Brevet FR2755756A1 — publié le 19980515

*1 Composant modulaire pour circuit de fluide réfrigérant, en particulier pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile L'invention concerne un composant modulaire propre à faire partie d'un circuit de réfrigérant, notamment pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Plus particulièrement, le composant modulaire de l'invention est propre à faire partie d'un circuit de fluide réfrigérant du type comportant une première branche contenant un évapora- teur suivi d'un compresseur, une deuxième branche contenant un condenseur et une troisième branche ne contenant pas de condenseur, les deuxième et troisième branches étant placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement, contenant également un premier détendeur interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage, le circuit comprenant en outre un deuxième détendeur placé dans la troisième branche ainsi que des moyens de commutation pour envoyer le fluide sortant de la première branche, soit dans la seconde branche, soit dans la troisième branche. Un circuit de fluide réfrigérant de ce type est connu d'après la publication FR-A-2 717 126. Ce circuit connu comprend en outre des moyens pour envoyer dans l'habitacle du véhicule de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur. Les moyens de commutation précités permettent de placer le circuit en trois configurations différentes, dans lesquelles il fonctionne respectivement comme un circuit classique de climatisation, comme un circuit de chauffage et comme un circuit particulier dans lequel le fluide réfrigérant s'accumule dans l'évaporateur. Ce circuit connu a pour inconvénient de nécessiter un grand nombre de composants, ce qui nuit à sa standardisation et en outre augmente son encombrement. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvé- nient et de permettre la réalisation d'un composant modulai- re, encore appelé "module", propre à regrouper plusieurs fonctions qui, jusqu'ici, avaient été assurées par des éléments distincts. L'invention propose à cet effet un composant modulaire du genre défini en introduction, lequel comprend un élément monobloc qui loge les moyens de commutation et le second détendeur et qui comporte des premier, deuxième et troisième orifices propres à être reliés respectivement aux première, deuxième et troisième branches, ainsi que des quatrième et cinquième orifices propres à être reliés respectivement à l'entrée et à la sortie du compresseur. On procure ainsi un élément monobloc qui intègre les moyens de commutation et le second détendeur, et qui peut être raccordé directement aux trois branches du circuit, d'une part, et au compresseur d'autre part. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les moyens de commutation comprennent une première vanne à trois voies et une deuxième vanne à trois voies logées dans l'élément monobloc. Plus particulièrement, la première vanne à trois voies comprend une première voie et une deuxième voie raccordées respectivement au premier orifice (sortie de l'évaporateur) et au quatrième orifice (entrée du compresseur) tandis que la deuxième vanne à trois voies comprend des première, deuxième et troisième voies raccordées respectivement au cinquième orifice (sortie du compresseur), au deuxième orifice (deuxième branche) et au deuxième détendeur, lequel est en outre relié au troisième orifice, une quatrième branche de circuit, également logée dans l'élément monobloc, reliant la troisième voie de la première vanne au deuxième orifice (deuxième branche). Selon une autre caractéristique de l'invention, le composant comprend en outre des moyens de commande coordonnée des deux vannes propres à faire communiquer soit les première et deuxième voies de la première vanne et les première et deuxième voies de la deuxième vanne pour établir la boucle de refroidissement et de déchargement de fluide, soit les première et deuxième voies de la première vanne et les première et troisième voies de la deuxième vanne pour établir la boucle de réchauffage, soit les deuxième et troisième voies de la première vanne et les première et troisième voies de la deuxième vanne pour établir le trajet de chargement de fluide. De façon avantageuse, la première vanne à trois voies et la deuxième vanne à trois voies ont des soupapes respectives qui sont déplaçables suivant des axes parallèles. Il est en outre avantageux que le détendeur comprenne une soupape réglable déplaçable suivant un axe parallèle aux axes respectifs de la première et de la deuxième vannes à trois voies. Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier et le troisième orifices sont situés sur une face principale de !'élément monobloc. Avantageusement, le quatrième et le cinquième orifice sont situés sur une deuxième face principale de l'élément mono- bloc, à l'opposé de la première face principale. Selon une autre caractéristique avantageuse, le deuxième orifice est situé sur une première face latérale de l'élément monobloc, qui relie ses deux faces principales. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le deuxième orifice communique, par l'intermédiaire d'un passage traversant, avec un orifice symétrique situé sur une deuxième face latérale de l'élément monobloc pour procurer deux possibilités de raccordement de la deuxième branche. Ce passage traversant constitue avantageusement en même temps la quatrième branche du circuit et communique avec la troisième voie de la première vanne et la deuxième voie de la deuxième vanne. Les vannes à trois voies sont avantageusement des électrovan- nes dont les moyens de commande sont situés à l'extérieur de l'élément monobloc. L'élément monobloc est avantageusement réalisé sous la forme d'un bloc usiné réalisé en une matière métallique, en particulier un alliage d'aluminium. De préférence, cet élément monobloc a sensiblement la forme générale d'un parallélépipède. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente un schéma d'un circuit de fluide réfrigérant convenant à la climatisation et au chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce circuit intégrant un composant modulaire selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique de dessus du composant modulaire de la figure 1; la figure 3 est une vue schématique en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; et - la figure 4 est une vue schématique en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un circuit dans lequel circule un fluide propre à passer de l'état liquide à l'état gazeux en absorbant de la chaleur, et de l'état gazeux à l'état liquide en cédant de la chaleur, comme c'est le cas de façon habituelle dans les installations de climatisation de véhicules automobiles. Le circuit illustré sur la figure 1 comprend trois branches 1, 2 et 3 se raccordant entre elles en deux points de jonction A et B. La branche 1 contient un compresseur 4 qui y fait circuler le fluide du point A vers le point B, et un évaporateur 5 placé en amont du compresseur. La branche 2 contient, du point B vers le point A, un condenseur 6, une bouteille 7, un clapet anti-retour 8 et un premier détendeur 10. Un second détendeur 14 est placé dans la branche 3. Une première vanne à trois voies 11 est interposée dans la branche 1 de façon que deux de ses voies 11-1 et 11-2 communiquent respectivement avec la sortie de l'évaporateur et avec l'entrée du compresseur 4. Une seconde vanne à trois voies 12 est placée au point de jonction B de façon que ses trois voies 12-1, 12-2 et 12-3 se raccordent respective- ment à l'extrémité aval de la première branche, c'est-à-dire à la sortie du compresseur 4, à l'extrémité amont de la seconde branche, c'est-à- dire à l'entrée du condenseur 6, et à l'extrémité amont de la troisième branche, c'est-à-dire à l'entrée du détendeur 14. Enfin, une quatrième branche 13, ne contenant aucun composant, relie la troisième voie 11-3 de l'électrovanne 11 à un point intermédiaire C de la branche 2, comprise entre la voie 12-2 et le condenseur 6. La structure du circuit de la figure 1 est connue, de façon générale, par la publication FR-A-2 717 126 déjà citée. Dans ce circuit, les électrovannes 11 et 12 sont commandées en coordination pour permettre de réaliser trois configura- tions différentes, déjà décrites dans la publication préci- tée. Dans la configuration de la figure 1, chacune des deux vannes met en communication ses voies numérotées 1 et 2, comme indiqué par les deux triangles noirs. Le fluide circule alors dans une boucle fermée formée par les branches 1 et 2, la branche 3 et la branche 13 étant isolées par les vannes 12 et 11 respectivement. Cette boucle fonctionne comme un circuit classique de climatisation, le fluide passant de l'état liquide à l'état gazeux dans l'évaporateur 5 en absorbant de la chaleur et de l'état gazeux à l'état liquide dans le condenseur 6 en cédant de la chaleur. La chaleur absorbée dans l'évaporateur 5 peut être prélevée, directement ou indirectement, dans un flux d'air à envoyer dans l'habitacle du véhicule. Conformément à l'invention, le circuit représenté à la figure 1 comprend en outre un composant modulaire ou module M réalisé sous la forme d'un élément monobloc de forme générale parallélépipédique, obtenu par usinage d'une matière métalli- que, avantageusement un alliage d'aluminium. Le composant modulaire M comprend deux faces principales opposées 15, 16, deux faces latérales opposées 17 et 18 reliant les faces 15 et 16, une face supérieure 19 et une face inférieure 20. L'élément monobloc loge les deux vannes 11 et 12 ainsi que le deuxième détendeur 14. Par ailleurs, il comporte des premier, deuxième et troisième orifices 21, 22, 23 propres à être reliés respectivement aux première, deuxième et troisième branches 1, 2, 3, ainsi que des quatrième et cinquième orifices 24, 25 propres à être reliés respectivement à l'entrée et à la sortie du compresseur 4. Comme on peut le voir plus particulièrement sur les figures 1 et 2, les orifices 21 et 23 sont situés sur la face principale 15 de l'élément monobloc M, tandis que les orifices 24 et 25 sont situés sur la face principale 16, à l'opposé de la face 15. L'orifice 22 est situé sur la face latérale 17. Les orifices 21 à 25 sont usinés dans l'élément monobloc et débouchent dans des alésages pour établir des liaisons avec les vannes 11 et 12 et le détendeur 14 logés dans l'élément monobloc. On décrira maintenant plus en détail la structure du compo- sant modulaire M en référence aux figures 2 à 4. L'orifice 21 débouche sur un passage axial 26 (figures 2 et 4) qui communique avec la première voie 11-1 de la vanne 11. Cette dernière comprend un clapet mobile 27 (figure 4) qui est déplaçable suivant un axe XX s'étendant transversalement à la face supérieure 19 et à la face inférieure 20 du composant modulaire. L'orifice 24 (figures 2 et 4) communique directement avec la voie 11-2 de la vanne 11. La voie 11-3 de la vanne 11 communique avec un passage traversant 28 (figures 2 et 4) qui s'étend transversalement entre les faces 17 et 18. Ce passage traversant 28 débouche dans la face 17 par l'orifice 22 et débouche dans la face 18 par un orifice 29 symétrique. Ceci permet de relier la branche 2, soit à l'orifice 22, soit à l'orifice symétrique 29. Comme on peut le voir sur la figure 4, l'orifice 29 est fermé par un bouchon 30, le raccordement de la branche 2 se faisant par l'orifice 22. La vanne 11 est une électrovanne comprenant des moyens de commande 30 (électro-aimant) situés à l'extérieur du compo- sant M, du côté de la face supérieure 19 (figure 4). Le clapet 27 peut ainsi être déplacé par les moyens de commande entre deux positions, une première position (comme représenté sur la figure 4) dans laquelle le clapet fait communiquer la voie 11-2 avec la voie 11-1 et une deuxième position (non représentée) dans laquelle le clapet fait communiquer la voie 11-2 avec la voie 11-3. L'orifice 23 débouche directement dans une chambre qui fait partie du détendeur 14 (figure 3). Ce dernier comprend un clapet réglable 31 déplaçable suivant un axe YY parallèle à l'axe XX. Le clapet 31 contrôle l'entrée d'un passage 32 qui communique avec la voie 12-3 de la vanne 12. La vanne 12 comprend un clapet 33 déplaçable en translation suivant un axe ZZ parallèle aux axes XX et YY (figures 3 et 4). L'ori- fice 25 (figure 2) communique directement avec la voie 12-1 de la vanne 12. La voie 12-2 de cette dernière communique directement avec le passage 28. La vanne 12 est une électrovanne qui comprend des moyens de commande 34 (électro-aimant) également situés à l'extérieur du composant modulaire, à côté des moyens de commande 30 (figure 4). Le clapet 33 est propre à faire communiquer la voie 12-1 (sortie du compresseur 4) soit avec la voie 12-2 (branche 2), soit avec la voie 12-3 (détendeur 14 sur la branche 3). Dans la position représentée aux figures 3 et 4, le clapet 33 est dans une position telle qu'il fait communiquer les voies 12-1 et 12-2 de la vanne 12, c'est-à-dire l'orifice 25 (sortie du compresseur 4) et le passage traversant 28 (constituant la quatrième branche 13) qui aboutit à l'orifice 22. Il en résulte que, comme indiqué plus haut, le fluide circule dans une boucle fermée fonctionnant comme un circuit classi- que de climatisation. Le circuit de la figure 1 peut adopter deux autres configura- tions comme décrit dans la publication FR-A-2 717 126. Ainsi, outre la configuration de la figure 1, il peut adopter une autre configuration dans laquelle la vanne 11 fait encore communiquer ses voies 1 et 2, mais la vanne 12 fait communi- quer cette fois ses voies 1 et 3. Le fluide circule donc dans une boucle fermée constituée par les branches 1 et 3, la branche 2 et la branche 13 étant isolées par les vannes 12 et 11 respectivement. Le fluide traverse donc le compresseur 4, l'évaporateur 5 et le détendeur 14. Ne traversant plus de condenseur, il reste en permanence à l'état gazeux. L'évapo- rateur 5 ne joue donc plus le rôle d'évaporateur, mais continue de jouer le rôle d'échangeur de chaleur, permettant de dissiper une grande partie de la chaleur produite par la compression du fluide dans le compresseur 4, cette chaleur pouvant être utilisée pour le chauffage de l'habitacle lorsque le moteur thermique du véhicule est froid. En particulier, le fluide en circulation étant à une température supérieure à la température ambiante, un flux d'air à envoyer dans l'habitacle peut être chauffé directement au contact de l'évaporateur. Le circuit peut en outre adopter une autre configuration dans laquelle les vannes assurent la communication d'une part entre les voies 11-3 et 11-2, d'autre part entre les voies 12-1 et 12-3. L'entrée du compresseur est donc reliée, par l'intermédiaire de la branche 13, à l'entrée normale 6-1 du condenseur 6, d'o il peut extraire du fluide à l'état gazeux. Ce fluide circule ensuite dans la branche 3, mais ne peut revenir au condenseur à partir du point A, notamment en raison de la présence du clapet anti- retour 8. Le fluide parvient donc dans l'évaporateur 5, o il s'accumule, la vanne 11 n'assurant pas la communication entre la sortie de celui-ci et l'entrée du compresseur. La masse de fluide qui circulera dans les branches 1 et 3 après rétablissement de la configuration est ainsi augmentée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et embrasse d'autres variantes. Ainsi, il est possible d'utiliser d'autres types de moyens de commutation, du moment qu'ils sont intégrés dans le composant modulaire. De plus, les dispositions relatives des moyens de commutation et du second détendeur dans l'élément monobloc peuvent varier. Il en est de même pour les positions respectives des orifices de l'élément monobloc. Revendications 1. Composant modulaire pour un circuit de fluide réfrigé- rant comportant une première branche (1) contenant un évaporateur (5) suivi d'un compresseur (4), une deuxième branche (2) contenant un condenseur (6) et une troisième branche (3) ne contenant pas de condenseur, les deuxième et troisième branches étant placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement (1, 2), contenant également un premier détendeur (10) interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage (1, 3), le circuit comprenant en outre un deuxième détendeur (14) placé dans la troisième branche (3) ainsi que des moyens de commutation (12, 13) pour envoyer le fluide sortant de la première branche, soit dans la deuxième branche, soit dans la troisième branche, caractérisé en ce que ledit composant modulaire comprend un élément monobloc (M) qui loge les moyens de commutation (12, 13) et le second détendeur (14) et qui comporte des premier, deuxième et troisième orifices (21, 22, 23) propres à être reliés respectivement aux première, deuxième et troisième branches (1, 2, 3), ainsi que des quatrième et cinquième orifices (24, 25) propres à être reliés respectivement à l'entrée et à la sortie du compresseur (4). 2. Composant modulaire selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de commutation comprennent une première vanne à trois voies (11) et une deuxième vanne à trois voies (12) logées dans l'élément monobloc (M). 3. Composant selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première vanne à trois voies (11) comprend une première voie (11-1) et une deuxième voie (11-2) raccordées respectivement au premier orifice (21) (sortie de l'évapora- teur) et au quatrième orifice (24) (entrée du compresseur), en ce que la deuxième vanne à trois voies (12) comprend des première, deuxième et troisième voies (12-1, 12-2, 12-3) raccordées respectivement au cinquième orifice (25) (sortie du compresseur), au deuxième orifice (22) (deuxième branche) et au deuxième détendeur (14), lequel est en outre relié au troisième orifice (23), et en ce qu'une quatrième branche de circuit (13) également logée dans l'élément monobloc (M) relie la troisième voie (11-3) de la première vanne (11) au deuxième orifice (22) (deuxième branche). 4. Composant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande coordonnées des deux vannes, propres à faire communiquer soit les première et deuxième voies (11-1, 11-2) de la première vanne et les première et deuxième voies (12-1, 12- 2) de la deuxième vanne pour établir la boucle de refroidissement et de déchargement de fluide (1, 2), soit les première et deuxième voies (11-1, 11-2) de la première vanne et les première et troisième voies (12-1, 123) de la deuxième vanne pour établir la boucle de réchauffage (1, 3), soit les deuxième et troisième voies (11-2, 11-3) de la première vanne et les première et troisième voies (12-1, 12-3) de la deuxième vanne pour établir le trajet de chargement de fluide (6, C, 13, 11, B, A, 5). 5. Composant modulaire selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la première vanne à trois voies (11) et la deuxième vanne à trois voies (12) ont des soupapes respectives (27, 33) déplaçables suivant des axes parallèles (XX, ZZ). 6. Composant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le détendeur (14) comprend une soupape réglable (31) déplaçable suivant un axe (YY) parallèle aux axes respectifs (XX, ZZ) de la première et de la deuxième vanne à trois voies (11, 12). 7. Composant modulaire selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier et le troisième orifice (21, 23) sont situés sur une face principale (15) de l'élé- ment monobloc (M). 8. Composant modulaire selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le quatrième et le cinquième orifice (24, 25) sont situés sur une deuxième face principale (16) de l'élé- ment monobloc (M), à l'opposé de la première face principale (15). 9. Composant selon les revendications 7 et 8 prises en combinaison, caractérisé en ce que le deuxième orifice (22) est situé sur une première face latérale (17) de l'élément monobloc (M), qui relie ses deux faces principales (15, 16). 10. Composant modulaire selon la revendication 9, caracté- risé en ce que le deuxième orifice (22) communique, par l'intermédiaire d'un passage traversant (28), avec un orifice symétrique (29) situé sur une deuxième face latérale (18) de l'élément monobloc pour procurer deux possibilités de raccordement de la deuxième branche (2). 11. Composant selon la revendication 10, prise en combinai- son avec la revendication 3, caractérisé en ce que le passage traversant (28) constitue en même temps la quatrième branche de circuit (13) et communique avec la troisième voie (11-3) de la première vanne (11) et la deuxième voie (12-2) de la deuxième vanne (12). 12. Composant modulaire selon l'une des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que les vannes à trois voies (11, 12) sont des électrovannes dont les moyens de commande (30, 34) sont situés à l'extérieur de l'élément monobloc (M). 13. Composant modulaire selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'élément monobloc (M) est un bloc usiné réalisé en une matière métallique en particulier un alliage d'aluminium. 14. Composant modulaire selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'élément monobloc a sensiblement la forme générale d'un parallélépipède.