FR2745759A1 - Dispositif de chauffage et de climatisation pour vehicules automobiles - Google Patents
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Abstract
Dans ce dispositif comportant un circuit hydraulique (FKI) comportant un échangeur de chaleur (2), une pompe (4), une source de chaleur (1) et une soupape (3), un ventilateur (20), un circuit de refroidissement (KK) comprenant un évaporateur (8), un condensateur (9) et un compresseur (10), et un appareil de commande (23) utilisant un capteur de température (24, 25), il est prévu un second circuit hydraulique (FKII) pouvant être raccordé à la soupape (3) et comportant un accumulateur thermique (7) et une pompe, la source de chaleur est un dispositif de chauffage indépendant, et l'évaporateur (8) peut être couplé par le circuit (FKII) à l'échangeur de chaleur (2). Application notamment aux véhicules électriques ou hybrides.
Description
L'invention concerne un dispositif de chauffage et de climatisation pour
véhicule automobile, notamment un véhicule électrique ou hybride, comportant un premier circuit hydraulique, qui comprend un échangeur de chaleur, une pompe, une source de D chaleur pour chauffer le liquide, et un moyen formant soupape, l'échangeur de chaleur étant chargé par de l'air sur le côté secondaire tandis qu'il est prévu un ventilateur servant à produire un courant d'air, le dispositif comportant en outre un circuit de refroidissement qui comprend un évaporateur, un condensateur et un compresseur, et un appareil de commande pour effectuer la régulation en fonction d'au moins un signal d'un capteur de température et d'une valeur de
consigne réglable.
Dans la revue AZT Automobiltechnische Zeitschrift 94 (1992), volume 11, pages 582-588, on décrit un système intégral de climatisation pour une automobile électrique. Ce système comprend un circuit hydraulique qui sert à envoyer la chaleur dégagée par des composants du système d'entraînement, qui dégagent de la chaleur, à un échangeur de chaleur, qui est chargé, sur son côté secondaire, par un courant d'air qui est envoyé dans l'habitacle du véhicule. Pour produire le courant d'air à travers l'échangeur de chaleur, il est prévu un ventilateur qui, selon les besoins, aspire de l'air extérieur ou de l'air provenant de l'habitacle. Il est en outre prévu un circuit de refroidissement, qui contient un évaporateur, un condenseur et un compresseur, l'évaporateur délivrant directement du froid à un courant d'air traversant l'évaporateur ou à un liquide servant de moyen de transfert thermique. Dans ce dernier cas, un circuit séparé à basse température et un autre échangeur de chaleur sont nécessaires pour transférer le froid au courant d'air. Pour régler l'ensemble du dispositif, il est prévu un appareil de commande qui, en fonction de plusieurs paramètres, produit des signaux de sortie pour plusieurs moyens de réglage devant être commandés, au moins l'un des signaux d'entrée étant produit par un capteur de température, tandis qu'un autre signal d'entrée est introduit par un dispositif de réglage de la valeur de consigne. Un préchauffage et un prérefroidissement peuvent être réalisés à l'aide d'une horloge programmable associée à l'appareil de commande, dans la mesure o le véhicule électrique est alimenté en énergie électrique au niveau d'une borne de raccordement au secteur, comme c'est le cas par exemple lors de l'opération de charge des batteries du moteur d'entraînement. Pour le préchauffage de la cabine du véhicule, il est prévu un dispositif de chauffage électrique auxiliaire, qui est disposé au voisinage de l'échangeur de chaleur et qui transfère l'énergie thermique directement au courant d'air envoyé à la cabine du véhicule. Pour obtenir un préchauffage efficace, il est nécessaire à cet effet de disposer, en un bref intervalle de temps, d'une énergie suffisante pour le chauffage. En outre le courant d'air produit par le ventilateur traverse en permanence le dispositif de chauffage supplémentaire, indépendamment du fait que ce dernier soit ou non en fonctionnement, de sorte que le dispositif de chauffage supplémentaire forme, dans la plupart des états de fonctionnement de
l'ensemble du système, une résistance inutile à l'écoulement.
D'après VDI Berichte N 612/1986, pages 251-267, on décrit une installation de chauffage et de climatisation comportant un système de commande à micro-ordinateur dans des véhicules automobiles. Le modèle fonctionnel représenté présente une installation avant de chauffage et de climatisation, qui agit séparément pour le conducteur et le passager, ainsi qu'une installation de climatisation arrière, qui est appropriée uniquement pour souffler de l'air froid. Au niveau du plancher et dans les portes ou dans les parois latérales sont prévus des dispositifs de chauffage planiformes, qui sont parcourus par le fluide de refroidissement du moteur d'entraînement, auquel cas des soupapes de transfert de l'eau, qui règlent le passage dans le dispositif de chauffage planiforme, sont commandées par un ordinateur de climatisation. Il est en outre prévu de disposer, dans le circuit pour l'échangeur de chaleur planiforme, un accumulateur de chaleur latente, qui stocke la chaleur excessive dégagée pendant les intervalles de temps de fonctionnement, pendant lesquels un moteur d'entraînement du véhicule dégage de l'énergie en une quantité supérieure à ce qui est nécessaire comme énergie de chauffage pour l'habitacle. La présente invention a pour but de créer un dispositif de chauffage et de climatisation pour véhicules automobiles du type indiqué plus haut, dont l'agencement soit simple et dans lequel aussi bien l'énergie thermique que l'énergie frigorifique puissent être
accumulées selon les besoins.
Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif de chauffage et de climatisation du type indiqué plus haut, grâce au fait qu'il est prévu un second circuit hydraulique, qui peut être raccordé au premier circuit hydraulique par l'intermédiaire du moyen formant soupape et dans lequel sont disposés un accumulateur thermique, ainsi qu'une pompe, et que la source de chaleur située dans le premier circuit hydraulique est un dispositif de chauffage, qui est indépendant du fonctionnement du véhicule et qui sert à chauffer selon les besoins l'air traversant l'échangeur de chaleur et/ou charger l'accumulateur thermique avec une énergie thermique, et que l'évaporateur du circuit de refroidissement peut être couplé thermiquement, au moyen du second circuit hydraulique, à l'échangeur de chaleur et sert à charger
l'accumulateur thermique avec une énergie frigorifique.
Les avantages essentiels de l'invention doivent être vus dans le fait que pendant l'état d'arrêt et la durée de charge du véhicule, au choix une énergie thermique ou une énergie frigorifique, qui est alors disponible pour le chauffage et la climatisation peu avant le
démarrage ou au début d'un voyage, peut être produite et accumulée.
En outre il est possible de chauffer, à l'aide du dispositif de chauffage, uniquement le liquide situé dans le premier circuit hydraulique de sorte que l'énergie thermique totale est délivrée au courant d'air par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur - dans le courant d'arrivée d'air pour l'habitacle - et que l'accumulateur thermique est chargé uniquement lorsqu'une température déterminée de l'habitacle est atteinte. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'objet de l'invention, dans l'accumulateur thermique, un échangeur de chaleur traversé par le liquide du second circuit hydraulique forme, conjointement avec l'évaporateur, une unité de construction. Grâce à l'unité de construction commune, on obtient, en plus de l'échange thermique entre le fluide d'accumulation et les fluides traversant les échangeurs de chaleur, également un transfert thermique direct de
l'évaporateur à l'échangeur de chaleur.
Comme source de chaleur dans le premier circuit hydraulique, il est prévu de préférence un dispositif de chauffage électrique qui peut être relié directement à la borne de raccordement du secteur. Une telle forme de réalisation est appropriée notamment pour des véhicules, qui sont entraînés exclusivement au moyen d'un moteur électrique. Comme autre forme de réalisation, la source de chaleur peut être également un dispositif de chauffage à combustible, ce qui est recommandé notamment dans des véhicules hybrides. Le compresseur du circuit de refroidissement est accouplé de préférence à un moteur électrique d'entraînement, la puissance du compresseur pouvant être réglée de façon appropriée au moyen de la vitesse de
rotation du moteur d'entraînement.
Une forme de réalisation préférée de l'invention réside dans le fait qu'il est prévu un troisième circuit hydraulique, qui sert à absorber la chaleur évacuée par des unités dégageant de la chaleur et peut être relié au premier circuit hydraulique par l'intermédiaire du moyen formant soupape. De cette manière, la chaleur dégagée peut être envoyée au premier ou au second circuit hydraulique et sert par conséquent à chauffer la cabine du véhicule ou à charger l'accumulateur thermique. Les unités dégageant de la chaleur peuvent être par exemple un moteur d'entraînement, une boîte de vitesses à convertisseur (véhicule hybride), une batterie à haute température et un système électronique de puissance (véhicule électrique ou véhicule hybride). Afin que le troisième circuit hydraulique serve également à évacuer la chaleur dégagée lorsqu'il n'existe aucun besoin de chauffage ou d'accumulation, un échangeur de chaleur et une pompe sont prévus dans le troisième circuit hydraulique. Dans la mesure o au moins une partie de la chaleur dégagée est nécessaire pour le chauffage ou le chargement de l'accumulateur thermique, la quantité de liquide correspondante devrait être envoyée au premier ou au second circuit hydraulique en contournant l'échangeur de chaleur dans le troisième circuit hydraulique. C'est pourquoi il est prévu une canalisation de
dérivation, qui est commandée au moyen d'une soupape thermo-
statique et qui contourne l'échangeur de chaleur et la pompe. En outre, avantageusement, dans le troisième circuit hydraulique est disposée, en aval de la pompe, une soupape, dont une canalisation de liaison est
raccordée à au moins l'une des unités dégageant de la chaleur.
Pour réduire à un minimum le nombre des moyens formant soupapes entre les premier, second et troisième circuits hydrauliques, il est approprié de prévoir une soupape à quatre voies, qui possède des raccords pour les premier, second et troisième circuits hydrauliques. Dans le cas de différences nettes de température entre la température extérieure et la température de l'habitacle, il est approprié de faire fonctionner le dispositif de chauffage du véhicule ou la climatisation dans le fonctionnement à recirculation d'air, auquel cas le pourcentage d'air en recirculation par rapport au courant d'air total est réglable. À cet effet il est prévu un conduit pour l'air entre la cabine du véhicule et l'échangeur de chaleur situé dans les circuits hydrauliques, notamment le premier circuit hydraulique, et dans cet échangeur est disposé un volet de commutation d'air, dont la position respective peut être déterminée par l'appareil de commande. Pour répartir le courant d'air conditionné entre différentes bouches situées dans la cabine du véhicule, des volets de commande de circulation d'air pour répartir l'air sont disposés en aval de l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire entre celui-ci et la cabine du véhicule, dans le courant d'air et leur portion peut être déterminée par l'appareil de commande. Pour améliorer la pureté de l'air il est avantageux de prévoir un filtre en amont ou en aval du corps chauffant, dans le courant d'air du ventilateur. Lorsque le dispositif de chauffage ou de climatisation fonctionne avec recirculation, conformément à l'expérience, l'humidité de l'air dans la cabine du véhicule augmente fortement, ce qui conduit à un embuage des vitres. Pour réduire l'humidité de l'air dans la cabine du véhicule il est avantageux de prévoir un sécheur d'air, dans lequel est envoyé le courant d'air
produit par le ventilateur.
Pour accroître plus encore le confort dans le cas du fonctionnement avec chauffage, notamment dans le cas de basses températures extérieures, il est prévu un chauffage électrique de siège et un chauffage électrique de plancher, qui sont activés par l'appareil de commande. Le chauffage électrique de plancher peut être avantageusement constitué par une couche sinueuse, électriquement conductrice, formée d'une feuille auto- adhésive. Pour des questions de sécurité, le pare-brise doit être maintenu en permanence sans buée et sans glace. À cet effet il est approprié de prévoir un dispositif de chauffage électrique de pare-brise, qui est activé par l'appareil de commande, auquel cas avantageusement le ventilateur fonctionne simultanément avec une vitesse de rotation plus faible de sorte que l'humidité éventuellement située sur la face intérieure du pare-brise est entraînée par le courant d'air. Pour obtenir un fonctionnement aussi économique que possible de tous les appareils d'utilisation électriques et d'éviter également une surcharge de l'alimentation électrique dans le cas d'un fonctionnement simultané de tous les dispositifs de chauffage électriques, il est avantageux que l'appareil de commande comprenne un circuit de fonctionnement économique, à l'aide duquel les dispositifs de chauffage électriques peuvent
fonctionner avec une demi-puissance.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente
invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en
référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 représente un dispositif de chauffage et de climatisation dans une forme de réalisation de base; et - la Figure 2 représente un dispositif avec récupération supplémentaire de la chaleur dissipée dans des composants et des dispositifs de chauffage supplémentaires, dégageant de la chaleur, dans
la cabine du véhicule.
Sur la Figure 1 on a représenté un premier circuit hydraulique FKI et un second circuit hydraulique FKII. Une canalisation hydraulique 11 s'étend depuis un dispositif de chauffage 1 situé dans le premier circuit hydraulique FKI jusqu'à un point d'embranchement 12, auquel un échangeur de chaleur 2 est raccordé au moyen d'une conduite tubulaire 13. L'échangeur de chaleur 2 est agencé sous la forme d'un échangeur de chaleur à liquide/air, l'autre extrémité des canaux pour le liquide dans l'échangeur de chaleur 2 étant raccordée par l'intermédiaire d'une canalisation hydraulique 14 à une soupape 3 à 3 voies. Une canalisation hydraulique 15 relie la soupape 3 à une pompe 4, qui est reliée, côté sortie, au dispositif de
chauffage 1 par l'intermédiaire d'une canalisation hydraulique 16.
Le circuit hydraulique FKII commence au niveau du point d'embranchement 12, à partir duquel une canalisation hydraulique 17 s'étend jusqu'à une autre pompe 5, qui est raccordée, du côté sortie, à un échangeur de chaleur 6. Une canalisation hydraulique 18 relie l'échangeur de chaleur 6 à la soupape 3. L'échangeur de chaleur 6 est situé dans un accumulateur thermique, qui est rempli par un milieu qui est, le cas échéant, peut accumuler une énergie thermique ou une
énergie frigorifique.
En outre un évaporateur 8 d'un circuit de refroidissement KK est situé dans l'accumulateur thermique 7, l'évaporateur 8 étant réuni à l'échangeur de chaleur 6 pour former une unité de construction. Le circuit de refroidissement KK comporte en outre un condensateur 9 et un compresseur 10, qui sont reliés par
l'intermédiaire de canalisations 19 pour le fluide de refroidissement.
Le compresseur 10 est couplé de préférence à un moteur électrique d'entraînement de sorte que la puissance du compresseur est réglable
au moyen de la vitesse de rotation du moteur d'entraînement.
L'échangeur de chaleur 2 est disposé de façon appropriée dans un canal de circulation d'air, dans lequel est également disposé le ventilateur 20 servant à produire un courant d'air dans l'échangeur de
chaleur 2. Le courant d'air est désigné par les flèches L sur la Figure 1.
Dans le canal de circulation d'air non représenté de façon plus détaillée est disposé, en amont de l'échangeur de chaleur 2, un volet de circulation d'air 21, qui détermine la partie de l'air qui est aspirée à partir de la cabine du véhicule et doit être conditionnée. Des volets de commande du courant d'air, un filtre et/ou un sécheur d'air 22 sont disposés dans le canal de circulation d'air, en amont de l'échangeur de
chaleur 2.
Le dispositif de chauffage 1, la soupape 3, les pompes 4 et 5, le dispositif d'entraînement de compresseur 10, le dispositif d'entraînement du ventilateur 20 ainsi que le moyen de réglage du volet de circulation d'air 21 sont reliés à un appareil de commande 23 qui, en fonction de plusieurs paramètres, fournit les signaux de
commande pour les composants respectifs actionnés électriquement.
Les signaux d'un capteur 24 de la température extérieure, d'un capteur de la température intérieure ainsi que d'un dispositif 26 de réglage de la valeur de consigne sont envoyés en dehors d'autres grandeurs
d'entrée non représentées sur la Figure 1.
Le dispositif de chauffage 1 peut être par exemple un dispositif de chauffage à combustible, dans la mesure o il s'agit d'un véhicule hybride comportant un moteur à combustion interne. Dans le cas d'un véhicule électrique comportant un système d'entraînement exclusivement électrique, le dispositif de chauffage 1 est un dispositif de chauffage électrique, qui peut être relié à la borne du secteur pendant la charge de la batterie prévue pour le moteur d'entraînement du véhicule. Dans le cas o un chauffage est nécessaire dans la cabine du véhicule ou dans le cas o une accumulation thermique est nécessaire dans l'accumulateur thermique, on active le dispositif de chauffage 1 pour chauffer le liquide présent dans le circuit hydraulique FKI et dans le circuit hydraulique FKII. Si la totalité de l'énergie - thermique produite dans le dispositif de chauffage 1 doit être utilisée pour chauffer l'habitacle du véhicule, la soupape 3 est amenée, à l'aide de l'appareil de commande 23, dans une position de commutation, dans laquelle la canalisation hydraulique 18 est bloquée, tandis que les canalisations hydrauliques 14 et 15 sont réunies. Simultanément, la pompe 4 est branchée de sorte que le liquide chauffé dans le dispositif
de chauffage 1 traverse complètement l'échangeur de chaleur 2.
Au début du chauffage du liquide dans le circuit hydraulique FKI ou d'une manière retardée, le dispositif d'entraînement du ventilateur 20 est branché par l'appareil de commande 23, ce qui conduit à l'obtention d'un courant d'air L qui charge l'échangeur de chaleur 2 sur son côté secondaire. De l'air chaud est envoyé à la cabine du véhicule, éventuellement après avoir été déshumidifié dans le sécheur d'air 22. Si la puissance de chauffage du dispositif de chauffage 1 n'est pas entièrement nécessaire pour le chauffage momentané de la cabine du véhicule, l'accumulateur thermique 7 peut être chargé par une énergie thermique au moyen de la chaleur en excès. A cet effet la soupape 3 est amenée dans une position de commutation, dans laquelle la canalisation hydraulique 18 est reliée aux canalisations hydrauliques 14 et 15. Simultanément, la pompe 5 est branchée par l'appareil de commande 23 de sorte que le liquide situé dans le second circuit hydraulique FKII est entraîné en recirculation. Dans l'échangeur de chaleur 6, l'énergie thermique du liquide est transmise au fluide
situé dans l'accumulateur thermique 7.
Dans la mesure o l'appareil de commande 23 détermine, sur la base des signaux d'entrée, qu'aucun chauffage n'est nécessaire dans la cabine du véhicule, le ventilateur 20 est arrêté et la soupape 3 est placée dans une position de commutation, dans laquelle la canalisation hydraulique 14 est bloquée. Dans cette position de fonctionnement, l'accumulateur thermique 7 est chargé par une énergie thermique. Lors du fonctionnement du véhicule ou dans l'état o il n'est pas raccordé au secteur, pour le chauffage de la cabine du véhicule, l'énergie thermique présente dans l'accumulateur thermique 7 est envoyée à l'échangeur de chaleur 2 de sorte qu'un courant d'air L produit par le ventilateur 20 est envoyé en tant que courant d'air chaud à la cabine du véhicule. Dans ce mode de fonctionnement, la soupape 3 est réglée de telle sorte que les canalisations hydrauliques 18 et 14 soient raccordées et que la canalisation hydraulique 15 soit bloquée. L'énergie thermique de l'accumulateur thermique 7 peut cependant être également appelée lorsque peu avant le démarrage, un chauffage rapide de la cabine du véhicule doit être exécuté, de sorte que le dispositif de chauffage 1 doit être conçu uniquement pour une
puissance de chauffage limitée.
Le milieu situé dans l'accumulateur thermique 7 peut être refroidi ou chargé par une énergie frigorifique pour assurer la climatisation du véhicule, c'est-à-dire pour l'envoi d'un courant d'air froid dans la cabine du véhicule. Un tel fonctionnement présuppose naturellement que pendant cet intervalle de temps, une accumulation de chaleur n'est pas nécessaire dans l'accumulateur thermique 7. Le dispositif d'entraînement du compresseur 10 est branché par l'appareil de commande 23 de sorte que dans l'évaporateur 8 est produit, par évaporation du fluide de refroidissement, un froid qui est délivré à l'échangeur de chaleur 6 ainsi qu'au milieu situé dans l'accumulateur thermique. Pour climatiser la cabine du véhicule, le liquide est entraîné en circulation à l'aide de la pompe 5 dans le second circuit hydraulique II, ce qui amène ce liquide à un niveau de température faible dans l'échangeur de chaleur 6. Le liquide froid est envoyé par les canalisations hydrauliques 18 et 14 à l'échangeur de chaleur 2 de sorte que le courant d'air L, qui charge l'échangeur de chaleur 2 sur le côté secondaire, est refroidi et est envoyé sous la forme d'un courant d'air froid à la cabine du véhicule. Dans la mesure o aucune climatisation de la cabine du véhicule n'est nécessaire sur la base des signaux d'entrée des capteurs de température 24, 25 et du dispositif 26 de réglage de la valeur de consigne, l'énergie frigorifique produite au moyen du circuit de refroidissement KK peut être entièrement stockée dans
l'accumulateur thermique 7.
La Figure 2 représente un dispositif de chauffage et de climatisation, dans lequel la chaleur évacuée de composants dégageant de la chaleur peut être également utilisée pour le chauffage de la cabine du véhicule, et dans lequel le confort de chauffage est accru à l'aide d'autres dispositifs électriques supplémentaires de chauffage. Ce dispositif comprend un premier circuit hydraulique FKI ainsi qu'un second circuit hydraulique FKII, qui correspondent pour l'essentiel à la forme de réalisation de la Figure 1 de sorte que l'on a utilisé les mêmes chiffres de référence pour les parties identiques et que l'on se reportera
également à la description, qui les concerne, fournie en référence à la
Figure 1.
Dans le premier circuit hydraulique FKI il est prévu en tant que source de chaleur un dispositif de chauffage électrique 101, qui peut être relié à la borne électrique d'un poste de charge, de sorte que l'énergie nécessaire pour le chauffage au moyen du dispositif de chauffage 101 peut s'effectuer directement par l'intermédiaire de la borne de charge. Naturellement le dispositif de chauffage 101 peut être également agencé sous la forme d'un dispositif de chauffage à combustible. Comme moyen formant soupape entre les canalisations hydrauliques 14, 15 et 18 il est prévu une soupape 103 à 4 voies de sorte qu'un troisième circuit hydraulique FKIII peut être raccordé, au moyen de cette soupape 103, au premier ou au second des circuits hydrauliques FKI et FKII. Une canalisation hydraulique 33 part de la soupape 103 à quatre voies pour aboutir à une boîte de vitesses à convertisseur ou à un onduleur et un moteur électrique 31 du dispositif d'entraînement du véhicule, pour évacuer, au moyen du liquide, la chaleur apparue dans la boîte de vitesses à convertisseur 31 ou dans l'onduleur et le moteur électrique. Côté sortie, une canalisation hydraulique 34, qui 1l aboutit aux canaux de refroidissement dans une batterie à haute température 30, est raccordée aux canaux de refroidissement situés dans la boîte de vitesses à convertisseur ou à l'onduleur et au moteur électrique 31. Côté sortie, les canaux de refroidissement dans la batterie à haute température 30 sont reliés par l'intermédiaire d'une canalisation hydraulique 35 à un échangeur de chaleur externe 32, d'o une canalisation hydraulique 36 est raccordée à une pompe 27 qui est prévue pour la recirculation du liquide dans le troisième circuit hydraulique FKIII. Une canalisation hydraulique 38 part de la pompe
27 et est raccordée à la canalisation hydraulique 15 ou à la pompe 4.
Dans la canalisation hydraulique 38 est prévue une soupape 28 à 3 voies, à partir de laquelle une canalisation hydraulique 39 aboutit à la canalisation hydraulique 33 et, par l'intermédiaire de cette dernière, à la boite de vitesses à convertisseur 31. Dans la canalisation hydraulique 35 est disposé un thermostat 29 à partir duquel s'étend une canalisation hydraulique 37 qui aboutit au raccord, situé côté refoulement, de la
pompe 27.
L'appareil de commande 23, qui correspond essentiellement à celui de la Figure 1, est prévu pour la commande du dispositif de chauffage et de climatisation de la Figure 2. Tous les composants pouvant être commandés électriquement, qui sont situés à l'intérieur du cadre désigné par le chiffre de référence 40, sont commandés par l'appareil de commande 23 de la même manière que le volet de circulation d'air 21, la commande de tous les moyens de réglage des dispositifs d'entraînement électriques du dispositif de chauffage et de climatisation s'effectuant en fonction d'au moins un capteur 25 de la température intérieure, d'un capteur 24 de la température extérieure et du signal du dispositif 26 de réglage de la valeur de consigne. En outre, le dispositif représenté sur la Figure 2 comprend un dispositif électrique 42 de chauffage de pare-brise, un dispositif électrique de chauffage de siège 43 pour le conducteur et le passager et un dispositif de chauffage électrique du plancher 44, qui peut être également commandé séparément pour le conducteur et pour le passager. Les dispositifs de chauffage électriques 42, 43, 44 sont également commandés par l'appareil de commande 23 et il est approprié que l'appareil de commande 23 comprenne un circuit de fonctionnement économique, à l'aide duquel, dans le cas de la présence de certains états de fonctionnement, les dispositifs de chauffage 42 à 44 peuvent fonctionner avec la moitié de la puissance électrique. Il peut être également prévu de commander la puissance des dispositifs de chauffage électriques supplémentaires 42 à 44 en fonction du signal du
dispositif 26 de réglage de la valeur de consigne.
Le fonctionnement des circuits hydrauliques FKI et FKII pour le chauffage ou la climatisation de la cabine du véhicule correspond au fonctionnement décrit en référence à la Figure 1 de sorte
que pour éviter des répétitions, on se reportera à la description
associée. Conformément à la représentation de la Figure 2, l'accumulateur thermique 7, dans lequel est disposé l'échangeur de chaleur 6, ainsi que les composants 8, 9 et 10 du circuit de refroidissement KK et la pompe 5 peuvent être réunis dans un boîtier
thermique, qui est désigné par le chiffre de référence 41 sur la Figure 2.
Si la chaleur dégagée dans la boîte de vitesses à convertisseur ou dans l'onduleur et dans le moteur électrique 31 et dans la batterie à haute température 30 doit être utilisée pour chauffer la cabine du véhicule et/ou pour charger le convertisseur thermique 7 avec une énergie thermique, la soupape 103 à quatre voies est située dans une position de commutation, dans laquelle le premier circuit hydraulique FKI ou le second circuit hydraulique FKII est relié à la canalisation hydraulique 33. La chaleur extraite de la boite de vitesses à convertisseur ou de l'onduleurdu moteur électrique 31 et de la batterie à haute température 30 est évacuée par l'intermédiaire des canalisations hydrauliques 34 et 35, et le liquide chauffé de cette manière parvient, par la canalisation hydraulique 35 ainsi que par la canalisation de dérivation 37 et par la canalisation hydraulique 38, à la pompe 4. Si le niveau de température dans la canalisation hydraulique 35 dépasse le besoin en énergie thermique, qui est nécessaire pour chauffer la cabine du véhicule et/ou pour charger l'accumulateur thermique 7, un courant partiel du liquide ou éventuellement également la quantité totale de ce liquide est envoyé, au moyen de la soupape 29, à l'échangeur de chaleur externe 32, qui est chargé côté secondaire par exemple par l'air extérieur, de sorte que la chaleur est
délivrée à l'air ambiant.
Dans le pur fonctionnement de refroidissement du circuit hydraulique FKIII, la soupape 28 à 3 voies est située dans une position de commutation, dans laquelle la liaison avec la pompe 4 est bloquée et le raccord de refoulement de la pompe 27 est relié à la canalisation hydraulique 33 par l'intermédiaire de la canalisation hydraulique 39. Simultanément la soupape 103 à 4 voies est située dans une position de commutation, dans laquelle les canalisations hydrauliques 14, 15, 18 sont séparées de la canalisation hydraulique 33. La pompe 27 entraîne alors en circulation le liquide situé dans le circuit hydraulique FKIII, auquel cas la température peut être maintenue au moyen de la canalisation de dérivation 37 commandée par le thermostat, à un niveau approximativement constant de sorte que des variations extrêmes de la température peuvent être évitées en fonction d'une
alternance fréquente de charge lors de la conduite.
Les composants du circuit de refroidissement KK ainsi que l'accumulateur thermique 7 et la pompe 5 peuvent être également réunis, dans l'exemple de réalisation de la Figure 1, dans un boîtier thermique, comme cela est indiqué sur la Figure 2. Ce dispositif peut par conséquent être prévu aussi bien en tant qu'équipement d'origine
qu'en tant qu'équipement installé ultérieurement.
Le dispositif de chauffage et de climatisation selon l'invention fournit en outre la possibilité d'installer un accumulateur à glace dans l'accumulateur thermique 7 et simultanément de chauffer
l'habitacle du véhicule par l'intermédiaire du circuit hydraulique FKI.
À cet effet la soupape 3 à 3 voies ou la soupape 103 à 4 voies est située dans une position, dans laquelle les circuits hydrauliques FKI et FKII sont séparés. Cette particularité résout le problème qui existait jusqu'alors, à savoir que pendant les saisons de transition au printemps ou en automne, pendant lesquelles le matin et le soir il fait relativement froid et pendant la journée il apparaît des températures qui requièrent une climatisation de l'habitacle du Véhicule, on peut exécuter uniquement un chauffage ou un refroidissement. Avec le dispositif décrit précédemment, le cas échéant, on peut chauffer l'habitacle alors qu'on installe un accumulateur à glace dans D l'accumulateur thermique 7 ou bien alors qu'un accumulateur à glace s'y trouve déjà installé, étant donné que les circuits hydraulique FKI et FKII ne s'influencent pas réciproquement pour une position correspondante de la soupape 3 ou 103. Le circuit hydraulique FKI est entraîné au moyen de la pompe 4. Si la température augmente et si le besoin de chauffage disparaît, l'arrivée d'eau chaude à l'échangeur de chaleur 2 est bloquée et de l'eau froide provenant de l'accumulateur à glace est envoyée et de cette manière l'air envoyé dans l'habitacle du
véhicule est refroidi.
Grâce à l'invention il est possible, dans des types déterminés de véhicules automobiles, par exemple des véhicules électriques et des véhicules hybrides, d'utiliser d'une manière optimale l'énergie électrique et de l'économiser. Ceci accroît le rayon d'action du véhicule sans qu'il faille augmenter la batterie d'accumulateurs coûteuse. Une réponse spontanée du dispositif de chauffage et de climatisation est possible. L'accumulateur peut, pendant l'opération de charge, être chargé à la maison ou bien dans une installation publique de charge en fonction du besoin auquel on s'attend (chauffage en hiver
refroidissement en été).
Claims (18)
1. Dispositif de chauffage et de climatisation pour véhicule automobile, notamment un véhicule électrique ou hybride, comportant un premier circuit hydraulique (FKI), qui comprend un échangeur de chaleur (2), une pompe (4), une source de chaleur (1,101) pour chauffer le liquide, et un moyen formant soupape (3, 103), l'échangeur de chaleur (2) étant chargé par de l'air sur le côté secondaire tandis qu'il est prévu un ventilateur (20) servant à produire un courant d'air (L), le dispositif comportant en outre un circuit de refroidissement (KK) qui comprend un évaporateur (8), un condensateur (9) et un compresseur (10), et un appareil de commande (23) pour effectuer la régulation en fonction d'au moins un signal d'un capteur de température (24, 25) et d'une valeur de consigne réglable, caractérisé en ce qu'il est prévu un second circuit hydraulique ( FKII), qui peut être raccordé au premier circuit hydraulique (FKI) par l'intermédiaire du moyen formant soupape (3, 103) (5) et dans lequel sont disposés un accumulateur thermique (7), ainsi qu'une pompe, et que la source de chaleur (1, 101) située dans le premier circuit hydraulique (FKI) est un dispositif de chauffage (1, 101), qui est indépendant du fonctionnement du véhicule et qui sert à chauffer selon les besoins l'air traversant l'échangeur de chaleur (2) et/ou charger l'accumulateur thermique (7) avec une énergie thermique, et que l'évaporateur (8) du circuit de refroidissement (KK) peut être couplé thermiquement, au moyen du second circuit hydraulique (FKII), à l'échangeur de chaleur (2) et sert à charger l'accumulateur
thermique avec une énergie frigorifique.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'accumulateur thermique (7), un échangeur de chaleur (6) traversé par le liquide du second circuit hydraulique (FKII) forme,
conjointement avec l'évaporateur (8), une unité de construction.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce
que la source de chaleur est un dispositif de chauffage électrique (101).
4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'énergie thermique est un dispositif de chauffage à
combustible (1).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé
en ce que le compresseur (10) est accouplé à un moteur électrique d'entraînement.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé
en ce qu'il est prévu un troisième circuit hydraulique (FKIII), qui sert à absorber la chaleur dégagée par des unités (30, 31) dégageant de la chaleur, et est relié par l'intermédiaire du moyen formant soupape
(103) au premier circuit hydraulique (FKI).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les unités dégageant de la chaleur sont un moteur d'entraînement, une boîte de vitesses à convertisseur (31) et/ou une batterie à haute
température (30).
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que dans le troisième circuit hydraulique (FKIII) sont prévus un échangeur de chaleur (32) et une pompe (27) ainsi qu'une canalisation de dérivation commandable (37), qui contourne l'échangeur de chaleur
(32) et la pompe (27).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est prévu une soupape thermostatique (29), qui commande le passage respectif du liquide dans la canalisation de dérivation (37) et dans
l'échangeur de chaleur (32).
10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que dans le troisième circuit hydraulique (FKHiI) est disposée, en aval de la pompe (27), une soupape (28), dont une canalisation de liaison (39) est raccordée à au moins l'une des unités (30, 31) dégageant de la chaleur.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à
, caractérisé en ce que le moyen formant soupape (103), qui relie les premier, second et troisième circuits hydrauliques (FKI, FKII, FKIII), est
une soupape à 4 voies.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
11, caractérisé en ce qu'un conduit d'air est prévu entre la cabine du véhicule et l'échangeur de chaleur (2) situé dans le premier circuit hydraulique (FKI) et que dans cet échangeur est disposé un volet de commutation d'air (21), dont la position respective peut être
déterminée par l'appareil de commande (23).
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
12, caractérisé en ce que des volets de commande de circulation d'air servant à répartir l'air sont disposés en aval de l'échangeur de chaleur
(2) dans le courant d'air (L).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
13, caractérisé en ce qu'il est prévu un sécheur d'air (22) et/ou un filtre,
qui est chargé par le courant d'air (L) du ventilateur (20).
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
14, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif (42) de chauffage électrique de pare-brise, qui est activé par l'appareil de commande,
pour un fonctionnement simultané du ventilateur (20).
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de chauffage électrique de siège (43) et un dispositif de chauffage électrique de plancher (44),
qui sont activés par l'appareil de commande (23).
17. Dispositif selon les revendications 15 et 16 prises dans
leur ensemble, caractérisé en ce que l'appareil de commande comprend un circuit de fonctionnement économique, à l'aide duquel les dispositifs de chauffage électriques (42, 43, 44) peuvent être entraînés
avec une demi-puissance.
18. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage de plancher (44) est constitué par une couche
sinueuse électriquement conductrice formée d'une feuille auto-
adhésive.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| TP | Transmission of property | ||
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20051130 |