Brevet FR2741428A1 — publié le 19970523

/1 L'invention concerne un réservoir de fluide frigorigène pour une installation de pompe à chaleur, en particulier pour une installation de climatisation de véhicule automobile. Le réservoir de l'invention est du type comprenant une entrée de fluide propre à être raccordée à un condenseur et une sortie de fluide propre à être raccordée à un évaporateur, et contenant un filtre de déshumidification. Dans une installation de pompe & chaleur, il est prévu en outre un compresseur et un détendeur reliés en circuit fermé avec le condenseur, l'évaporateur et le réservoir de fluide frigorigène. Le fluide frigorigène est comprimé sous forme de gaz chaud par le compresseur, avant d'être envoyé dans le condenseur o il est condensé sous forme de liquide chaud. Ce liquide traverse ensuite le réservoir encore appelé bouteille, dans lequel il est déshumidifié ou déshydraté. Ensuite, le liquide ainsi déshumidifié est détendu sous forme de mélange liquide/gaz froid dans le détendeur, avant d'être envoyé dans l'évaporateur o il se transforme en gaz froid, avant de retourner au compresseur. Lorsqu'une telle installation est utilisée pour la climatisa- tion d'un véhicule automobile, un flux d'air est refroidi au contact de l'évaporateur avant d'être envoyé dans l'habitacle du véhicule. Une telle installation nécessite un grand nombre de compo- sants, ce qui augmente son encombrement et constitue par conséquent un inconvénient dans le cas o elle doit être implantée dans un véhicule automobile, dans lequel la place disponible est de plus en plus limitée. Il est connu par ailleurs de faire fonctionner une telle installation de pompe à chaleur de manière réversible, si bien que, en inversant le sens de circulation du fluide frigorigène, l'échangeur de chaleur qui jouait le rôle de condenseur devient un évaporateur et, inversement, l'échan- geur de chaleur qui servait d'évaporateur joue le rôle de condenseur. Une telle installation est particulièrement intéressante dans le cas d'un véhicule automobile, puisqu'un m éme échangeur de chaleur peut servir, soit d'évaporateur pour la climatisation de l'habitacle, soit de condenseur pour le chauffage de l'habitacle. En pareil cas, un seul échangeur de chaleur peut servir à la climatisation ou au chauffage. Cependant, une telle installation nécessite un circuit complexe pour réaliser l'inversion du sens de circulation du fluide. L'invention a également pour but de surmonter un tel inconvé- nient. Elle propose à cet effet un réservoir de fluide frigorigène, du type défini en introduction, lequel porte un détendeur relié, d'une part, à une chambre d'entrée formée dans le réservoir et contenant le filtre de déshumidification et, d'autre part, à une chambre de sortie formée dans le réser- voir et séparée de la chambre d'entrée par un organe de séparation. Il est possible ainsi, avec un seul élément, de réaliser trois fonctions principales: fonction de réservoir de fluide frigorigène, fonction de filtration/déshydratation du fluide frigorigène en phase liquide, et fonction de détente du fluide frigorigène. Selon une autre caractéristique de l'invention, le détendeur est monté à l'extérieur du réservoir. Avantageusement, la chambre d'entrée est formée dans une partie inférieure du réservoir tandis que la chambre de sortie est formée dans une partie supérieure du réservoir, par rapport à la position d'utilisation normale de celui-ci. Dans cette forme de réalisation préférée, le détendeur est monté en partie supérieure du réservoir et est relié, d'une part, à la chambre d' entrée par un tube intérieur qui traverse l'organe de séparation et débouche dans la chambre d'entrée et, d'autre part, à la chambre de sortie par un tube extérieur, par exemple un tube coudé. Le détendeur comporte de préférence un bulbe déporté. Selon une autre caractéristique de l'invention, le réservoir a une forme générale cylindrique de révolution autour d'un axe et le tube intérieur est disposé coaxialement dans le réservoir. De préférence, le réservoir comprend un boîtier ouvert et un couvercle qui maintiennent entre eux l'organe de séparation. De préférence, l'entrée du réservoir communique avec la chambre d'entrée au travers d'un clapet anti-retour interdi- sant toute circulation de fluide de la chambre d'entrée vers l'entrée du réservoir, tandis que la sortie du réservoir communique avec la chambre de sortie au travers d'un clapet anti-retour interdisant toute circulation de la sortie du réservoir vers la chambre de sortie. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'organe de séparation délimite deux chambres intermédiaires qui communiquent respectivement avec deux ouvertures latérales du réservoir propres à constituer respectivement l'entrée et la sortie du réservoir, ou inversement. Dans cette forme de réalisation, chaque chambre intermédiaire communique avec la chambre d'entrée au travers d'un clapet anti-retour interdi- sant toute circulation de fluide de la chambre d'entrée vers la chambre intermédiaire, et chaque chambre intermédiaire communique avec la chambre de sortie au travers d'un clapet anti-retour empêchant toute circulation de fluide de la chambre intermédiaire vers la chambre de sortie. On réalise ainsi un réservoir réversible dans lequel l'une quelconque des deux ouvertures latérales peut servir d'entrée ou de sortie pour le fluide réfrigérant, tandis que l'autre ouverture latérale sert respectivement de sortie ou d'entrée pour le fluide frigorigène. Dans cette forme de réalisation de l'invention, l'organe de séparation comprend avantageusement une première paroi séparant les chambres intermédiaires de la chambre d'entrée, une seconde paroi séparant les chambres intermédiaires de la chambre de sortie, et une troisième paroi reliant la première et la seconde paroi et séparant les deux chambres intermé- diaires. Avantageusement, la première paroi et la seconde paroi sont de forme générale circulaire et s'étendent parallèlement entre elles, tandis que la troisième paroi relie la première paroi et la seconde paroi suivant un plan diamétral. Lorsque le réservoir est formé d'un boîtier ouvert et d'un couvercle, la première paroi est propre à prendre appui contre une portée du boîtier tandis que la seconde paroi est propre à prendre appui contre une portée du couvercle, les ouvertures latérales du réservoir étant formées avantageuse- ment dans le couvercle. Le détendeur utilisé dans l'invention est avantageusement un détendeur thermostatique bidirectionnel, à bulbe déporté, de préférence à égalisation de pression externe. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue partiellement en coupe d'un réservoir de fluide frigorigène selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue de dessus du réservoir de la figure 1; et - la figure 4 est une représentation schématique d'une installation de pompe à chaleur munie d'un réservoir selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre un réser- voir 10 formé d'un boîtier ouvert 12 et d'un couvercle 14. Le bottier 12 comprend une paroi latérale 16 de forme générale cylindrique circulaire d'axe X-X et un fond 18 de forme sensiblement hémisphérique. Le réservoir 10 est destiné à être disposé dans une position sensiblement verticale avec son fond 18 dirigé vers le bas. Le couvercle 14 comprend une paroi latérale 20 de forme générale cylindrique circulaire d'axe X-X et une paroi supérieure 22 de forme générale circulaire. La paroi 20 comprend un filetage intérieur 24 propre à coopérer avec un filetage extérieur 26 de la paroi 12, pour permettre le vissage du couvercle sur le boîtier, avec interposition d'un joint d'étanchéité 27. La paroi latérale 20 comprend deux bossages 28 et 30, diamétralement opposés, qui délimitent respectivement deux ouvertures latérales 32 et 34. Dans le mode de fonctionnement de la figure 1, l'ouverture 32 est destinée à être reliée à un échangeur de chaleur 36 fonctionnant comme condenseur, tandis que l'ouverture 34 est destinée à être reliée à un échangeur de chaleur 38 fonction- nant en tant qu'évaporateur. A l'intérieur du réservoir 10 est inséré, au montage, un organe de séparation 40 qui délimite, dans le réservoir, une chambre d'entrée 42 formée en partie inférieure et une chambre de sortie 44 formée en partie supérieure. L'organe de séparation 40 comprend une paroi inférieure 46 de forme générale circulaire prenant appui contre une portée annulaire 48, dans l'exemple formée par la face ouverte du boîtier 12. Dans la paroi 46 sont formées deux ouvertures 50 diamétralement opposées (figures 1 et 2) auxquelles sont associés respectivement deux clapets anti-retour 52 situés du côté de la chambre d'entrée 42. En outre, l'organe de séparation 40 comprend une paroi diamétrale 54 (figures 1 et 2) qui s'élève à partir de la paroi 46 dans une région d'un diamètre de celle-ci. La paroi 54 possède un alésage cylindrique 56 d'axe X-X destiné au passage d'un tube 58 disposé dans l'axe X-X du réservoir. Par ailleurs, l'organe de séparation 40 comprendune paroi circulaire 60 qui s'étend parallèlement à la paroi 46 et qui vient en appui contre une face supérieure 62 de la cloison 54. La paroi 60 prend appui, à sa périphérie, sur une portée annulaire 64 formée à l'intérieur du couvercle 14. Dans la paroi 60 sont également formées une ouverture pour le passage du tube 58 et deux ouvertures 66 diamétralement opposées, auxquelles sont associés respectivement deux clapets anti-retour 68, disposés du côté opposé à la chambre de sortie 44. Dans sa partie centrale, la paroi 60 prend également appui contre une portée annulaire 70 qui dépend de la paroi 22 du couvercle 14. Le tube 58 comprend un bourrelet périphérique 72 par lequel il prend appui contre la paroi 46 de l'organe de séparation 40. Le tube 58 comporte une extrémité inférieure 74 qui débouche au fond du boitier 12 et une extrémité supérieure 76 qui débouche à l'extérieur du réservoir par un passage axial 78. Le couvercle 14 porte extérieurement un détendeur 80 de type bidirectionnel comportant un bulbe déporté 81 monté à l'extrémité d'un conduit 83. Le détendeur 80 communique avec le passage axial 78 et il est muni d'un conduit d'égalisation de pression externe 82 rattaché au corps 84 du détendeur par un écrou 86. Un conduit coudé 88 comporte une extrémité qui traverse le corps 84 et une extrémité qui traverse la paroi 22 du couvercle. Ce conduit coudé établit une communication entre le passage axial 78 et la chambre d'entrée 44. L'organe de séparation 40 délimite intérieurement deux chambres intermédiaires 90 et 92 diamétralement opposées, qui communiquent respectivement avec l'ouverture 32 et 1l'ouver- ture 34. Par ailleurs, la chambre de sortie 42 loge intérieu- rement un filtre de déshumidification 94. Le réservoir de la figure 1 peut être intégré dans un circuit de fluide frigorigène qui comprend, outre le réservoir 10 et les deux échangeurs de chaleur 36 et 38, un compresseur 96 (figure 4). Ce compresseur est monté dans une boucle 98 qui inclut une vanne 100 du type à quatre voies. Dans cette boucle 98 débouche le conduit 82 d'égalisation de pression. En outre, le bulbe déporté 81 est logé à proximité immédiate de la boucle 98. La vanne 100 est reliée aux ouvertures 32 et 34 du réservoir 10 par deux conduits 102 et 104 sur lesquels sont montés respectivement les échangeurs de chaleur 36 et 38. La vanne 100 peut prendre deux positions différentes propres à faire circuler le fluide frigorigène dans deux sens de circulation différents. Dans un premier sens de circulation, comme représenté par de simples flèches sur la figure 4, le compresseur 96 envoie directement le fluide frigorigène dans l'échangeur de chaleur 36 qui joue le rôle de condenseur, tandis que l'échangeur de chaleur 38 joue le rôle d'évaporateur. Ce sens de circulation correspond aussi à celui de la figure 1. Dans un second sens de circulation, comme représenté par des doubles flèches, le compresseur 96 envoie directement le fluide frigorigène dans l'échangeur de chaleur 38 qui joue le rôle de condenseur, tandis que l'échangeur de chaleur 36 joue le rôle d'évaporateur. Lorsque le fluide frigorigène s'écoule dans le premier sens de circulation (simples flèches sur la figure 4), il est tout d'abord comprimé sous forme de gaz chaud par le compresseur 96 avant d'être envoyé dans l'échangeur de chaleur 36 qui joue le rôle de condenseur, o il est condensé sous forme de liquide chaud, puis de pénétrer dans le réservoir 10 par l'ouverture 32. Le fluide gagne la chambre intermédiaire 90 puis pénètre dans la chambre d'entrée 42 par une des deux ouvertures 50 en déplaçant le clapet anti-retour 52. Le fluide passe au travers du filtre de déshumidification 94 et parvient dans le fond du réservoir. De là, le fluide passe & l'intérieur du tube 58, gagne l'entrée du détendeur 80 et quitte ce dernier par le conduit coudé 88, puis gagne la chambre de sortie 44 du réservoir (figure 1). A la sortie du détendeur, le fluide frigorigène se trouve sous la forme d'un mélange liquide/gaz froid. Le fluide détendu quitte ensuite le réservoir par l'une des ouvertures 66 en déplaçant le clapet anti- retour 68 puis par l'ouverture 34. Le fluide frigorigène est envoyé vers l'échangeur de chaleur 38 qui joue le rôle d'évaporateur. Ce dernier transforme le fluide en gaz froid, lequel retourne ensuite vers le compresseur 96. Lorsque le fluide frigorigène s'écoule dans le deuxième sens de circulation précité, il peut pénétrer dans le réservoir par l'ouverture 34 et le quitter par l'ouverture 32, comme montré par les doubles flèches sur la figure 4. En pareil cas, l'échangeur de chaleur 36 joue le rôle d'évaporateur et l'échangeur de chaleur 38 celui de condenseur. La valve 100 fait circuler le fluide en sens inverse. Dans ce cas, le fluide pénètre dans la chambre d'entrée 42 par l'autre ouverture 50 (celle représentée à droite sur la figure 1) puis pénètre ensuite comme précédemment dans le détendeur 80 au moyen du tube 58. Le fluide gagne ensuite la chambre de sortie 44 puis il gagne la chambre intermédiaire 90 par l'ouverture 66 (située à gauche sur la figure 1) avant de quitter le réservoir par l'ouverture 32. On obtient ainsi un réservoir de structure particulièrement compacte qui peut fonctionner de façon réversible. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'un des deux échangeurs de chaleur peut servir ainsi à la fois d'évaporateur pour envoyer un flux d'air climatisé dans l'habitacle d'un véhicule automobile et de condenseur pour permettre le réchauffement d'un flux d'air servant au chauffage de cet habitacle. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple. Dans une version simplifiée du réservoir, ce dernier peut être utilisé seulement dans un sens de circulation du fluide. En pareil cas, il n'est pas nécessaire de prévoir un organe de séparation définissant des chambres intermédiaires entre la chambre d'entrée et la chambre de sortie. Le dispositif de l'invention trouve son application princi- pale dans le chauffage et/ou la climatisation de véhicules automobiles. Revendications 1.- Réservoir de fluide frigorigène pour une installation de pompe à chaleur, du type comprenant une entrée de fluide (32; 34) propre à être raccordée à un condenseur et une sortie de fluide (34; 32) propre à être raccordée à un évaporateur, et contenant un filtre de déshumidification (94), caractérisé en ce que le réservoir (10) porte un détendeur (80) relié, d'une part, à une chambre d'entrée (42) formée dans le réservoir (10) et contenant le filtre de déshumidifi- cation (94) et, d'autre part, à une chambre de sortie (44) formée dans le réservoir (10) et séparée de la chambre d'entrée par un organe de séparation (40). 2.- Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détendeur (80) est monté à l'extérieur du réservoir (10). 3.- Réservoir selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que la chambre d'entrée (42) est formée dans une partie inférieure du réservoir et la chambre de sortie (44) dans une partie supérieure du réservoir, par rapport à la position d'utilisation du réservoir. 4.- Réservoir selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détendeur (80) est monté en partie supérieure du réservoir et est relié, d'une part, à la chambre d'entrée (42) par un tube intérieur (58) qui traverse l'organe de séparation (40) et, d'autre part, à la chambre de sortie (44) par un tube extérieur (88). 5.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que le détendeur (80) comporte un bulbe déporté (81). 6.- Réservoir selon l'une des revendications 4 et 5, caracté- risé en ce qu'il présente une forme générale cylindrique de révolution d'axe (X-X) et en ce que le tube intérieur (58) est disposé coaxialement dans le réservoir (10). 7.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce qu'il comprend un boîtier ouvert (12) et un couvercle (14) qui maintiennent entre eux l'organe de séparation (40). 8.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce que l'entrée (32; 34) du réservoir communique avec la chambre d'entrée (42) au travers d'un clapet anti-retour (52) interdisant toute circulation de fluide de la chambre d'entrée (42) vers l'entrée (32) du réservoir, et en ce que la sortie du réservoir (34; 32) communique avec la chambre de sortie (44) au travers d'un clapet anti-retour (68) interdi- sant toute circulation de fluide de la sortie du réservoir vers la chambre de sortie. 9.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 8, caracté- risé en ce que l'organe de séparation (40) délimite deux chambres intermédiaires (90, 92) qui communiquent respective- ment avec deux ouvertures latérales (32; 34) du réservoir et qui sont propres à constituer respectivement l'entrée et la sortie du réservoir, ou inversement, en ce que chaque chambre intermédiaire (90, 92) communique avec la chambre d'entrée (42) au travers d'un clapet anti-re- tour (52) interdisant toute circulation de fluide de la chambre d'entrée (42) vers la chambre intermédiaire; et en ce que chaque chambre intermédiaire (90, 92) communique avec la chambre de sortie (44) au travers d'un clapet anti-retour (68) interdisant toute circulation de fluide de la chambre intermédiaire vers la chambre de sortie (44). 10.- Réservoir selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'organe de séparation (40) comprend une première paroi (46) séparant les chambres intermédiaires (90, 92) de la chambre d'entrée (42), une deuxième paroi (60) séparant les chambres intermédiaires (90, 92) de la chambre de sortie (44) et une troisième paroi (54) reliant la première paroi (46) et la seconde paroi (60) et séparant les deux chambres intermé- diaires (90, 92). 11.- Réservoir selon la revendication 10, caractérisé en ce que la première paroi (46) et la seconde paroi (60) sont de forme générale circulaire et s'étendent parallèlement entre elles, et en ce que la troisième paroi (54) relie la première paroi (46) et la seconde paroi (60) selon un plan diamétral. 12.- Réservoir selon l'une des revendications 10 et 11, dans lequel le réservoir est formé d'un boitier ouvert (12) et d'un couvercle (14), caractérisé en ce que la première paroi (46) est propre à prendre appui contre une portée (48) du boitier et en ce que la seconde paroi (60) est propre à prendre appui contre une portée (64) du couvercle (14), et en ce que les deux ouvertures latérales (32, 34) du réservoir sont formées dans le couvercle (14). 13.- Réservoir selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le détendeur (80) est un détendeur bidirectionnel à bulbe déporté (81), de préférence à égalisa- tion de pression externe.