing zone.
  • the second storage means 16 separates the cooling fluid leaving the first portion 15 into a gaseous phase and a liquid phase and supplies the second portion 17 of heat exchange fluid refrigerant in the liquid state. This second portion thus behaves as a subcooling zone of the refrigerant fluid in the liquid state, which improves the performance of the thermodynamic cycle when the circuit operates in heating mode.
  • the refrigerant charge is defined so that the storage means 16 stores a liquid quantity in its lower part and only a circulating mass of coolant circulates in the circuit to ensure its operation.
  • the inner heat exchanger 8 dissipates the calories present in the coolant inside the coolant or directly in the inner air stream 9, according to the embodiment mentioned above. This ensures the heating of the air sent into the cabin.
  • the refrigerant fluid then passes through the first expansion member 14 where it undergoes a lowering of its pressure.
  • the refrigerant then reaches the exchanger 7 outside and through the latter by undergoing heating to the benefit of the outside air flow 9, causing its evaporation and its change of state.
  • the refrigerant borrows the second branch 24 to reach the first storage means 23 through the mixing point 27.
  • the refrigerant fluid therefore does not pass through the second expansion member 22 and the evaporator 21.
  • the internal exchanger 28 is active since it is traversed by the refrigerant subjected to high temperature and by the same coolant subjected to low temperature.
  • FIG. 3 shows the circuit 1 when it is used in the cooling mode of the passenger compartment.
  • the description below attempts to describe the circulation, or the absence of circulation, of the refrigerant in the circuit 1 and reference is made to FIG. 1 and its description for the structure of the components. It should be noted that the refrigerant circulates in the same direction at
  • the first control member 18 is open and the second control member 25 is closed.
  • the compressor 2 raises the pressure and the temperature of the refrigerant and sends it to the first branch 4 of the circuit 1 where it joins the external exchanger 7.
  • the refrigerant is then cooled by the outside air flow 9 which passes through this outdoor exchanger.
  • the refrigerant fluid joins the second expansion member where it undergoes a lowering of its pressure.
  • the refrigerant thus expanded enters the evaporator 21 where it cools the interior air flow 9 to cool the passenger compartment of the vehicle.
  • the first storage means 23 then receives the refrigerant and separates the liquid phase from the gas phase to allow the latter to flow to the compressor 2.
  • the internal exchanger 28 is here inactive since the coolant is bifurcated at the point of separation 26 to the second expansion member 22.
  • the refrigerant discharged the compressor circulates mainly in the branch 4.
  • a quantity of refrigerant circulates in the branch 3 to maintain this branch under a high temperature, thereby avoiding any risk of accumulation of oil or refrigerant.
  • FIGS. 4 to 6 show an alternative embodiment of the circuit 1 illustrated in FIGS. 1 to 3.
  • the description below focuses on the differences with respect to the circuit of FIG. 1 and reference will be made to the description of the latter to know the structure of similar components.
  • a first difference lies in the location of the first refrigerant storage means 23.
  • the latter is here integrated with the external exchanger 7, advantageously so as to form a unitary component with this exchanger.
  • the first storage means 23 is installed between a first heat exchange portion 29 and a second heat exchange portion 30 of the external heat exchanger 7, where the cooling fluid thermally exchanges with the outside air flow 19.
  • the first storage means 23 is formed, for example, by a bottle having an inlet port through which the coolant is admitted into an upper section of an internal volume. This intake port is connected to the outlet of the first heat exchange portion 29.
  • This bottle comprises an outlet orifice installed in the lower part of the internal volume, this outlet orifice being directly connected to an inlet of the second heat exchange portion 30.
  • Such a circuit includes a step described as forced subcooling for the modes of heating and cooling of the passenger compartment.
  • the first storage means 23 is located between the outlet of the external exchanger 7 and the inlet of the expansion valve 22.
  • the refrigerant is in the saturated liquid state. and is sent to the expansion valve 22 without being previously undercooled.
  • a second difference lies in the installation of a second internal heat exchanger 31.
  • the latter is active in cooling mode and inactive in heating mode, in that it does not affect the performance of the circuit in heating mode. It is installed between the point of separation 26 and the entrance of second detent member 22 with respect to the high pressure / high temperature portion of the refrigerant.
  • the part of the second internal exchanger 31 borrowed by the low-temperature and low-temperature refrigerant is installed between the outlet of the evaporator 21 and the mixing point 27.
  • the second expansion member 22 is preferably a thermostatically controlled expansion valve.
  • FIG 5 shows the variant of the circuit 1 according to the heating mode.
  • the circulation is similar to that described in Figure 2 and reference is made to the description thereof for the structure.
  • the refrigerant fluid enters the first expansion member 14 where it undergoes a lowering of its pressure. Such a lowering leads to a vaporization of the coolant by heat exchange between the latter and the outside air flow 19 during its circulation within the external exchanger 7.
  • the storage means behaves as a buffer volume that has no impact on the circulating load, let alone the performance of the circuit.
  • FIG 6 shows the variant of the circuit 1 according to the cooling mode.
  • the circulation is similar to that described in Figure 3 and we will refer to the description thereof to know the structure.
  • the refrigerant compressed by the compressor 2 is sent directly into the external exchanger 7 because the first control member 18 is open.
  • the refrigerant fluid thus circulates the first branch 4.
  • the first portion 29 of heat exchange then behaves as a condensing zone of the refrigerant since the latter dissipates calories in the outside air flow 19.
  • the refrigerant fluid becomes two-phase and the liquid phase accumulates then in the first storage means 23.
  • the first storage means 23 is arranged so that only the coolant in the liquid phase enters the second exchange portion 30. thermal, the latter then behaving as a subcooling zone of the coolant in the liquid state leaving the first storage means 23.
  • the second internal heat exchanger 31 becomes active in that it allows a heat exchange between the refrigerant subjected to high pressure and high temperature and the coolant subjected to low pressure and low temperature.
  • FIG. 7 shows a circuit 1 close to that shown in FIG. 1 and the references denote similar components. Reference is made to the description of FIG. 1 for the structure and organization of the identical components, the explanation below being limited to the differences between FIG. 7 and FIG.
  • the inner heat exchanger 8 comprises only the first heat exchange portion 15. In other words, it does not include second storage means placed immediately after the first portion, as illustrated in FIG.
  • This second storage means 16 is here installed on the external heat exchanger 7, its inlet being connected to the outlet of the first portion of the external heat exchanger 7 and its outlet being connected to an inlet of the second heat exchange portion 30 of the external exchanger.
  • the circuit thus comprises the first storage means 23 installed directly upstream of the inlet of the compressor 2, and the second storage means 16 integrated into the external exchanger 7.

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Abstract

L'invention concerne un circuit (1) de fluide réfrigérant pour conditionner thermiquement un habitacle d'un véhicule, comprenant : un compresseur (2) destiné à mettre en circulation le fluide réfrigérant, un échangeur intérieur (8) agencé pour assurer un échange thermique avec le fluide réfrigérant en vue de chauffer un flux d'air intérieur (9) destiné à être envoyé dans l'habitacle, un premier organe de détente (14) installé entre l'échangeur intérieur (8) et un échangeur extérieur (7), l'échangeur extérieur (7) étant agencé pour assurer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air, dit flux d'air extérieur (19), disposé à l'extérieur de l'habitacle, - un évaporateur (21) agencé pour assurer un refroidissement du flux d'air intérieur (9) par échange thermique avec le fluide réfrigérant, un premier moyen de stockage (23) du fluide réfrigérant installé en aval du premier organe de détente (14) et en amont du compresseur (2), un second moyen de stockage (16) du fluide réfrigérant installé entre une sortie d'une première portion (15, 29) d'échange thermique de l'échangeur intérieur (8) ou de l'échangeur extérieur (7) et le premier organe de détente (14) la première portion (15, 29) d'échange thermique, le second moyen de stockage (16) et le premier moyen de stockage (23) étant traversés dans cet ordre par le fluide réfrigérant, en mode chauffage du circuit (1).

Description

CIRCUIT DE FLUIDE REFRIGERANT AVEC DEUX MOYENS DE
STOCKAGE DU FLUIDE REFRIGERANT
Le secteur technique de la présente invention est celui des ensembles ou 5 systèmes utilisés pour conditionner un flux d'air entrant dans un habitacle de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention vise un circuit de fluide réfrigérant utilisé en mode de chauffage, autrement appelé pompe à chaleur, ou en mode de refroidissement. L'invention optimise l'architecture et les performances d'un tel circuit, tout en réduisant la quantité de fluide réfrigérant i o nécessaire au fonctionnement de ce circuit, à la fois selon le mode de chauffage et selon le mode de refroidissement.
Un véhicule automobile est classiquement équipé d'une boucle ou circuit de climatisation à l'intérieur duquel circule un fluide frigorigène. Cette boucle comprend classiquement un compresseur, un condenseur, un détendeur et un
15 évaporateur parcourus dans cet ordre par le fluide frigorigène. L'évaporateur est monté à l'intérieur d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation généralement placée dans l'habitacle du véhicule pour fournir à ce dernier un flux d'air chaud ou un flux d'air froid en fonction d'une demande de l'utilisateur du véhicule. Le condenseur est quant à lui classiquement installé en face avant du
20 véhicule pour être traversé par le flux d'air extérieur au véhicule.
Cette boucle de climatisation peut être utilisée en mode de refroidissement ou en mode de chauffage. En mode de refroidissement, le fluide réfrigérant est envoyé vers le condenseur où le fluide réfrigérant est refroidi par le flux d'air extérieur. Puis, le fluide réfrigérant circule vers le détendeur où il subit un
25 abaissement de sa pression avant d'entrer dans l'évaporateur. Le fluide réfrigérant traversant l'évaporateur est alors chauffé par le flux d'air entrant dans l'installation de ventilation, ce qui se traduit corrélativement par un refroidissement de ce flux d'air dans le but de climatiser l'habitacle du véhicule. Le circuit étant une boucle fermée, le fluide réfrigérant retourne alors vers le compresseur.
30 En mode chauffage, le fluide est mis en circulation par le compresseur qui l'envoie vers l'évaporateur. Ce dernier se comporte alors comme un condenseur, où le fluide réfrigérant est refroidi par l'air circulant dans l'installation de ventilation. Cet air se chauffe donc au contact de l'évaporateur et apporte ainsi des calories à l'habitacle du véhicule. Après passage dans l'évaporateur, le fluide réfrigérant est détendu par un détendeur avant d'arriver dans le condenseur. Le flux d'air extérieur chauffe alors le fluide réfrigérant. Le flux d'air extérieur est par conséquent plus froid après son passage dans le condenseur comparé à sa 5 température avant son passage au travers du condenseur. Le fluide réfrigérant retourne alors vers le compresseur.
Une telle organisation a été améliorée en complétant la boucle de climatisation présentée ci-dessus par l'ajout d'un échangeur supplémentaire traversé par le fluide réfrigérant et dont la fonction est de chauffer l'air envoyé i o dans l'habitacle. Ainsi, cet échangeur dit « intérieur » se comporte comme un radiateur à la place de l'évaporateur, en mode de chauffage.
Une boucle de climatisation telle qu'évoquée ci-dessus est divulguée dans le document US2009/0241573. On constate qu'une bouteille référencé 286 et un accumulateur référencé 34 sont tous deux parcourus par le fluide réfrigérant
15 pendant le mode de chauffage mais également pendant le mode de refroidissement. Un premier inconvénient de cette organisation repose sur le fait qu'elle impose l'emploi d'une quantité importante de fluide réfrigérant. Un deuxième inconvénient réside dans le fait que cette organisation impose l'emploi d'une vanne pilotée reliée à la bouteille. L'échangeur de face avant devient ainsi
20 une pièce compliquée puisque, en plus de la bouteille, il reçoit la vanne pilotée électriquement. Enfin, un troisième inconvénient réside dans l'absence d'optimisation du fonctionnement du circuit quand celui est opéré en mode de chauffage.
Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients 25 décrits ci-dessus principalement en proposant un circuit, ou boucle de climatisation, adapté au fonctionnement selon un mode de chauffage et selon un mode de refroidissement, une telle boucle présentant un moyen d'améliorer les performances du circuit au moins en mode de chauffage et qui permet, par ailleurs, de limiter la quantité de fluide réfrigérant embarquée dans le circuit.
30 L'invention a donc pour objet un circuit de fluide réfrigérant pour conditionner thermiquement un habitacle d'un véhicule, comprenant :
- un compresseur destiné à mettre en circulation, par exemple à comprimer, le fluide réfrigérant, - un échangeur intérieur agencé pour assurer un échange thermique avec le fluide réfrigérant en vue de chauffer un flux d'air intérieur destiné à être envoyé dans l'habitacle,
- un premier organe de détente installé entre l'échangeur intérieur et 5 un échangeur extérieur, l'échangeur extérieur étant agencé pour assurer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air, dit flux d'air extérieur, disposé à l'extérieur de l'habitacle,
- un évaporateur agencé pour assurer un refroidissement du flux d'air intérieur par échange thermique avec le fluide réfrigérant,
o - un premier moyen de stockage du fluide réfrigérant installé en aval du premier organe de détente et en amont du compresseur, caractérisé par le fait qu'il comprend un second moyen de stockage du fluide réfrigérant installé entre une sortie d'une première portion d'échange thermique de l'échangeur intérieur ou de l'échangeur extérieur et le premier organe de 5 détente,
- la première portion d'échange thermique, le second moyen de stockage et le premier moyen de stockage étant traversés dans cet ordre par le fluide réfrigérant, en mode chauffage du circuit.
Ainsi, une partie de la charge circulante de fluide réfrigérant est stockée o dans le premier moyen stockage, autrement appelé première réserve, et cette partie est principalement utilisée pour le mode de refroidissement, alors qu'une autre partie de la charge circulante est stockée dans le second moyen de stockage, également appelé deuxième réserve, en vue de son utilisation en mode de chauffage. Le volume de stockage de fluide réfrigérant de ces moyens de 5 stockage est ainsi réduit pour être adapté au mode de fonctionnement envisagé.
De manière avantageuse, un seul desdits moyens de stockage est mise en œuvre en mode de chauffage ou en mode de refroidissement de sorte qu'il s'opère un transfert de la réserve de fluide réfrigérant dans la période de transition du mode de chauffage vers le mode de refroidissement, et vise et versa,
o Selon une première caractéristique de l'invention, le second moyen de stockage est installé entre la première portion d'échange thermique et une deuxième portion d'échange thermique de l'échangeur intérieur ou de l'échangeur extérieur. On comprend ici que le moyen de stockage est intégré à l'échangeur intérieur de sorte à former un ensemble unitaire ou monobloc.
Selon une deuxième caractéristique de l'invention apparente en mode de chauffage, la première portion d'échange thermique est une zone de condensation du fluide réfrigérant alors que le second moyen de stockage sépare le fluide réfrigérant sortant de la première portion en une phase gazeuse et une phase liquide, ladite deuxième portion d'échange thermique étant une zone de sous-refroidissement du fluide réfrigérant à l'état liquide sortant du second moyen de stockage. L'échangeur intérieur est ainsi agencé pour réaliser la phase de condensation nécessaire au fonctionnement du cycle thermodynamique en mode de chauffage et le coefficient de performance du circuit est amélioré par une phase de sous-refroidissement consistant en un abaissement de la température du fluide réfrigérant en phase liquide par échange thermique avec le flux d'air intérieur envoyé dans l'habitacle ou un fluide caloporteur destiné à circuler dans un radiateur dédié au chauffage de l'air de l'habitacle. L'invention tire ainsi profit de l'échange thermique spécifique qui se réalise entre le flux d'air ou le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant en phase liquide pour augmenter la quantité de calories transmises au flux d'air intérieur tout en minimisant l'énergie consommée par le compresseur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit comprend une première branche de circulation du fluide réfrigérant qui contourne l'échangeur intérieur, la circulation de fluide réfrigérant dans ladite première branche étant placée sous la dépendance d'un premier moyen de contrôle. Ce dernier à notamment la possibilité d'autoriser ou d'interdire la circulation dans la branche concernée, ce qui se traduit respectivement par une absence de circulation ou une autorisation de circulation du fluide réfrigérant dans l'échangeur intérieur.
Selon encore une caractéristique de l'invention, le circuit comprend une deuxième branche de circulation du fluide réfrigérant qui contourne l'évaporateur, la circulation de fluide réfrigérant dans ladite deuxième branche étant placée sous la dépendance d'un deuxième moyen de contrôle. Ce dernier à notamment la possibilité d'autoriser ou d'interdire la circulation dans la branche concernée, ce qui se traduit respectivement par une absence de circulation ou une autorisation de circulation du fluide réfrigérant dans l'évaporateur.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le circuit comprend un échangeur interne agencé pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant situé entre l'échangeur intérieur et le premier organe de détente et le fluide réfrigérant situé en aval de l'échangeur extérieur. La présence de cet échangeur interne contribue à améliorer le rendement thermodynamique du circuit 5 quand celui-ci est opéré en mode de chauffage.
Le circuit comprend un deuxième organe de détente installé entre l'échangeur extérieur et l'évaporateur.
Avantageusement, le premier moyen de stockage du fluide réfrigérant présente un volume interne au maximum deux fois supérieur à un volume interne î o du second moyen de stockage. Une telle structure contribue à l'objectif poursuivit par l'invention selon lequel la quantité de fluide réfrigérant est réduite.
Avantageusement encore, le premier moyen de stockage est installé entre une première portion d'échange thermique et une deuxième portion d'échange thermique de l'échangeur extérieur.
15 Avantageusement et selon le mode de refroidissement, la première portion d'échange thermique est une zone de condensation du fluide réfrigérant, le premier moyen de stockage sépare le fluide réfrigérant sortant de la première portion en une phase gazeuse et une phase liquide, ladite deuxième portion d'échange thermique étant une zone de sous-refroidissement du fluide réfrigérant 20 à l'état liquide sortant du premier moyen de stockage.
Un tout premier avantage selon l'invention réside dans la possibilité de réduire la quantité de fluide réfrigérant chargé dans un circuit apte à opérer un mode de chauffage et un mode de refroidissement.
Un autre avantage réside dans la possibilité de concevoir et fabriquer un 25 échangeur de face avant de structure simple et qui ne comporte pas de vanne pilotée nécessaire au fonctionnement du mode de chauffage, comme présenté dans l'art antérieur cité ci-dessus.
Enfin, un autre avantage non négligeable réside dans le fait que le circuit selon l'invention apporte une solution performante, c'est-à-dire à haut rendement, 30 pour le mode de refroidissement mais également pour le mode de chauffage, tout en conservant un nombre de composants limité.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
-la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation du circuit selon l'invention,
-la figure 2 est une vue schématique du mode de réalisation de la figure 1 fonctionnant selon un mode de chauffage,
-la figure 3 est une vue schématique du mode de réalisation de la figure 1 fonctionnant selon un mode de refroidissement,
-la figure 4 une vue schématique d'une variante du circuit selon l'invention,
-la figure 5 est une vue schématique de la variante de la figure 4 fonctionnant selon un mode de chauffage,
-la figure 6 est une vue schématique de la variante de la figure 4 fonctionnant selon un mode de refroidissement,
-la figure 7 est une vue schématique d'une autre variante de réalisation de l'invention.
II faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant.
La figure 1 illustre un circuit 1 selon l'invention. On s'attachera ci-après à décrire dans un premier temps l'architecture de ce circuit quel que soit le mode de fonctionnement, puis, dans un deuxième temps, on décrira le parcours emprunté, ou apte à être emprunté, par un fluide réfrigérant circulant dans le circuit pour chacun des modes de fonctionnement.
Les termes « amont » et « aval » employés ci-dessous se réfèrent au sens de déplacement du fluide considéré dans le composant considéré.
Sur les figures 2, 3, 5, 6, le circuit comprend des portions en trait plein symbolisant la circulation du fluide réfrigérant pendant le mode de fonctionnement considéré et des portions en trait pointillé dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circule pas.
Le circuit 1 , autrement appelé boucle de climatisation ou circuit frigorigène, est une boucle fermée à l'intérieur de laquelle un fluide réfrigérant circule. Le fluide réfrigérant est du type d'un fluide super-critique, tel que du dioxyde de carbone, par exemple, connu sous l'appellation R744. Il peut aussi être un fluide sous-critique, tel que l'hydrofluorocarbone connu sous l'acronyme R134a ou un fluide frigorigène à faible nuisance sur l'effet de serre, c'est-à-dire qui soit en mesure d'offrir une solution durable pour les climatiseurs automobiles, connu sous la dénomination HF01234yf.
Un tel circuit sert à conditionner, c'est-à-dire ajuster la température et l'humidité, de l'air présent dans un habitacle d'un véhicule automobile.
Le fluide réfrigérant est mis en circulation par un compresseur 2, par exemple, entraîné par un moteur électrique, notamment intégré dans un boîtier du compresseur. La fonction de ce dernier est de mettre en circulation le fluide réfrigérant au sein du circuit en élevant sa pression et sa température. On notera que le compresseur 2 peut également être entraîné par une poulie mise en mouvement par un moteur à combustion interne monté sur le véhicule, notamment via une courroie.
En sortie de compresseur 2, on trouve une première partie 3 du circuit 1 et une première branche 4 du circuit, la première branche étant installée en parallèle par rapport à la première partie 3. La première partie 3 et la première branche 4 débutent et se séparent l'une par rapport à l'autre en un point de divergence 5 et se terminent en un point de convergence 6 où la première partie 3 et la première branche 4 se rejoignent.
Le point de divergence 5 est situé directement en aval du compresseur 2, c'est-à-dire entre un orifice d'évacuation du compresseur et une entrée de l'un quelconque des composants actifs sur le cycle thermodynamique installé soit dans la première partie 3, soit dans la première branche 4.
Le point de convergence 6 est situé dans le circuit 1 directement en amont d'un orifice d'entrée d'un échangeur extérieur 7, c'est-à-dire entre l'orifice d'entrée de l'échangeur extérieur 7 et l'un quelconque des composants actifs sur le cycle thermodynamique installé soit dans la première partie 3, soit dans la première branche 4.
La première partie 3 du circuit 1 comprend un échangeur intérieur 8 agencé pour assurer un échange thermique avec le fluide réfrigérant en vue de chauffer un flux d'air intérieur 9 envoyé dans l'habitacle. Cet échangeur est qualifié « d'intérieur » en ce sens qu'il est destiné à modifier la température du flux d'air intérieur 9 envoyé dans l'habitacle.
Dans l'exemple de la figure 1 , le fluide qui échange avec le fluide réfrigérant est un fluide liquide caloporteur qui circule dans une boucle secondaire 12. Ce fluide liquide caloporteur est chargé de transporter les calories dégagées par le fluide réfrigérant pour les amener dans un radiateur 10. Ce dernier est monté dans un boîtier 11 d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation qui interagit avec le circuit 1. Ce radiateur dissipe alors les calories transportées par le fluide caloporteur dans le flux d'air intérieur 9. La circulation du fluide liquide caloporteur est mise en œuvre par une pompe 13, avantageusement entraînée par un moteur électrique. Dans une telle situation, l'échangeur intérieur 8 est un échangeur thermique fluide réfrigérant / fluide liquide et le radiateur 10 est un échangeur thermique fluide liquide / air.
De manière alternative, l'invention peut être dépourvue de boucle secondaire. En effet, l'échangeur intérieur 8 est dans ce cas un échangeur thermique fluide réfrigérant / air et il est alors installé directement dans le boîtier 11 pour être traversé par le flux d'air intérieur à chauffer.
La première partie 3 du circuit 1 comprend encore un premier organe de détente 14 installé entre l'échangeur intérieur 8 et l'échangeur extérieur 7. Plus précisément, le premier organe de détente 14 est installé entre un orifice de sortie de l'échangeur intérieur 8 et l'orifice d'entrée de l'échangeur extérieur 7, le point de convergence 6 étant placé entre une sortie du premier organe de détente 14 et l'orifice d'entée de l'échangeur extérieur 7. Le premier organe de détente 14 est chargé d'abaisser la pression du fluide réfrigérant, et ainsi assurer une détente nécessaire au fonctionnement du cycle thermodynamique qui prend place dans le circuit 1 de fluide réfrigérant quand celui-ci fonctionne en mode de chauffage. En pratique, un tel organe de détente prend la forme d'un orifice fixe ou d'un détendeur thermostatique, comme illustré sur la figure 1. De manière alternative, un tel premier organe de détente 14 peut prendre aussi la forme d'un détendeur à commande électronique.
L'organe de détente est de préférence une vanne thermostatique qui, dans le mode de chauffage du circuit, garantit une surchauffe optimale à la sortie de l'échangeur externe 7 afin d'améliorer la performance du circuit et d'assurer une protection du compresseur 2 contre l'absorption de fluide réfrigérant à l'état liquide lorsque le circuit est en mode de chauffage.
L'échangeur intérieur 8 comprend une première portion d'échange thermique 15 dans laquelle prend place une phase de condensation du fluide réfrigérant de l'échangeur intérieur. Une réserve de fluide réfrigérant, ci-après appelé second moyen de stockage 16 de fluide réfrigérant, est installée dans la première partie 3 directement en aval de la première portion 15 de l'échangeur intérieur 8. Autrement dit, le second moyen de stockage 16 du fluide réfrigérant est intercalé entre une sortie de la première portion 15 d'échange thermique de l'échangeur intérieur 8 et l'entrée du premier organe de détente 14.
Dans l'exemple de réalisation illustré ici, le second moyen de stockage 16 du fluide réfrigérant est installé entre la première portion 15 d'échange thermique et une deuxième portion 17 d'échange thermique de l'échangeur intérieur. Le second moyen de stockage 16 est ainsi directement en aval de la première portion 15 et directement en amont de la deuxième portion 17 de l'échangeur intérieur 8. De manière avantageuse, un tel arrangement permet de réaliser un échangeur intérieur 8 qui comprend la première portion 15 d'échange thermique, le moyen de stockage 16 et la deuxième portion 17 d'échange thermique de manière unitaire ou monobloc. Un tel arrangement facilite l'intégration de ce composant dans le circuit 1.
Le second moyen de stockage forme par exemple une bouteille présentant un orifice d'admission par lequel le fluide réfrigérant est admis dans une section supérieure d'un volume interne. Cet orifice d'admission est raccordé à la sortie de la première portion 15 d'échange thermique. Cette bouteille comprend un orifice de sortie installé en partie inférieure du volume interne, cet orifice de sortie étant directement raccordé à une entrée de la deuxième portion 17 d'échange thermique. La phase liquide présente dans le fluide réfrigérant s'accumule dans la partie inférieure du volume interne, ce qui conduit à alimenter la deuxième portion 17 d'échange thermique principalement en fluide réfrigérant à l'état liquide.
La première branche 4 de circulation du fluide réfrigérant contourne l'échangeur intérieur 8 et la circulation de fluide réfrigérant dans cette première branche 4 est placée sous la dépendance d'un premier moyen de contrôle 18. Ce dernier autorise ou interdit le déplacement du fluide réfrigérant au sein de la première branche 4 de sorte à, respectivement empêcher ou forcer une circulation de fluide réfrigérant dans la première partie 3 du circuit 1. Un tel moyen de contrôle prend par exemple la forme d'une vanne deux voies montée sur la première branche 4 et pilotée électriquement mais il peut également s'agir d'une vanne trois voies installée en lieu et place du point de divergence 6 ou du point de convergence 5.
Le circuit 1 comprend par ailleurs l'échangeur de chaleur référencé 7 qualifié « d'extérieur », en ce sens qu'il est agencé pour réaliser un échange thermique entre un flux d'air extérieur 19 à l'habitacle du véhicule et le fluide réfrigérant qui circule dans le circuit 1.
Un tel échangeur extérieur 7 peut être utilisé en tant que refroidisseur de gaz ou condenseur quand le circuit de fluide réfrigérant est opéré en mode de refroidissement du flux d'air envoyé dans l'habitacle.
Ce même échangeur peut également être utilisé en tant qu'évaporateur quand le circuit de fluide réfrigérant est opéré en mode chauffage du flux d'air envoyé dans l'habitacle.
L'échangeur extérieur est partagé en une première portion 29 et une deuxième portion 30 d'échange thermique, la première portion étant en amont de la deuxième portion selon le sens de déplacement du fluide réfrigérant dans l'échangeur extérieur. On notera que la deuxième portion 30 se comporte comme une portion de sous-refroidissement où le fluide réfrigérant à l'état liquide est refroidi. La surface frontale de cette deuxième portion 30, c'est-à-dire la face recevant le flux d'air extérieur 19, représente avantageusement entre 30% et 50% de la surface totale de la face de l'échangeur extérieur 7 traversée par le flux d'air extérieur 19. Cette plage de valeurs s'entend dans un cas où la structure des portions est identique.
Le circuit 1 comprend une deuxième partie 20 de circuit qui débute à un orifice d'évacuation de l'échangeur extérieur 7 et se termine à un orifice d'admission du compresseur 2. Cette deuxième partie 20 traverse le premier organe de détente 14 quand celui-ci est un détendeur thermostatique.
Cette deuxième partie 20 du circuit 1 comprend un évaporateur 21 agencé pour assurer un refroidissement du flux d'air intérieur 9 par échange thermique avec le fluide réfrigérant. Cet évaporateur 21 est installé dans le boîtier 1 1 de sorte à être traversé par le flux d'air intérieur 9. Cet évaporateur 21 est placé en amont de l'échangeur intérieur 8, ou du radiateur 10 dans le cas où le circuit comprend une boucle secondaire 12, selon les sens de déplacement du flux d'air intérieur 9 dans le boîtier 11. Ce composant est un échangeur thermique destiné à refroidir le flux d'air intérieur 9 qui passe à son travers quand le circuit est en mode de refroidissement. Cet évaporateur assure également un assèchement du flux d'air intérieur 9 par condensation sur ses parois externes.
Intercalé entre l'orifice de sortie de l'échangeur extérieur 7 et l'orifice d'entrée de l'évaporateur 21 , on trouve un deuxième organe de détente 22 chargé d'abaisser la pression du fluide réfrigérant, et ainsi assurer une détente nécessaire au fonctionnement du cycle thermodynamique qui prend place dans le circuit 1 de fluide réfrigérant. Un tel deuxième organe de détente 22 prend la forme d'un orifice calibré fixe, comme c'est le cas sur les figures, mais il peut également s'agir d'un détendeur à commande électronique ou d'un détendeur thermostatique.
Le deuxième circuit 20 comprend encore un premier moyen de stockage 23 du fluide réfrigérant, ce premier moyen de stockage 23 est un dispositif distinct du deuxième moyen de stockage 16.
Le premier moyen de stockage 23 est installé en aval du premier organe de détente 14 et en amont du compresseur 2, avantageusement directement en amont du compresseur 2.
Selon un exemple de réalisation, le premier moyen de stockage 23 du fluide réfrigérant est installé directement en aval de l'évaporateur 21. Autrement dit, le premier moyen de stockage 23 est intercalé sur la deuxième partie 20 du circuit 1 entre un orifice de sortie de l'évaporateur 21 et l'orifice d'admission du compresseur 2. Le premier moyen de stockage 23 est formé, notamment, par un accumulateur, c'est-à-dire un contenant dans lequel s'accumule le fluide réfrigérant comprenant un tube qui, d'un côté est relié à un orifice de sortie de l'accumulateur lui-même directement raccordé au compresseur 2, et de l'autre côté est agencé pour prélever le fluide réfrigérant à l'état gazeux.
Le circuit 1 selon l'invention comprend en outre une deuxième branche 24 de circulation du fluide réfrigérant qui contourne l'organe de détente 22 et l'évaporateur 21 , la circulation de fluide réfrigérant dans cette deuxième branche étant placée sous la dépendance d'un deuxième moyen de contrôle 25.
La deuxième partie 20 du circuit 1 et la deuxième branche 4 se séparent l'une par rapport à l'autre en un point de séparation 26 et se rejoignent en un point de mélange 27.
Le point de séparation 26 est situé directement en aval de la sortie du fluide réfrigérant à basse pression de l'organe de détente 14, c'est-à-dire entre l'orifice de sortie de ce premier organe de détente 14 et l'entrée du deuxième organe de détente 22.
Le point de mélange 27 est quant à lui placé directement en amont du premier moyen de stockage 23 de fluide réfrigérant, c'est-à-dire entre l'orifice de sortie de l'évaporateur 21 et un orifice d'entrée du premier moyen de stockage 23.
Le deuxième moyen de contrôle 25 autorise ou interdit le déplacement du fluide réfrigérant au sein de la deuxième branche 24 afin de, respectivement empêcher ou autoriser une circulation de fluide réfrigérant dans une portion de la deuxième partie 20 du circuit 1 , cette portion comprenant le deuxième organe de détente 22 suivi de l'évaporateur 21. Un tel moyen de contrôle prend par exemple la forme d'une vanne deux voies montée sur la deuxième branche 24 et pilotée électriquement mais il peut également s'agir d'une vanne trois voies installée en lieu et place du point de séparation 26 ou du point de mélange 27.
Pour améliorer les performances du circuit 1 quand celui-ci est utilisé en mode de chauffage, le circuit 1 comprend un échangeur interne 28 agencé pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant qui circule entre l'échangeur intérieur 8 et le premier organe de détente 14 et le fluide réfrigérant qui circule en aval du premier organe de détente 14, avantageusement entre l'orifice de sortie de l'échangeur extérieur 7 et une entrée du deuxième moyen de contrôle 25. On comprend ici que cet échangeur interne 28 est placé d'une part dans la première partie 3 du circuit 1 et, d'autre part, dans la deuxième branche 25 qui contourne l'évaporateur 21. Cette échangeur interne 28 réalise un échange thermique entre une partie haute pression / haute température du fluide réfrigérant et une partie basse pression / basse température du fluide réfrigérant. Un tel échangeur interne contribue à l'amélioration des performances du circuit en mode de chauffage, tout en restant totalement neutre en mode de refroidissement, la partie basse pression étant alors contournée.
Selon une caractéristique intéressante de l'invention, le premier moyen de stockage du fluide réfrigérant 23 présente un volume interne au moins deux fois supérieur à un volume interne du second moyen de stockage 16. Le volume interne de ces moyens de stockage est celui défini par la face interne d'une paroi délimitant ces moyens de stockage. Selon un exemple illustratif, le second moyen de stockage 16 présente un volume interne de 150 cm3 et le volume interne du premier moyen de stockage présente une valeur maximum comprise entre 400 et 700 cm3.
La figure 2 montre le circuit 1 quand celui-ci est utilisé en mode de chauffage de l'habitacle. La description ci-dessous s'attache à décrire la circulation, ou l'absence de circulation, du fluide réfrigérant dans le circuit 1 et on se reportera à la figure 1 et à sa description pour connaître la structure des composants,
Dans ce mode de fonctionnement, le premier organe de contrôle 18 est fermé et le deuxième organe de contrôle 25 est ouvert. Le compresseur 2 élève la pression et la température du fluide réfrigérant et l'envoie vers la première partie 3 du circuit 1.
Le fluide réfrigérant pénètre alors dans l'échangeur intérieur 8 et la première portion 15 d'échange thermique se comporte comme une zone de condensation du fluide réfrigérant.
Le second moyen de stockage 16 sépare le fluide réfrigérant sortant de la première portion 15 en une phase gazeuse et une phase liquide et alimente la deuxième portion 17 d'échange thermique en fluide réfrigérant à l'état liquide. Cette deuxième portion se comporte ainsi comme une zone de sous- refroidissement du fluide réfrigérant à l'état liquide, ce qui permet d'améliorer les performances du cycle thermodynamique quand le circuit fonctionne en mode de chauffage.
La charge de fluide réfrigérant est définie de telle sorte que le moyen de stockage 16 emmagasine une quantité de liquide dans sa partie inférieure et que seule une masse circulante de fluide réfrigérant circule dans le circuit afin d'en assurer son fonctionnement.
L'échangeur intérieur 8 dissipe les calories présentes dans le fluide réfrigérant à l'intérieur du fluide caloporteur ou directement dans le flux d'air intérieur 9, selon le mode de réalisation évoqué ci-dessus. On assure ainsi le chauffage de l'air envoyé dans l'habitacle.
Le fluide réfrigérant traverse alors le premier organe de détente 14 où il subit un abaissement de sa pression. Le fluide réfrigérant atteint alors l'échangeur extérieur 7 et traverse ce dernier en subissant un échauffement au bénéfice du flux d'air extérieur 9, ce qui provoque son évaporation et son changement d'état.
Comme le deuxième organe de contrôle 25 est ouvert, le fluide réfrigérant emprunte la deuxième branche 24 pour rejoindre le premier moyen de stockage 5 23 en passant par le point de mélange 27. Le fluide réfrigérant ne traverse donc pas le deuxième organe de détente 22 et l'évaporateur 21.
L'échangeur interne 28 est actif puisqu'il est traversé par le fluide réfrigérant soumis à haute température et par ce même fluide réfrigérant soumis à basse température.
î o La figure 3 montre le circuit 1 quand celui-ci est utilisé en mode de refroidissement de l'habitacle. La description ci-dessous s'attache à décrire la circulation, ou l'absence de circulation, du fluide réfrigérant dans le circuit 1 et on se reportera à la figure 1 et à sa description pour connaître la structure des composants. On notera que le fluide réfrigérant circule dans le même sens au
15 cœur du circuit 1 que le sens de circulation pour le mode de chauffage présenté ci-dessus.
Dans ce mode de fonctionnement, le premier organe de contrôle 18 est ouvert et le deuxième organe de contrôle 25 est fermé. Le compresseur 2 élève la pression et la température du fluide réfrigérant et l'envoie dans la première 20 branche 4 du circuit 1 où il rejoint l'échangeur extérieur 7. Le fluide réfrigérant est alors refroidi par le flux d'air extérieur 9 qui traverse cet échangeur extérieur.
Comme le deuxième organe de contrôle 25 interdit la circulation de fluide dans la deuxième branche 24 du circuit 1 , le fluide réfrigérant rejoint le deuxième organe de détente où il subit un abaissement de sa pression.
25 Le fluide réfrigérant ainsi détendu pénètre dans l'évaporateur 21 où il refroidit le flux d'air intérieur 9 en vue de climatiser l'habitacle du véhicule.
Le premier moyen de stockage 23 reçoit alors le fluide réfrigérant et sépare la phase liquide de la phase gazeuse pour autoriser cette dernière à circuler vers le compresseur 2.
30 L'échangeur intérieur 28 est ici inactif puisque le fluide réfrigérant est bifurqué au niveau du point de séparation 26 vers le deuxième organe de détente 22.
Compte tenu de l'état d'ouverture de la vanne 18, le fluide réfrigérant refoulé par le compresseur circule principalement dans la branche 4. Toutefois, une quantité du fluide réfrigérant circule dans la branche 3 afin de maintenir cette branche sous une température haute, évitant par la même tout risque d'accumulation d'huile ou de réfrigérant.
Les figures 4 à 6 montrent une variante de réalisation du circuit 1 illustré aux figures 1 à 3. La description ci-dessous s'attache aux différences par rapport au circuit de la figure 1 et on se reportera à la description de cette dernière pour connaître la structure des composants similaires.
Une première différence réside dans la localisation du premier moyen de stockage 23 du fluide réfrigérant. Ce dernier est ici intégré à l'échangeur extérieur 7, avantageusement de manière à former un composant unitaire avec cet échangeur.
Le premier moyen de stockage 23 est installé entre une première portion 29 d'échange thermique et une deuxième portion 30 d'échange thermique de l'échangeur extérieur 7, où le fluide réfrigérant échange thermiquement avec le flux d'air extérieur 19.
Le premier moyen de stockage 23 est formé, par exemple, par une bouteille présentant un orifice d'admission par lequel le fluide réfrigérant est admis dans une section supérieure d'un volume interne. Cet orifice d'admission est raccordé à la sortie de la première portion 29 d'échange thermique. Cette bouteille comprend un orifice de sortie installé en partie inférieure du volume interne, cet orifice de sortie étant directement raccordé à une entrée de la deuxième portion 30 d'échange thermique. Un tel circuit comprend une étape qualifiée de sous- refroidissement forcé pour les modes de chauffage et refroidissement de l'habitacle.
Selon une variante de réalisation non représentée, le premier moyen de stockage 23 est situé entre la sortie de l'échangeur extérieur 7 et l'entrée de la vanne de détente 22. Dans ce cas, le fluide réfrigérant est à l'état liquide saturé et est envoyé à la vanne de détente 22 sans être au préalable sous-refroidi.
Une deuxième différence réside dans l'installation d'un deuxième échangeur interne 31. Ce dernier est actif en mode de refroidissement et inactif en mode de chauffage, en ce sens qu'il n'impacte nullement les performances du circuit en mode de chauffage. Il est installé entre le point de séparation 26 et l'entrée du deuxième organe de détente 22 pour ce qui est la partie haute pression / haute température du fluide réfrigérant. La partie du deuxième échangeur interne 31 emprunté par le fluide réfrigérant à basse pression et basse température est installé entre la sortie de l'évaporateur 21 et le point de mélange 27.
5 Une troisième différence apparaît dans le type d'organe de détente utilisé pour mettre en œuvre le deuxième organe de détente. Dans le cas de cette variante de l'invention, le deuxième organe de détente 22 est de préférence un détendeur à commande thermostatique.
La figure 5 montre la variante du circuit 1 selon le mode de chauffage. La i o circulation est similaire à celle décrite à la figure 2 et on se reportera à la description de celle-ci pour en connaître la structure.
Le fluide réfrigérant pénètre dans le premier organe de détente 14 où il subit un abaissement de sa pression. Un tel abaissement conduit à une vaporisation du fluide réfrigérant par échange thermique entre ce dernier et le flux d'air extérieur 15 19 lors de sa circulation au sein de l'échangeur extérieur 7.
Comme le fluide réfrigérant est à l'état diphasique, il traverse sans subir de perte de charge importante la première portion 29, puis le moyen de stockage 23 et enfin la deuxième portion 30. Dans ce mode de fonctionnement, le moyen de stockage se comporte comme un volume tampon qui n'a pas d'impacte sur la 20 charge circulante, et encore moins sur les performances du circuit.
La figure 6 montre la variante du circuit 1 selon le mode de refroidissement. La circulation est similaire à celle décrite à la figure 3 et on se reportera à la description de celle-ci pour en connaître la structure.
Le fluide réfrigérant comprimé par le compresseur 2 est envoyé directement 25 dans l'échangeur extérieur 7 car le premier organe de contrôle 18 est ouvert. Le fluide réfrigérant circule donc la première branche 4.
La première portion 29 d'échange thermique se comporte alors comme une zone de condensation du fluide réfrigérant puisque ce dernier dissipe des calories dans le flux d'air extérieur 19. En se refroidissant, le fluide réfrigérant devient 30 diphasique et la phase liquide s'accumule alors dans le premier moyen de stockage 23.
Le premier moyen de stockage 23 est agencé pour que seul le fluide réfrigérant en phase liquide pénètre dans la deuxième portion 30 d'échange thermique, cette dernière se comportant alors comme une zone de sous- refroidissement du fluide réfrigérant à l'état liquide sortant du premier moyen de stockage 23.
Comme le deuxième organe de contrôle 25 impose une circulation de fluide réfrigérant en direction du deuxième organe de détente 22, le deuxième échangeur interne 31 devient actif en ce sens qu'il autorise un échange thermique entre le fluide réfrigérant soumis à haute pression et haute température et le fluide réfrigérant soumis à basse pression et basse température.
La figure 7 montre un circuit 1 proche de celui représenté à la figure 1 et les références désignent des composants similaires. On se reportera à la description de la figure 1 pour connaître la structure et l'organisation des composants identiques, l'explication ci-dessous se limitant aux différences entre la figure 7 et la figure 1.
Dans cette variante de réalisation de l'invention, l'échangeur intérieur 8 ne comprend que la première portion 15 d'échange thermique. Autrement dit, il ne comprend pas de second moyen de stockage placé immédiatement après la première portion, comme illustré à la figure 1.
Ce second moyen de stockage 16 est ici installé sur l'échangeur extérieur 7, son entrée étant raccordée à la sortie de la première portion de l'échangeur extérieur 7 et sa sortie étant raccordée à une entrée de la deuxième portion 30 d'échange thermique de l'échangeur extérieur.
Le circuit comprend donc le premier moyen de stockage 23 installé directement en amont de l'entrée du compresseur 2, et le second moyen de stockage 16 intégré à l'échangeur extérieur 7.
La description ci-dessus emploi le terme « directement » pour qualifier la position d'un composant par rapport à un autre. Ce terme doit être compris en ce sens qu'un premier composant considéré est adjacent à une deuxième composant considéré, ou éventuellement relié l'un à l'autre exclusivement par un moyen de transport de fluide réfrigérant qui prend, par exemple, la forme d'un conduit ou d'un tube, notamment flexible ou rigide. Autrement dit, le premier composant considéré est relié au deuxième composant considéré par un moyen inactif au regard du cycle thermodynamique qui s'opère dans le circuit.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit (1) de fluide réfrigérant pour conditionner thermiquement un habitacle d'un véhicule, comprenant :
un compresseur (2) destiné à mettre en circulation le fluide réfrigérant,
un échangeur intérieur (8) agencé pour assurer un échange thermique avec le fluide réfrigérant en vue de chauffer un flux d'air intérieur (9) destiné à être envoyé dans l'habitacle,
un premier organe de détente (14) installé entre l'échangeur intérieur (8) et un échangeur extérieur (7), l'échangeur extérieur (7) étant agencé pour assurer un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air, dit flux d'air extérieur (19), disposé à l'extérieur de l'habitacle,
un évaporateur (21) agencé pour assurer un refroidissement du flux d'air intérieur (9) par échange thermique avec le fluide réfrigérant, un premier moyen de stockage (23) du fluide réfrigérant installé en aval du premier organe de détente (14) et en amont du compresseur (2), caractérisé par le fait qu'il comprend un second moyen de stockage (16) du fluide réfrigérant installé entre une sortie d'une première portion (15, 29) d'échange thermique de l'échangeur intérieur (8) ou de l'échangeur extérieur (7) et le premier organe de détente (14), la première portion (15, 29) d'échange thermique, le second moyen de stockage (16) et le premier moyen de stockage (23) étant traversés dans cet ordre par le fluide réfrigérant, en mode chauffage du circuit (1).
2. Circuit selon la revendication 1 , dans lequel le second moyen de stockage (16) est installé entre la première portion (15) d'échange thermique et une deuxième portion (17, 30) d'échange thermique de l'échangeur intérieur (8) ou de l'échangeur extérieur (7).
3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel la première portion (15) d'échange thermique est une zone de condensation du fluide réfrigérant, le second moyen de stockage (16) sépare le fluide réfrigérant sortant de la première portion (15) en une phase gazeuse et une phase liquide, ladite deuxième portion (17, 30) d'échange thermique étant une zone de sous- refroidissement du fluide réfrigérant à l'état liquide sortant du second moyen de stockage (16).
4. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel est prévue une première branche (4) de circulation du fluide réfrigérant qui contourne l'échangeur intérieur (8), la circulation de fluide réfrigérant dans ladite première branche étant placée sous la dépendance d'un premier moyen de contrôle (18).
5. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel est prévue une deuxième branche (24) de circulation du fluide réfrigérant qui contourne l'évaporateur (21), la circulation de fluide réfrigérant dans ladite deuxième branche (24) étant placée sous la dépendance d'un deuxième moyen de contrôle (25).
6. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel est prévu un échangeur interne (28) agencé pour opérer un échange thermique entre le fluide réfrigérant situé entre l'échangeur intérieur (8) et le premier organe de détente (14) et le fluide réfrigérant situé en aval de l'échangeur extérieur (7).
7. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel est prévu un deuxième organe de détente (22) installé entre l'échangeur extérieur (7) et l'évaporateur (21).
8. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier moyen de stockage (23) du fluide réfrigérant présente un volume interne supérieur à un volume interne du second moyen de stockage (16).
9. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier moyen de stockage (23) est installé entre la première portion (29) d'échange thermique et la deuxième portion (30) d'échange thermique de l'échangeur extérieur (7).
10. Circuit selon la revendication 9, dans lequel la première portion (29) d'échange thermique est une zone de condensation du fluide réfrigérant, le premier moyen de stockage (23) sépare le fluide réfrigérant sortant de la première portion (29) en une phase gazeuse et une phase liquide, ladite deuxième portion (30) d'échange thermique étant une zone de sous-refroidissement du fluide réfrigérant à l'état liquide sortant du premier moyen de stockage (23).
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