Brevet FR2546281A1 — publié le 19841123

La présente invention concerne un élément de circuit de fluide destiné awx pompes d chaleur, et son procédé de fabrication. Elle concerne aussi les pompe pes à chaleur comprenant un tel élément de circuit. On sait que les principaux éléments des pompes à chaleur sont un compresseur, un condenseur,un détendeur, et un évaporateur. On est aussiqamend à incorporer un robinet à quatre voies afin que la circulation assurée par le compresseur puisse être inversée dans l'évapora- teur. En effet, celui-ci se recouvre peu à peu de givre et il convient donc de faire disparaitre périodiquement ce givre qui réduit beaucoup l'efficacité de l'dvapora- teur. En plus des éldments indiqués, le circuit d'une pompe à chaleur comporte le plus souvent un réservoir de fluide, un déshydratant, un clapet, un étranglement et, très souvent, un silencieux monté à la sortie du compresseur.Bien entendu, tous ces éléments doivent être reliés les uns aux autres de manière déterminée et la réalisation actuelle d'une pompe à chaleur nécessite successivement le raccordement de ses nombreux éléments. L'invention concerne la réduction de la com plexité de la réalisation de ces pompes à chaleur par incorporation de la plus grande partie du circuit dans un seul élément. Plus précisément, il est avantageux que tous éléments, à part le compresseur, l'évaporateur et le condenseur, et éventuellement un organe de régulation, soient incorporés à un seul élément de circuit. De cette manière, l'encombrement de la pompe à chaleur peut être réduit et sa fiabilité peut être accrue. En outre, la réalisation simple et rapide de cet élément de circuit remplissant un grand nombre de fonctions permet une rEduc- tion très importante du prix final d'une pompe à chaleur. Plus précisément, l'invention concerne un élément de circuit de fluide pour pompe d chaleur, comprenant - deux organes formés de tôle emboutie, accolés et soudés et sans apport l'un à l'autre, et délimitant plusieurs tronçons de tuyauterie et plusieurs cavités reliées par des tronçons de tuyauterie e les tronçons de tuyauterie et les cavités formant un circuit qui débou- che à loextdrieur par au moins deux orifices, - au moins un mécanisme placé dans l'une des cavité et ayant un corps délimitant au moins une entrée et une sortie et un organe mobile placé entre l'entrée et la sortie, et - au moins une soudure formée entre le corps du mécanisme et les deux organes emboutis et assurant l'étanchéité autour du corps au moins entre l'entrée etla sortie. Il est avantageux que la soudure sans apport des deux organes emboutis soit effectuée à une température plus élevée que celle à laquelle fond la matière de soudure utilisée pour la liaison entre le corps du mécanisme et les organes emboutis, cette soudure étant une soudure ou brasure tendre. Le mécanisme placé dans une cavité peut être notarament un robinet, par exemple à quatre voies, un détendeur, un clapet, un tube d'étranglement, etc. Lorsque le mécanisme est un robinet à quatre voies ayant une clé, il est avantageux que celle ci soit commandée en rotation par un organe magnétique placé à l'intérieur de la cavité du mécanisme et couplée d un organe magnétique d'entraine- ment placé à l'extérieur de la cavité délimitée par les deux organes emboutis. De cette manière, aucun orifice ne fait communiquer la cavité et l'extérieur de l'élément de circuit, à part les tronçons de tuyauterie. Dans un mode de réalisation avantageux, l'd ment de circuit contient un robinet à quatre voies, un détendeur, un clapet et un tube d'étranglement et délimite des cavités pour un réservoir de fluide, une cartouche déshydratante et un silencieux. Il est avantageux que les organes emboutis soient formés de tôle d'acier inoxydable qui n'est pas sensible à la corrosion et qui peut être soudée de ma nitre étanche et simplement. L'invention concerne aussi une pompe à chaleur, du type qui comprend un compresseur, un condenseur, un évaporateur et un organe de régulation, comprenant en outre un élément de circuit selon l'invention, remplissant toutes les fonctions autres que celles du compresseur, du condenseur, de l'dvaporateur et de l'organe de régulation. L'invention concerne aussi un procédé de labri cation d'un élément de circuit de fluide pour pompe à chaleur, du type décrit précédemment, ce procédé comprenant - la disposition d'au moins un mécanisme dans une cavité de l'un des deS organes emboutis, avec interposition d'une matière de soudure, - la disposition du second organe embouti sur le premier afin que le mécanisme soit enfermé, avec interposition d'une matière de soudure, - le soudage localisé des organes emboutis afin qu'ils soient soudés de façon continue le long des tronçons de tuyauterie et des cavités, puis - le chauffage localisé, C une température inférieure à la température du soudage localisé, des par ties des organes emboutis à l'intérieur desquelles est disposée la matière de soudure afin que celle-ci fonde. Le soudage localisé est avantageusement un soudage sans apport de matière, réalisé à la molette ou par points. ta matière de soudure est de préférence une soudure ou une brasure tendre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur les quels la figure 1 est une vue en plan de l'un des organes emboutis d'un élément de circuit selon un mode de réalisation de l'invention o la figure 2 est une vue en plan du second organe embouti d'un élément selon l'invention, destin à coopérer avec l'organe embouti de la figure 1 la fanure 3 est une coupe d'un exemple de robinet à quatre voies qui peut être incorporé à l'élé- ment de circuit formé par les organes emboutis des figures 1 et 2 la figure 4 est une coupe par la ligne 3-3 de la clé du robinet de la figure 3 ;; les figures 5 et 6 sont respectivement une coupe et une élévation latérale de l'écrou de commande de la clé du robinet de la figure 3 s et ba figure 7 est une élévation schématique d'un détendeur destiné à être incorporé à l'élément de circuit formé par les organes emboutis des figures 1 et 2. A quelques différences près, les deux organes emboutis 10 et 12 représentés sur les figures 1 et 2 res pectivement sont symétriques l'un de l'autre En effet, lorsqu'ils sont accolés et soudés à la molette ou par points comme indiqué par les lignes en traits interrompus 14, ils délimitent à eux deux des tuyauteries et des eavl- tés.On a représenté ces tuyauteries et cavités comme délimitées à moitié par chacun des deux organes Cepen dant, dans des variantes, certains tronçons de tuyauteries ou certaines cavités au moins peuvent être délimités sous forme assymétrique, par exemple dans un seul des deux organes. L'organe 12 ou organe supérieur est percé transversalement à son plan de deux orifices 16, 18 entourés de manchons destinés à assurer le raccordement du compresseur d'une pompe a chaleur associée. Bien entendu, ces orifices 16, 18 peuvent ne pas être formés à travers l'un des organes emboutis mais seulement au bord comme représenté pour les autres orifices tels que 30, 32, 36, etc. Cependant, on a représenté cette carac téristique car elle simplifie le montage sur un compresseur Le refoulement du compresseur est relié à l'orifice 16.Celui ci débouche dans un court tronçon de tuyauterie relié d une cavité 20a, 20b destinée d contenir un silencieux. Ce dernier est constitué par des chicanes formées par des tales et placées entre les deux organes emboutis avant leur soudage. L'autre extrémité du silencieux débouche dans un tronçon 22 de tuyauterie qui parvient à une cavité circulaire 24a, 24b, destinée b loger un robinet à quatre voies représenté sur les figures 3 à 6 et décrit dans la suite du présent mémoire. Un tronçon de tuyauterie 28 est disposé entre la cavité 24 et un orifice 30 destiné à être raccordé à un condenseur. L'autre côté du condenseur est destiné à être raccordé à un orifice 32 d'un court tronçon de tuyauterie qui débouche dans une cavité 34a, 34b. Cel1e- ci est destinée à constituer un réservoir du fluide de travail, en général un "Fréon". Ce réservoir est aussi relié à l'extérieur par un orifice 36 destiné au remplissage du circuit. Cet orifice est donc ferré de manière étanche lorsque le circuit a été rempli et est en fonctionnement. Il permet par exemple la fixation d'un tube de cuivre spécial qui peut être fermé par écrasement puis soudure. L'autre extrémité du réservoir 34a, 34b est reliée par un court tronçon 38 de tuyauterie à une cavité 40a, 40b destinée à contenir une cartouche de ddshydrar tant. Il est important en effet pour le rendement d'une pompe à chaleur que le fluide de travail ne comporte pas d'eau. Cette cavité 40a, 40b est reliée par un court tronc çon sinueux de tuyauterie 42 à une cavité 44a, 44b des tinée à contenir un détendeur, représenté schématiquement sur la figure 7 Cette cavité débouche dans un tronçon 46 de tuyauterie qui parvient à une cavité 48a, 48b des tinte à loger un clapet. Cette cavité débouche à son autre extrémité dans un tronçon de tuyauterie 50 qui rejoint le bord de l'élément de circuit à un orifice 52. Il faut noter qu'une cavité d'une petite dimension 54a, 54b est disposée en dérivation par rapport à la cavité du détendeur, entre les tronçons 42 et 50 de tuyauterie. Cette cavité est destinée à contenir un tron çon de tube de diamètre calibré qui constitue un étranglement. Il faut aussi noter que la cavité 44a, 44b débouche, à l'extrémité opposée au tronçon 46 de tuyauterie, dans une cavité 56a, 56b disposée dans un tron çon 60 de tuyauterie, entre un orifice 58 et la cavité 24a, 24b qui loge le robinet. Le dernier tronçon de tuyauterie qui débouche dans cette dernière cavité rejoint l'orifice 18 de communication avec lDasplration du com presseur. il est peu important que les chicanes du silencieux placées dans la cavité 20a 20b et que la cartouche de-déshydratant place dans la cavité 40a, 40b ne soient pas fixées de manière étanche entre les deux organes em boutais, car cette caractéristique n'est pas essentielle pour leur fonctionnement. Cependant, l'étanchéité est indispensable pour le robinet, le détendeur, le clapet et, à un moindre degré, le tube formant un étranglement. On note à cet effet que les tronçons de tuyauterie avec lesquels des mécanismes doivent coopérer de manière étanche ont des parties élargies telles que 62 (cavité 24a, 24b), 64 (cavité 44a, 44b), 66 (cavité 54a, 54b) et 68 (cavité 43a, 48b). On va donc considérer, dans ltexemple du robinet comment cette étanchéité est obtenue selon l'invention. On considère d'abord le robinet à quatre voies représenté sur les figures 3 à 6 et destiné à se loger dans la cavité 24aR 2bob. Ce robinet a un corps 70 qui est muni de quatre sorties 72 sous forme de tronçons de tube de section externe circulaire.Le corps 70 délimite une cavité en tronc de cône dans laquelle peut tourner une clé 74. Celle-ch représentée en coupe sur la figure 4, a deux ouvertures de raccordement permettant la connexion deux à deux des sorties du corps. La clé comporte un trou 82 de section carrée mais vrillé. Plus précisément, ce trou est formé par brochage d'un trou circulaire avec un outil de forme carrée comme indiqué sur la figure 4. Le vrillage de ce trou apparat sur la figure 3. Un écrou vrillé 84 qui a section carrée comme indiqué sur la figure 5, a un trou central taraudé 86 et deux trous de guidage 88, Des tiges 90, solidaires d'un capuchon 92 fixé au corps, sont destinées à empê- cher la rotation de l'écrou. Une tige filetée 96 est diso posée dans le trou taraudé 86 de l'écrou et elle peut être entraînée en rotation par un organe 98 comprenant un aimant. La tige est aussi solidaire d'une plaque 100 qui peut tourner entre deux butées 102 retenues sur la clé par une collerette 104. La clé est maintenue en position dans son logement tronçonique par un ressort 76 qui prend appui contre une bague 78 solidaire de la clé et contre une butée 80 placée contre le corps. On note donc que la rotation de l'organe 98 d'entratnement provoque la rotation de la tige filetée 96 et le déplacement en translation de l'écrou 84 puisque celui-ci ne peut pas tourner. Le déplacement en translation de l'écrou provoque alors, étant donné le vrillage de l'écrou et du trou dans lequel il est placé, la rota- tion de la clé. Cependant, étant donné la démultiplica- tion entre le pas de la tige filetée 96 et celui du vril- lage du trou de la clé, le couple appliqué par l'organe 98 d'entratnement pour la rotation de la clé est très faible. De cette manière, l'organe 98 est avantageusement entralné par un organe placé à l'extérieur de l'élément de circuit selon l' l'invention alors que l'ensemble du ro- binet représenté sur la figure 3 se trouve à l'intérieur. Cette disposition est rendue possible parce que la force nécessaire pour la rotation de la clé est très faible. La figure 3 indique que chaque embout circuit laire 72 du corps du robinet a une gorge 106. Celle-ci est destinée à recevoir un cordon 108 de soudure, avant la mise en place du robinet dans la cavité 24a, 24b. Lors- que le robinet a été mis en place entre les deux organes emboutis et lorsque ceux-ci ont été soudés l'un à l'autre la molette suivant le trajet 14 un chauffage localisé est appliqué dans chaque région 62 afin que le cordon de soudure 108 fonde et assure la liaison étanche entre l'embout 72 du robinet et les deux organes emboutis. Ce même procédé de fixation par soudure est utilisé pour la mise en place du détendeur 110 représen- té sur la figure 7 et destiné à se loger dans les cavités 44a, 44b et 56a, 56b. La figure 7 indique que le détendeut a un corps 110 et un premier embout 112 ayant une gorge 114 permettant sa fixation par soudage dans l'élar- gissement 64 du tronçon de tuyauterie 42. L'autre embout 116 a une gorge 118 destinée.à retenir une matière de soudure permettant le soudage dans la zone élargie 64 du tronçon 46 de tuyauterie.On note que le détendeur comporte un élément thermostatique 12Q qui modifie la pression de détente et qui se loge, avec du jeu, dans la cavité 56a, 56b, c'est-à-dire sur le trajet du fluide revenant de 1'évaporateur. Il faut en outre noter que le clapet logé dans la cavité 48a, 48b et le tronçon de tube logé dans la cavité 54a, 54b sont soudés dans les zones 66 et 68, comme décrit précédemment pour le robinet et le déten- deur. Les éléments extérieurs, c'est-d-dire le tube de remplissage, les deux tubes de raccordement de l'éva- porateur et les deux tubes de raccordement du condenseur, peuvent être fixés de manière analogue aux orifices 30, 32, 36, 52 et 58 Le compresseur peut aussi être fixé suivant la même technique aux orifices 16 et 18. Bien qu'on ait décrit un mode de réalisation dans lequel tous les éléments, à part le compresseur, l'évaporateur, le condenseur et éventuellement un organe de régulation, sont logés dans l'élément de circuit, cette caractéristique n'est pas indispensable selon l'invention et certains éléments peuvent être disposés aussi à l'ext6- rieur. Cependant, on tire avantage au maximum de l'inven tion en incorporant tous les éléments indiqués à ment de circuit. La fabr#cation de l'élément de circuit est simple. En effet, la plaque 10 peut être disposée à plat et les différents éléments peuvent y être introduits ctest dire, le silencieux et la cartouche déshydratante dwune part puis, après disposition d'une matière de soudure dans les gorges convenables, le robinet 26, le dé- tendeur 110, le clapet et le tube d'étranglement. Lgautre organe embouti 12 est alors placé auodessus et le soudage à la molette d suivant le trajet 14 est exécuté. Bien entendu, dans les endroits délicats, le soudage peut être réalisé par points qui se recouvrent afin que le circuit soit bien étanche. Lorsque la totalité du soudage à la molette a été exécuté, des électrodes de forme arrondie sont placées contre les parties des deux organes emboutis 10 et 12 à l'intérieur desqeelles se trouvent les cordons de sou- dure. La circulation d'un courant intense pendant une temps très court, de l'ordre de la seconde, suffit pour la fusion de la matière de soudure ou de brasure tendre placée à l'intérieur. Lorsque les soudures ont été effectuées, l'élément de circuit peut être testé. Les différents orifices de sortie peuvent aussi être munis de tronçons de tube, avantageusement de cuivre, permettant ensuite un raccordement direct d'éléments d'aluminium, notamment de l'évaporateur. Ainsi, l'invention concerne un élément de circuit qui peut être réalisé d'une manière fiable, à un faible prix et qui regroupe un grand nombre d'organes d'une pompe à chaleur. De cette manière, le temps de montage d'une telle pompe est fortement réduit et des éco- nomies considérables peuvent ainsi être réalisées. En outre, le circuit réalisé est bien plus fiable que le circuit habituel qui comporte un grand nombre de soudures formées à des endroits différents et qui subissent des vibrations et peuvent céder à la longue. La description qui précède ne concerne pas la régulation qui est réalisée de manière classique. Par exemple, le robinet à quatre voies est commandé de ma nièce classique, par l'intermédiaire deun organe placé à l'extérieur et qui assure la rotation de l'organe 98 du robinet. Les autres commandes sont identiques à celles d'une pompe à chaleur classique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. Le soudage à la molette suivant le trajet 14 est de préférence un soudage par points sécants, REVENDICATIONS 1. Elément de circuit de fluide pour pompe à chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend - deux organes (10, 12) formés de tôle emboutie, accolés et soudés sans apport l'un à l'autre, et délimitant plusieurs tronçons de tuyauterie et plusieurs cavités reliées par des tronçons de tuyauterie, les tronçons de tuyauterie et les cavités formant un circuit qui débouche à l'extérieur par au moins deux orifice (30, 32), - au moins un mécanisme t26) placé dans l'une des cavités (24a, 24b) et ayant un corps 6709 délimitant au moins une entrée et une sortie (72), et un organe mobile (74) placé entre l'entrée et la sortie, et - au moins une soudure (108) formée entre le corps (70) du mécanisme et les deux organes emboutis (10, 12) et assurant l'étanchéité autour du corps au moins entre l'entrée et la sortie. 2. Elémént selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soudure formée entre le corps g70} et les organes emboutis 10, 12) est une soudure ou brasure tendre. 3. Elément selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mécanisme est choisi dans le groupe qui comprend un robinet (26), un détendeur (110) et un clapet. 4. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mécanisme est un robinet (26) ayant une clé t74) qui est commandée en rotation par un organe magné- tique (98) placé à l'intérieur de la cavité (24a, 24b) logeant le mécanisme et couplé à un organe magnétique d'entraî- nement placé à l'extérieur de la cavité délimitée par les deux organes emboutis (10, 12). 5. Elément selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des cavités contenant un robinet à quatre voies (26), un dé- tendeur (110), un clapet, un tube d'étranglement, un si- lencieux et une cartouche déshydratante. 6. Elément selon leune quelconque des reendica tions précédentes, caractérisé en ce que les organes emboutis (10, 12) sont formés de tôle d'acier inoxydable; 7. Pompe à chaleur, du type qui comprend un compresseur, un condenseur, un évaporateur et un organe de régulation, caractérisée en ce qu'elle comprend un élé- ment de circuit selon l'une quelconque des revendlcations 1 à 6, remplissant toutes les fonctions autres que c-elles du compresseur, de 1'dvaporateurD du condenseur et de l'organe de régulation. 8 Procédé de fabrication d'un élément de circuit de fluide pour pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend - la disposition d'au moins un mécanisme (26) dans une cavité (24b) de l'un des organes emboutis (10) avec interposition d'une matière de soudure (108), - la disposition du second organe embouti (12) sur le premier afin que le mécanisme (26) soit enfermé, - le soudage localisé des organes emboutis (10, 12) afin qu'ils soient soudés de façon continue le long des tronçons de tuyauterie et des cavités, puis - le chauffage localisé, à une température inférieure à la température du soudage locals de par ties des organes emboutis à l'intérieur desquelles est disposée la matière de soudure (108) afin que celle-ci fonde. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé an ce que le soudage localisé est un soudage sans apport de matière, réalisé à la molette ou par points. 10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la matière de soudure (108) est choisie parmi les matières de soudure et de brasure tendre.