L'invention est du domaine des installations de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation d'un véhicule automobile électrique ou hybride. L'invention a pour objet un dispositif de conditionnement thermique coopérant avec une telle installation.

Un véhicule automobile électrique ou hybride, dont la propulsion est assurée au moins partiellement par un moteur électrique, est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle du véhicule en délivrant un flux d'air conditionné à l'intérieur de l'habitacle.

Une telle installation comprend généralement un dispositif de conditionnement d'air comprenant une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant.

De façon traditionnelle, la boucle de climatisation ou circuit de fluide réfrigérant comprend un compresseur pour comprimer le fluide réfrigérant, un premier échangeur thermique, un deuxième échangeur thermique, et au moins un organe de détente pour permettre une détente du fluide réfrigérant.

Le compresseur est apte à porter le fluide réfrigérant à une haute pression.

Le premier échangeur thermique permet un transfert thermique entre le fluide réfrigérant et l'air ambiant, tel qu'un flux d'air extérieur au véhicule.

Le deuxième échangeur thermique permet un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air destiné à être délivré à l'intérieur de l'habitacle qui traverse l'échangeur thermique, donc un flux d'air à destination de l'habitacle. Un organe de détente permet une détente du fluide réfrigérant depuis la haute pression vers une basse pression avant une évaporation.

On connaît des circuits de fluide réfrigérant comprenant un condenseur dit interne permettant de réchauffer le flux d'air à destination de l'habitacle. Dans ce cas le dispositif de conditionnement est couramment appelé système direct.

On connaît aussi des dispositifs de conditionnement comprenant un circuit secondaire de fluide caloporteur. Dans ce cas le flux d'air à destination de l'habitacle est réchauffé par le fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire. On parle dans ce cas de système indirect.

Le dispositif de conditionnement peut être piloté selon divers modes de fonctionnement, tels qu'un mode de chauffage ou mode dit « pompe à chaleur » permettant de répondre à un besoin de chauffage de l'habitacle, ou un mode climatisation pour rafraîchir l'air à destination de l'habitacle, ou encore un mode déshumidification permettant d'assécher l'air à destination de l'habitacle.

Pour déshumidifier le flux d'air, il est connu de le refroidir par passage dans un évaporateur et éventuellement de le réchauffer avant de déboucher dans l'habitacle par passage à travers le condenseur interne du circuit de fluide réfrigérant ou un échangeur thermique dans lequel circule un fluide caloporteur chaud.

Afin de compenser le refroidissement du flux d'air à destination de l'habitacle, lors du passage dans l'évaporateur, certaines solutions de l'art antérieur proposent un échangeur thermique additionnel électrique permettant de réajuster le chauffage du flux d'air.

Il peut s'agir notamment d'un chauffage par résistance électrique à coefficient de température positif, autrement appelé CTP.

En outre, selon des conditions climatiques particulières l'évaporateur peut être recouvert de givre. Ce phénomène est le résultat du refroidissement opéré par l'évaporateur pour déshumidifier ou refroidir le flux d'air à destination de l'habitacle.

Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de conditionnement permettant un apport d'énergie suffisant au niveau de l'échangeur thermique permettant le chauffage du flux d'air provenant de l'évaporateur pour la déshumidification du flux d'air, de façon à éviter de compenser le refroidissement par un chauffage additionnel.

Un autre but de l'invention est de contrôler la température de l'évaporateur permettant de déshumidifier le flux d'air à destination de l'habitacle de façon à éviter la formation de givre. À cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de conditionnement thermique d'un flux d'air pour véhicule automobile comportant un circuit de fluide réfrigérant comprenant :

- un compresseur,

- au moins un premier échangeur thermique avec un flux d'air extérieur,

- un premier organe de détente agencé en amont du premier échangeur thermique selon un sens de circulation du fluide réfrigérant, configuré pour abaisser la pression du fluide réfrigérant à une première pression,

- un deuxième échangeur thermique agencé de manière à conditionner un flux d'air à destination de l'habitacle dudit véhicule, et

- un deuxième organe de détente agencé en amont du deuxième échangeur thermique selon le sens de circulation du fluide réfrigérant,

caractérisé en ce que le deuxième organe de détente est configuré pour abaisser la pression du fluide réfrigérant à une pression supérieure à la première pression et ledit dispositif de conditionnement comporte en outre un troisième organe de détente agencé en aval du deuxième échangeur thermique selon le sens de circulation du fluide réfrigérant.

Avec cette architecture, les premier et deuxième échangeurs thermiques peuvent travailler en mode évaporateur et le dispositif peut être mis en œuvre selon un mode de déshumidification du flux d'air à destination de l'habitacle en refroidissant le flux d'air par passage dans le deuxième évaporateur avant de le réchauffer pour le distribuer dans l'habitacle.

La double détente en amont et en aval du deuxième échangeur permet d'avoir deux évaporateurs travaillant à pressions différentes. En jouant sur la pression des évaporateurs on peut obtenir une fonction de déshumidification consommant moins d'énergie que dans certains dispositifs de conditionnement de l'art antérieur. En jouant sur la pression du deuxième évaporateur, on peut contrôler la température de ce deuxième évaporateur, évitant dans certains cas le givrage de cet évaporateur.

Le dispositif de conditionnement peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :

- le premier échangeur thermique est un premier évaporateur et le deuxième échangeur thermique est un deuxième évaporateur ;

- le deuxième échangeur thermique est agencé dans le circuit de fluide réfrigérant en parallèle du premier échangeur thermique, en terme de circulation de fluide ;

- le circuit de fluide réfrigérant comprend un premier point de raccordement agencé en amont du premier et du deuxième échangeurs thermiques. Ce premier point de raccordement permet de diriger une partie du fluide réfrigérant vers le premier échangeur thermique et une autre partie du fluide réfrigérant vers le deuxième échangeur thermique ;

- le circuit de fluide réfrigérant comprend un deuxième point de raccordement agencé en amont du compresseur selon le sens de circulation du fluide réfrigérant. Ce deuxième point de raccordement rassemble le fluide réfrigérant en sortie des premier et deuxième échangeurs thermiques ;

- ledit dispositif comprend un circuit de fluide caloporteur comprenant un troisième échangeur thermique agencé en aval du deuxième échangeur thermique selon le sens d'écoulement du flux d'air à destination de l'habitacle, de manière à conditionner ledit flux d'air à destination de l'habitacle. En particulier ce troisième échangeur thermique permet de réchauffer le flux d'air refroidi et sec ayant traversé le deuxième échangeur thermique travaillant en évaporateur par échange thermique avec un fluide caloporteur chaud ;

- le circuit de fluide caloporteur et le circuit de fluide réfrigérant comprennent conjointement un échangeur thermique bi-fluide pour un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur,

- l'échangeur thermique bi-fluide est agencé en amont du troisième échangeur thermique du circuit de fluide caloporteur selon un sens de circulation du fluide caloporteur, de façon à être traversé par le fluide caloporteur préalablement au passage du fluide caloporteur dans le troisième échangeur. Cet échangeur thermique bi-fluide permet de chauffer le fluide caloporteur en amont avant d'être dirigé dans le troisième échangeur thermique. L'invention concerne également une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comportant un dispositif de conditionnement thermique d'un flux d'air tel que défini précédemment.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et de la figure unique représentant de façon schématique un dispositif de conditionnement pour véhicule automobile selon l'invention.

La figure unique représente de façon schématique et simplifiée un dispositif de conditionnement 1 d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour véhicule automobile.

Un tel dispositif de conditionnement 1 permet de modifier les paramètres de l'air à l'intérieur de l'habitacle du véhicule en délivrant un flux d'air FH à l'intérieur de l'habitacle.

À cet effet, le dispositif de conditionnement 1 peut comprendre un pulseur (non représenté) pour faire circuler le flux d'air FH par exemple depuis une bouche d'admission d'air (non représentée) vers une bouche de délivrance d'air (non représentée) dans l'habitacle. Il peut notamment comprendre une bouche de dégivrage/désembuage destinée à délivrer le flux d'air FH vers le pare-brise et/ou les vitres avant du véhicule.

Un tel dispositif de conditionnement 1 peut fonctionner selon différents modes, notamment en mode pompe à chaleur pour répondre à un besoin de chauffage de l'habitacle, ou un mode climatisation permettant de conditionner le flux d'air FH à destination de l'habitacle du véhicule pour le rafraîchir, ou encore un mode déshumidification pour obtenir un flux d'air sec avant de le distribuer dans l'habitacle.

Selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure unique, le dispositif de conditionnement 1 comporte un circuit de fluide réfrigérant 3, et un circuit de fluide caloporteur 5 tel qu'un mélange d'eau et de glycol. Le circuit de fluide réfrigérant 3 est aussi appelé boucle de climatisation 3. Sur la figure unique, le circuit du fluide réfrigérant 3 est représenté en pointillés et le circuit du fluide caloporteur 5 est représenté en traits pleins. Le sens de circulation des fluides est schématisé par des flèches. Bien entendu, le sens de circulation schématisé sur la figure est à titre illustratif et non limitatif.

Selon le mode de réalisation illustré, le circuit de fluide réfrigérant 3 comprend :

- un compresseur 7,

- un premier échangeur 9 thermique, pour un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un flux d'air extérieur FE,

- un deuxième échangeur 11 agencé de manière à conditionner un flux d'air FH à destination de l'habitacle du véhicule,

- au moins un organe de détente 13, 15, 17.

Le circuit de fluide réfrigérant 3 comporte en outre conjointement avec le circuit de fluide caloporteur 5 un échangeur thermique bi-fluide 19.

Le circuit de fluide caloporteur 5 comporte quant à lui un troisième échangeur thermique 21 agencé de manière à conditionner le flux d'air FH à destination de l'habitacle et un échangeur thermique additionnel électrique 23. L'échangeur thermique additionnel électrique 23 peut permettre de chauffer directement le flux d'air FH.

En outre, le circuit de fluide caloporteur 5 peut comporter une pompe 25 pour la circulation du fluide caloporteur. Le circuit de fluide caloporteur 5 peut aussi comporter une vanne de commande 27 permettant de diriger le fluide caloporteur selon le mode de fonctionnement du dispositif de conditionnement 1.

Les composants du circuit de fluide réfrigérant 3 sont raccordés les uns aux autres par des conduites ou canalisations à travers lesquelles le fluide réfrigérant circule.

Respectivement les composants du circuit de fluide caloporteur 5 sont raccordés les uns aux autres par des conduites ou canalisations à travers lesquelles le fluide caloporteur circule.

En fonctionnement, le compresseur 7 reçoit en entrée le fluide réfrigérant à l'état gazeux, ou un mélange de gaz/liquide, sous basse pression PI et basse température.

Le compresseur 7 comprend donc un orifice d'entrée par lequel le fluide réfrigérant rentre et un orifice de sortie par lequel le fluide réfrigérant comprimé sort.

La compression permet d'élever la pression et la température du fluide réfrigérant. La pression P2 du fluide réfrigérant en sortie du compresseur 7 est donc supérieure à la pression PI en entrée du compresseur 7.

Le fluide réfrigérant sort du compresseur 7 via l'orifice de sortie vers un premier point de raccordement 29. Ce premier point de raccordement 29 est agencé entre le premier échangeur thermique 9 et le deuxième échangeur thermique 11.

Le premier échangeur thermique 9 est par exemple agencé à l'intérieur du véhicule au niveau de la face avant du véhicule pour être traversé par un flux d'air FE en provenance de l'extérieur du véhicule. On parle également d'échangeur externe.

Selon le mode de réalisation décrit le premier échangeur thermique 9 est un évaporateur. En fonctionnement, le fluide réfrigérant s'évapore dans le premier évaporateur 9, et en s'évaporant le fluide réfrigérant absorbe la chaleur du flux d'air FE traversant le premier évaporateur 9.

Un premier organe de détente 13 est par exemple agencé en série avec le premier évaporateur 9. Plus précisément, le premier organe de détente 13 est agencé en série entre l'échangeur thermique bi-fluide 19 et le premier évaporateur 9.

En particulier, dans un mode déshumidification du flux d'air FH à destination de l'habitacle décrit par la suite, le fluide réfrigérant circule en série dans le premier organe de détente 13 puis dans le premier évaporateur 9, de façon à abaisser la pression sensiblement à la première pression PI et la température du fluide réfrigérant avant l'évaporation.

À titre d'exemple, le premier organe de détente 13 est un détendeur thermo statique.

En ce qui concerne le deuxième échangeur 11, selon le mode de réalisation décrit il s'agit d'un deuxième évaporateur 11. Le deuxième évaporateur est généralement qualifié d' « évaporateur interne » du fait qu'il est agencé pour échanger des calories avec le flux d'air devant être distribué à l'intérieur de l'habitacle.

En fonctionnement, le fluide réfrigérant entrant dans le deuxième évaporateur 11 absorbe la chaleur du flux d'air FH à destination de l'habitacle en s'évaporant ; ce qui a pour effet de refroidir le flux d'air FH.

Le deuxième évaporateur 11 est agencé de façon à permettre une circulation du fluide réfrigérant en son sein sensiblement parallèle à la circulation du fluide réfrigérant dans le premier évaporateur 9.

De plus, le deuxième évaporateur 11 est agencé en amont du troisième échangeur 21 du circuit de fluide caloporteur 5 dans le sens d'écoulement du flux d'air FH à destination de l'habitacle du véhicule représenté de façon schématique par des flèches sur la figure unique.

Cet agencement est en particulier intéressant pour déshumidifier le flux d'air FH à destination de l'habitacle en le refroidissant par passage dans le deuxième évaporateur 11 avant de le chauffer par passage dans le troisième échangeur thermique 21.

Par ailleurs, un deuxième organe de détente 15 est agencé en série avec le deuxième évaporateur 11. Plus précisément, le deuxième organe de détente 15 est agencé en série entre l'échangeur thermique bi-fluide 19 et le deuxième évaporateur 11.

À titre d'exemple, le deuxième organe de détente 15 est un détendeur thermo statique.

Un troisième organe de détente 17 est également agencé en série avec le deuxième évaporateur 11. Plus précisément, le troisième organe de détente 17 est agencé en série entre le deuxième évaporateur 11 et le compresseur 7.

Le troisième organe de détente 17 est par exemple un détendeur thermo statique.

Le troisième organe de détente 17 peut aussi être un détendeur variable à commande électronique associé à une valve autorisant ou non le passage du fluide réfrigérant, de telle sorte que le premier organe de détente 17 est apte à interdire un passage du fluide réfrigérant à son travers.

En variante ou en complément, on peut prévoir un dispositif de contournement

(non représenté) en parallèle du troisième organe de détente 17, de façon à former un by-pass pour que le fluide réfrigérant ne subisse pas de détente. Un tel dispositif de contournement est destiné à autoriser ou interdire une circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur du troisième organe de détente 17.

En particulier, dans un mode de déshumidification, le fluide réfrigérant circule en série dans le deuxième organe de détente 15 puis dans le deuxième évaporateur 11 et enfin dans le troisième organe de détente 17. Le fluide réfrigérant subit donc une double détente, une première détente en amont du deuxième évaporateur 11, et une deuxième détente en aval du deuxième évaporateur 11.

Une détente permet d'abaisser la pression et la température du fluide réfrigérant.

La première détente permet d'abaisser la pression du fluide réfrigérant entrant dans le deuxième évaporateur 11 à une troisième pression P3 et la deuxième détente permet d'abaisser la pression du fluide réfrigérant de nouveau.

La troisième pression P3 du deuxième évaporateur 11 peut donc être supérieure à la pression Pl. Ainsi, dans le mode déshumidification la détente en amont du deuxième évaporateur 11 se fait à pression plus élevée que la détente en amont du premier évaporateur 9.

La pression P3 dépend des paramètres du flux d'air FH à destination de l'habitacle, notamment le débit d'air, la température et l'hygrométrie de l'air. Un équilibre se fait en fonction des conditions d'utilisation, à titre d'exemple illustratif si le débit d'air augmente, cela provoque une augmentation de la pression P3.

Pour le mode de déshumidification, la plage de pression P3 est par exemple comprise entre 3 et 4 bars.

Par ailleurs, on peut prévoir un capteur de température (non représenté) en sortie du deuxième évaporateur 11. En fonction de la température relevée, on peut prévoir d'asservir la pression du deuxième évaporateur 11, de façon à permettre une condensation suffisante du liquide contenu dans l'air pour déshumidifier le flux d'air à destination de l'habitacle FH.

Le circuit de fluide réfrigérant 3 comprend en outre un deuxième point de raccordement 31 qui rassemble le fluide réfrigérant en sortie du premier évaporateur 9 et en sortie du deuxième évaporateur 11 pour le canaliser vers le compresseur 7.

Par ailleurs, selon le mode de réalisation décrit, l'échangeur thermique bi-fluide 19 est un condenseur 19.

Selon l'agencement représenté sur la figure unique, le condenseur 19 est agencé en sortie du compresseur 7. En fonctionnement, le condenseur 19 reçoit le fluide réfrigérant sous forme de gaz chaud qui cède de la chaleur au fluide caloporteur. Le fluide caloporteur étant par exemple de l'eau, le condenseur 19 est communément appelé condenseur à eau. Une bouteille de stockage 20 du fluide réfrigérant peut être prévue en série avec le condenseur 19. La bouteille de stockage 20 permet de stocker le fluide réfrigérant liquide afin de compenser d'éventuelles variations de volume. La bouteille de stockage 20 peut être solidaire avec le condenseur 19 ou en série entre le condenseur 19 et le premier point de raccordement 29..

Concernant le circuit de fluide caloporteur 5, le troisième échangeur thermique 21 permet, en particulier dans un mode déshumidification, de chauffer le flux d'air à destination de l'habitacle FH ayant traversé le deuxième évaporateur 11. Il s'agit par exemple d'un radiateur couramment appelé « heater core » en anglais.

De plus, comme dit précédemment, on peut prévoir un échangeur thermique additionnel électrique 23 en série entre le condenseur 19 et le troisième échangeur thermique 21. En particulier, l'échangeur thermique additionnel électrique 23 est agencé en aval du condenseur 19 et en amont du troisième échangeur thermique 21, dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur en mode déshumidification.

Bien entendu, on pourrait aussi prévoir un échangeur thermique additionnel, par exemple par résistance électrique à coefficient de température positif CTP, agencé pour réchauffer le flux d'air FH à destination de l'habitacle.

On décrit maintenant plus en détail le pilotage du dispositif de conditionnement 1 selon un mode déshumidification permettant de déshumidifier le flux d'air FH à destination de l'habitacle en le refroidissant avant que ce flux d'air FH ne traverse le troisième échangeur 21 du circuit de fluide caloporteur 5 pour être réchauffé.

Pour ce faire, le fluide réfrigérant sous forme de gaz chaud haute pression et haute température en sortie du compresseur 7 entre dans l'échangeur bi-fluide 19 ou condenseur 19, de façon à réchauffer le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur 5. En effet, dans le condenseur 19, le fluide réfrigérant cède de la chaleur au fluide caloporteur ; ce dernier réchauffé retourne dans le troisième échangeur 21. Le fluide caloporteur peut circuler dans l'échangeur thermique additionnel électrique 23 en amont du troisième échangeur 21 pour être de nouveau chauffé.

En parallèle, après avoir circulé dans le condenseur 19, le fluide réfrigérant est divisé au premier point de raccordement 29 ; une partie du fluide réfrigérant est dirigée vers le premier évaporateur 9 et une autre partie du fluide réfrigérant vers le deuxième évaporateur 11. Bien entendu, la circulation du fluide réfrigérant seulement dans le deuxième évaporateur 11 est envisageable.

La partie du fluide réfrigérant se dirigeant vers le premier évaporateur 9 subit une détente qui abaisse sa pression et sa température avant de passer dans le premier évaporateur 9. Le fluide réfrigérant s'évapore alors en absorbant la chaleur du flux d'air extérieur FE qui le traverse. On récupère ainsi des calories au niveau du flux d'air extérieur FE. Ceci permet de récupérer une énergie suffisante additionnée à l'énergie du compresseur pour réchauffer le fluide caloporteur au niveau du condenseur 19 et donc améliorer l'énergie apportée au niveau du troisième échangeur 21 pour chauffer le flux d'air FH à destination de l'habitacle.

De façon similaire, la partie du fluide réfrigérant se dirigeant vers le deuxième évaporateur 11 subit une première détente qui abaisse sa pression et sa température avant de passer dans le deuxième évaporateur 11, de façon à refroidir en amont le flux d'air FH à destination de l'habitacle. Cette détente s'effectue à pression P3 plus élevée que la détente en amont du premier évaporateur 9.

Le fluide réfrigérant s'évapore alors en absorbant la chaleur du flux d'air FH qui le traverse. Le flux d'air à destination de l'habitacle FH passant dans le deuxième évaporateur 11 est de la sorte refroidi et donc déshumidifié avant de passer éventuellement à travers le troisième échangeur thermique 21, pour être chauffé avant de déboucher dans l'habitacle.

Dans ce cas, on parle de système indirect car le chauffage du flux d'air à destination de l'habitacle FH est effectué via le fluide caloporteur circulant dans le circuit de fluide caloporteur 5 et non directement par le fluide réfrigérant.

Selon le mode de réalisation illustré sur la figure unique, la totalité du flux d'air à destination de l'habitacle FH ayant traversé le deuxième évaporateur 11 traverse par la suite le troisième échangeur thermique 21 pour être réchauffé.

Selon une alternative, on peut prévoir qu'une partie du flux d'air FH en sortie du deuxième évaporateur 11 traverse par la suite le troisième échangeur thermique 21 et qu'une autre partie du flux d'air FH ne traverse pas le troisième échangeur thermique 21. Les deux parties du flux d'air FH réchauffé et non réchauffé sont ensuite mélangées avant d'être distribuées dans l'habitacle. Cette alternative peut être intéressante lorsque le flux d'air à destination de l'habitacle ne doit pas être trop réchauffé, par exemple lorsque l'air est peu humide et la température par exemple de l'ordre de 15°C.

Par ailleurs, en sortie du deuxième évaporateur 11, le fluide réfrigérant subit une deuxième détente de façon à abaisser de nouveau la pression du fluide réfrigérant.

Le fluide réfrigérant peut ensuite retourner dans le compresseur 7 pour recommencer un cycle réfrigérant. Au deuxième point de raccordement 31 en amont du compresseur 7, les pressions du fluide réfrigérant en sortie du premier évaporateur 9 et du fluide réfrigérant en sortie du deuxième évaporateur 11 après la deuxième détente dans le troisième organe de détente 17 s'équilibrent.

Ainsi, la double détente en amont et en aval du deuxième évaporateur 11 permet que le deuxième évaporateur 11 soit à pression plus élevée que le premier évaporateur 9. L'équilibre des pressions entre les fluides réfrigérants en sortie des deux évaporateurs se fait après la deuxième détente en aval du deuxième évaporateur 11. Cette pression plus élevée du deuxième évaporateur 11 permet un meilleur contrôle de la température du deuxième évaporateur 11.

En jouant sur les pressions des évaporateurs 9, 11, le dispositif de conditionnement 1 permet de récupérer suffisamment d'énergie pour chauffer le flux d'air à destination de l'habitacle au niveau du troisième échangeur thermique 21 du circuit de fluide caloporteur 5 du circuit de fluide réfrigérant 3. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir un chauffage additionnel, par exemple sous la forme de résistance électrique, pour compléter le chauffage du flux d'air à destination de l'habitacle FH.