Brevet FR2755757A1 — publié le 19980515

Composant pour circuit de fluide réfrigérant, en particulier pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile L'invention concerne un composant pour un circuit de fluide réfrigérant destiné en particulier à la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Le composant de l'invention est propre à faire partie d'un circuit de fluide réfrigérant du type comportant une première branche contenant un évaporateur 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 détendeur interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage. Un circuit de fluide réfrigérant de ce type est connu d'après la publication FR-A-2 717 126. Dans ce circuit connu, on prévoit en outre des moyens de commutation pour envoyer le fluide sortant de la première branche, soit dans la deuxième branche, soit dans la troi- sième branche, ainsi que des moyens pour envoyer dans l'habitacle du véhicule de l'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur. Ces moyens de commutation comprennent habituellement deux vannes à trois voies commandées par des électrovannes. Ils 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. 2 2755757 Ce circuit connu a pour inconvénient de nécessiter un grand nombre de composants, ce qui nuit à une standardisation et en outre augmente son encombrement. L'invention a notamment pour but de remédier à ces inconvé- nients et de permettre la réalisation d'un composant propre à regrouper plusieurs fonctions qui, jusqu'ici, avaient été assurées par des éléments distincts. L'invention propose à cet effet un composant du genre défini en introduction, lequel comprend un élément monobloc muni d'un premier, d'un deuxième et d'un troisième orifice propres à être reliés respectivement à la première, la deuxième et la troisième branche, et aboutissant tous les trois en un point de jonction commun formé dans l'élément monobloc, dans lequel le premier détendeur est logé dans l'élément monobloc entre le deuxième orifice et le point de jonction, l'élément monobloc comprenant en outre un passage traversant direct propre à être intercalé dans la première branche entre l'évaporateur et le compresseur. On procure ainsi un élément monobloc qui peut être raccordé aux trois branches et qui loge intérieurement le point de jonction des trois branches ainsi que le détendeur. Par ailleurs, le passage traversant direct que comporte l'élément monobloc peut être intercalé dans la première branche et être relié, d'une part à l'évaporateur et, d'autre part, au compresseur. Il en résulte notamment pour avantage que l'évaporateur peut être raccordé directement à l'élément monobloc par deux conduits de liaison appropriés. Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier et le troisième orifice communiquent entre eux par un passage principal, tandis que le deuxième orifice communique avec un passage secondaire étroit, dont l'accès est contrôlé par le détendeur, ce passage secondaire étroit débouchant dans le passage principal au niveau du point de jonction. 3 2755757 De façon avantageuse, le passage principal et le passage secondaire étroit définissent une structure en forme de T, une telle structure présentant notamment pour avantage de pouvoir être facilement usinée. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le premier et le troisième orifice débouchent respectivement sur deux grandes faces de l'élément monobloc, tandis que le deuxième orifice débouche sur l'une des grandes faces de l'élément monobloc. De façon préférentielle, le deuxième orifice et le troisième orifice débouchent sur une même grande face de l'élément monobloc. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le passage traversant direct débouche respectivement sur les deux grandes faces de l'élément monobloc par des orifices appropriés. Il en résulte alors que le composant comprend essentiellement cinq orifices dont trois débouchent sur une grande face de l'élément monobloc et les deux autres sur une autre grande face de l'élément monobloc. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le détendeur comprend un clapet à commande thermostatique. La commande thermostatique comprend avantageusement un organe thermosensible logé dans le passage traversant direct et relié au clapet du détendeur par une tige de commande. Ainsi, le clapet de détente est commandé en fonction de la pression et de la température du fluide réfrigérant à la sortie de l'évaporateur. Le clapet du détendeur est avantageusement réalisé sous la forme d'une bille soumise à l'action d'un ressort relié à un 4 2755757 organe de tarage réglable situé sur une première face d'extrémité de l'élément monobloc. De préférence, l'organe thermosensible est situé sur une deuxième face d'extrémité de l'élément monobloc, à l'opposé de la première face d'extrémité. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le composant loge en outre un clapet anti-retour situé entre le deuxième orifice et le premier détendeur. Ceci permet au composant d'intégrer une fonction supplémen- taire qui, jusqu'à présent, avait été accomplie par un élément distinct. Ce clapet anti-retour est de préférence situé entre le deuxième orifice et le premier détendeur mais peut aussi, en variante, être situé entre le point de jonction commun et le premier détendeur. L'élément monobloc de l'invention est de préférence un bloc usiné réalisé en une matière métallique, en particulier en un alliage d'aluminium. Cet élément monobloc a, de préférence, la forme générale d'un parallélépipède. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exem- ple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un circuit de fluide réfrigé- rant convenant à la climatisation et au chauffage de l'habi- tacle d'un véhicule automobile, ce circuit intégrant un composant selon l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation du composant à partir d'une de ses grandes faces; 2755757 - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 dans une variante de réalisation; et - la figure 5 est un détail à échelle agrandie de la figu- re 4. 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. 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 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 5 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 respectivement 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. 6 2755757 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 15 réalisé sous la forme d'un élément monobloc de forme générale parallélépipédique, obtenu par usinage d'une matière métallique, avantageusement un alliage d'aluminium. Cet élément monobloc comprend notamment deux grandes faces opposées 16 et 17 sur lesquelles sont formés des orifices, ou voies d'accès, qui seront décrits plus loin, ainsi que deux faces d'extrémité opposées 18 et 19, la face d'extrémité 18 portant en outre un capteur thermostatique 20. La grande face 16 comporte un premier orifice 21 propre à être relié à la première branche 1 et plus particulièrement à l'évaporateur 5, tandis que la grande face 17 comporte un deuxième orifice 22 et un troisième orifice 23 propres à être reliés respectivement aux branches 2 et 3. Les orifices 21 et 23 communiquent entre eux par un passage principal 24 s'étendant suivant une direction axiale XX (figure 3) perpendiculaire aux plans respectifs des faces 16 et 17. Le passage 24 est un alésage étagé qui comprend une partie centrale 25 de plus faible diamètre. L'orifice 22 communique avec un passage secondaire étroit 26 dont l'accès est commandé par le détendeur 10, lequel est logé à l'intérieur de l'élément 15. Ce passage secondaire 26 s'étend suivant une direction YY perpendiculaire à la direction XX précitée, cette direction coupant les deux faces d'extrémité 18 et 19. Le passage secondaire 26 débouche dans la partie centrale 25 du passage principal 24 au niveau du point de jonction A, les passages 24 et 26 définissant une structure générale en forme de T. Par ailleurs, l'élément monobloc comporte un passage traver- sant direct 27 (figures 1 à 3) qui est propre à être inter- calé dans la branche 1. Ce passage 27 s'étend suivant une direction axiale ZZ parallèle à la direction XX du passage principal 24. Le passage 27 comporte une partie centrale 28 (figure 3) et débouche respectivement sur les faces 16 et 17 par deux orifices 29 et 30 (figures 1 et 3). Ainsi, les orifices 21 et 29 sont situés sur la grande face 16 et permettent un raccord direct à l'évaporateur 5, comme montré à la figure 1, tandis que les orifices 22, 23 et 27 débouchent sur la grande face opposée 17. Le détendeur 10 comprend un clapet 31 réalisé sous la forme d'une bille (figure 3) et propre à être plus ou moins éloigné d'un siège tronconique 32 formé dans la direction axiale YY et à l'entrée du passage secondaire 26. Le clapet 31 est relié par une tige de commande 32, s'étendant dans la direction axiale YY, à un organe thermosensible 33 faisant partie du capteur 20. Cet organe thermosensible fait saillie dans le passage traversant 27 et pilote ainsi la position du clapet 31 en fonction de la pression et de la température du fluide à la sortie de l'évaporateur 5. La tige de commande 32 traverse à étanchéité le bloc grâce à un joint 34, ce qui évite toute communication entre le passage principal 24 et le passage traversant direct 27. Le clapet 31 est soumis à l'action d'un ressort hélicoïdal 35 dont une extrémité vient en butée contre le clapet 31 et dont l'autre extrémité est sollicitée par un organe de tarage 37 réglable vissé dans un alésage 36 s'étendant dans la direc- tion axiale 26 (figure 3). Cet organe de tarage 37 est accessible au niveau de la face d'extrémité 19 de l'élément monobloc 15. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'élément monobloc 15 comporte trois taraudages 38 et deux taraudages 39 qui permettent la mise en place de brides (non représentées) pour le maintien de tubulures de raccordement (non représentées) constituant respectivement les branches 1, 2 et 3. Les différents passages et orifices de l'élément monobloc 15 sont usinés par des outils appropriés à partir des deux grandes faces 16 et 17 et des deux faces d'extrémité 18 et 19. Dans la variante de réalisation des figures 4 et 5, l'élément monobloc intègre en outre le clapet anti- retour 8 qui, dans la forme de réalisation précédente (figure 1), était dis- tinct. Le clapet anti-retour 8 comprend (figure 5) une soupape 40 formant piston coopérant avec un siège de soupape 41 de forme annulaire logé dans un alésage 42 communiquant avec l'orifice 22. La soupape 40 est soumise à l'action d'un ressort de compres- sion 43 dont une extrémité prend appui dans un évidement 44 de l'élément monobloc et dont une autre extrémité prend appui dans un évidement 45 de la soupape. Ainsi, l'élément monobloc 15 des figures 4 et 5 présente l'avantage supplémentaire d'intégrer la fonction du clapet anti-retour qui, dans la forme de réalisation précédente, était réalisé par un élément distinct. Il est à noter que le circuit de la figure 1 fonctionne de la même manière que le circuit 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. Il 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 précédente 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. On comprendra notamment que les différents orifices de l'élément monobloc peuvent être aménagés de différentes manières, du moment que le point de jonction des trois branches se situe à l'intérieur de l'élément monobloc et que le détendeur se trouve entre le deuxième orifice et l'élément de jonction. Revendications 1. Composant pour un circuit de fluide réfrigérant compor- tant une première branche (1) contenant un évaporateur (5) suivi d'un compresseur (4), une deuxième branche (2) conte- nant 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 détendeur (10) interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage (1, 3), caractérisé en ce que ledit composant comprend un élément monobloc (15) muni d'un premier, d'un deuxième et d'un troisième orifice (21, 22, 23) propres à être reliés respec- tivement à la première, la deuxième et la troisième branche (1, 2, 3), et aboutissant tous les trois en un point de jonction commun (A) formé dans l'élément monobloc, en ce que le premier détendeur (10) est logé dans l'élément monobloc entre le deuxième orifice (22) et le point de jonction (A), et en ce que ledit composant comprend en outre un passage traversant direct (27) propre à être intercalé dans la première branche (1), entre l'évaporateur (5) et le compres- seur (4). 2. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le troisième orifice (21, 23) communiquent entre eux par un passage principal (24), et en ce que le deuxième orifice (22) communique avec un passage secondaire étroit (26) dont l'accès est contrôlé par le détendeur (10), le passage secondaire (26) débouchant dans le passage principal (24) au niveau du point de jonction (A). 3. Composant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage principal (24) et le passage secondaire (26) définissent une structure en forme de T. 4. Composant selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que le premier et le troisième orifice (21, 23) débouchent respectivement sur deux grandes faces (16, 17) de l'élément monobloc, tandis que le deuxième orifice (22) débouche sur l'une des deux grandes faces de l'élément monobloc. 5. Composant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième orifice (22) et le troisième orifice (23) débouchent sur une même grande face (17) de l'élément monobloc. 6. Composant selon l'une des revendications 3 à 5, caracté- risé en ce que le passage traversant direct (27) débouche respectivement sur les deux grandes faces (16, 17) de l'élément monobloc par des orifices correspondants (29, 30). 7. Composant selon l'une des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce que le détendeur (10) comprend un clapet (31) à commande thermostatique. 8. Composant selon la revendication 7, caractérisé en ce que la commande thermostatique comprend un organe thermosen- sible (33) logé dans le passage traversant direct (27) et relié au clapet (31) du détendeur par une tige de commande (32). 9. Composant selon la revendication 8, caractérisé en ce que le clapet du détendeur est une bille soumise à l'action d'un ressort (35) relié à un organe de tarage réglable (37) situé sur une première face d'extrémité (19) de l'élément monobloc. 10. Composant selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'organe thermosensible (33) est situé sur une deuxième face d'extrémité (18) de l'élément monobloc, à l'opposé de la première face d'extrémité (19). 11. Composant selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il loge en outre un clapet anti-retour (8). 12. Composant selon la revendication 11, caractérisé en ce que le clapet anti-retour (8) est situé entre le deuxième orifice (22) et le premier détendeur (10). 13. Composant selon la revendication 11, caractérisé en ce que le clapet anti-retour (8) est situé entre le point de jonction commun (A) et le premier détendeur (10). 14. Composant selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'élément monobloc (15) est un bloc usiné réalisé en une matière métallique, en particulier en un alliage d'aluminium. 15. Composant selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'élément monobloc (15) a la forme générale d'un parallélépipède.