Brevet FR2756913A1 — publié le 19980612

Circuit de fluide réfrigérant comprenant une boucle de clima- tisation et une boucle de réchauffage. en particulier pour véhicule automobile L'invention concerne un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Plus particulièrement, elle concerne un circuit de fluide réfrigérant du type comprenant une boucle de climatisation ainsi qu'une boucle de réchauffage, ladite boucle de réchauf- fage comportant une branche de réchauffage dans laquelle sont placés des moyens de distribution et des moyens de détente. Un circuit de fluide réfrigérant de ce type est connu par FR-A-2 717 126 et par la Demande de brevet français 96 11325 (non publiée). Le fluide réfrigérant peut circuler soit dans la boucle de climatisation, le circuit fonctionnant comme un circuit classique de climatisation, soit dans la boucle de réchauffage, le circuit fonctionnant alors comme un circuit de chauffage propre à procurer un chauffage additionnel. Dans un circuit de ce type, comme enseigné notamment par la Demande de brevet français 96 11325, les moyens de distribu- tion de la branche de réchauffage comprennent une vanne d'arrêt du type à deux voies, avantageusement réalisée sous la forme d'une électrovanne. Cette vanne d'arrêt, qui fonctionne en tout ou rien, est commandée en coordination avec une autre vanne d'arrêt placée dans la seconde branche, de manière à constituer ensemble des moyens de commutation pour commander la circulation du fluide dans la boucle de climatisation ou dans la boucle de réchauffage. Dans ce circuit connu, on prévoit en outre des moyens de détente placés dans la branche de réchauffage, en aval des moyens de distribution, par rapport au sens de la circulation du fluide réfrigérant. Ces moyens de détente, qui permettent d'interrompre ou de restreindre momentanément la circulation du fluide réfrigé- rant dans la branche de réchauffage, sont de préférence réalisés sous la forme d'un régulateur de pression différen- tielle qui autorise le passage du fluide réfrigérant seule- ment lorsque la différence de pression entre son entrée et sa sortie excède un seuil déterminé. Ainsi, dans ce circuit connu, il est nécessaire de prévoir deux moyens différents pour assurer respectivement la fonction de distribution du fluide réfrigérant dans la boucle de réchauffage, et la fonction de détente du fluide réfrigé- rant à l'état gazeux. Ce circuit connu présente ainsi pour inconvénient de nécessiter deux composants pour assurer respectivement ces deux fonctions, ce qui contribue à l'encombrement du circuit. Par ailleurs, le régulateur de pression différentielle interposé dans la branche de réchauffage ne permet pas de contrôler parfaitement la quantité de fluide réfrigérant circulant dans la boucle de réchauffage en fonction des besoins. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose à cet effet un circuit de fluide réfrigérant du type défini en introduction, dans lequel les moyens de distribution et les moyens de détente sont réalisés sous la forme d'un composant unique qui est une vanne à ouverture réglable placée dans la branche de réchauffage. Cette vanne à ouverture réglable permet d'une part de contrôler la détente du fluide réfrigérant gazeux dans la branche de réchauffage (mode chauffage additionnel) et d'autre part d'isoler la branche de réchauffage lorsque le circuit fonctionne en mode climatisation (air conditionné). L'utilisation d'une vanne à ouverture réglable permet en outre de simplifier le circuit de fluide réfrigérant du fait que cette vanne intègre les moyens de détente et les moyens de distribution, à savoir la vanne d'arrêt, dans un seul composant. De plus, cette vanne permet d'offrir deux fonc- tions supplémentaires. Elle permet en effet de contrôler la détente, par exemple à partir d'un module électronique de régulation. En outre, elle permet de contrôler le délai jusqu'à l'ouverture du détendeur en mode de chargement, ce qui permet de mieux contrôler la quantité de fluide réfrigé- rant chargée dans le circuit. Ainsi, la commutation du fluide réfrigérant vers la boucle de réchauffage et la détente du fluide réfrigérant sont effec- tuées par une vanne qui permet de contrôler le débit de passage du fluide réfrigérant dans une plage de 0% à 100% de son débit nominal. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la vanne à ouverture réglable est une électrovanne. Il peut s'agir par exemple d'une vanne hacheuse, ou encore d'une vanne proportionnelle pilotée par un signal à modulation de largeur d'impulsion (signal PWM). Selon une autre caractéristique de l'invention, la vanne à ouverture réglable est pilotée par une unité de commande. Cette unité de commande est avantageusement reliée à des moyens de mesure de la pression du fluide réfrigérant en un point choisi du circuit. L'invention s'applique en particulier à un circuit de fluide réfrigérant comportant une première branche contenant un évaporateur suivi d'un compresseur, une seconde branche contenant un condenseur et une troisième branche ne contenant pas de condenseur, cette troisième branche constituant la boucle de réchauffage précitée. Conformément à l'invention, la vanne à ouverture réglable précitée est placée dans la troisième branche du circuit. Ce circuit comprend en outre des moyens de commutation prévus pour envoyer le fluide sortant de la première branche, soit dans la seconde branche, soit dans la troisième branche. L'invention prévoit que ces moyens de commutation comprennent une première vanne placée dans la seconde branche en amont du compresseur et une seconde vanne placée dans la troisième branche, cette seconde vanne étant formée par ladite vanne à ouverture réglable. Ainsi, la commutation s'effectue par une vanne d'arrêt placée dans la seconde branche et une vanne à ouverture réglable placée dans la troisième branche, cette vanne à ouverture réglable permettant d'accomplir les différentes fonctions précitées. Selon une autre caractéristique de l'invention, la première vanne et la deuxième vanne à ouverture réglable sont asso- ciées à une unité de commande. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la première vanne et la deuxième vanne à ouverture réglable sont intégrées dans un même module. Ce module comprend avantageusement un élément monobloc dans lequel sont logées la première vanne et la deuxième vanne à ouverture réglable, cet élément monobloc comportant des premier, deuxième et troisième orifices propres à être raccordés respectivement aux première, deuxième et troisième branches. Avantageusement, l'élément monobloc comporte un passage intérieur qui met en communication le premier orifice (sortie du compresseur) avec la première vanne (deuxième branche) et la deuxième vanne à ouverture réglable (troisième branche), la première vanne et la deuxième vanne à ouverture réglable étant reliées respectivement au deuxième et au troisième orifice. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le deuxième et le troisième orifice débouchent sur une face principale de l'élément monobloc, tandis que le premier orifice débouche sur une face d'extrémité de l'élément monobloc. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'élément monobloc comporte en outre un quatrième orifice propre à être relié à un capteur de pression. Avantageuse- ment, ce quatrième orifice débouche sur une autre face d'extrémité de l'élément monobloc, à l'opposé de la face d'extrémité sur laquelle débouche le premier orifice. Ainsi, ce quatrième orifice peut être en communication avec le premier orifice et détecter la pression en sortie du compresseur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'élément monobloc est un bloc usiné de forme générale parallélépipédique réalisé en un matériau métallique, avantageusement un alliage à base d'aluminium. Sous un autre aspect, l'invention concerne un module pour un circuit de fluide réfrigérant, tel que défini précédemment. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma d'un circuit de fluide réfrigérant selon l'invention comprenant un élément modulaire intégrant une vanne d'arrêt et une vanne à ouverture régla- ble; - la figure 2 est une vue de côté de l'élément modulaire de la figure 1; - les figures 3, 4 et 5 représentent schématiquement des variantes de réalisation de l'élément modulaire; - la figure 6 représente un autre circuit analogue à celui de la figure 1, dans une autre forme de réalisation; et - la figure 7 est une vue de côté d'un élément modulaire propre à faire partie du circuit de la figure 6. La figure 1 représente un circuit parcouru par un fluide réfrigérant et propre à servir à la climatisation et au chauffage d'appoint de l'habitacle d'un véhicule automobile. Dans ce circuit circule un fluide réfrigérant 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 véhicule. Les composants de chaque circuit sont répartis dans 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. Un capteur de pression 9 détecte la pression du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur 4. 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 thermostatique 10. Dans le circuit de la figure 1, une électrovanne à deux voies 12 (jouant le rôle de vanne d'arrêt) est placée dans la branche 2, entre le point B et le condenseur 6. En outre, une électrovanne à ouverture réglable 13 est placée dans la branche 3 entre les points A et B. La vanne d'arrêt 12 et la vanne à ouverture réglable 13 sont commandées par un module de commande 14 qui reçoit le signal du capteur de pression 9. Pour le fonctionnement du dispositif en mode climatisation, le module 14 ouvre la vanne 12 et ferme la vanne 13. Le fluide réfrigérant circule dans la boucle de climatisation classique formée par les branches 1 et 2. Plus précisément, le fluide refoulé par le compresseur 4 passe par le point B et la vanne 12 pour atteindre le condenseur 6 o il se condense en cédant de la chaleur à l'air ambiant, puis traverse la bouteille 7 et le clapet anti-retour 8 et subit une détente dans le détendeur thermostatique 10. Le fluide s'évapore dans l'évaporateur 5 en refroidissant de l'air destiné à être envoyé dans l'habitacle du véhicule. Le fluide réfrigérant gazeux sortant de l'évapo- rateur 5 est de nouveau aspiré par le compresseur. Dans le mode de réchauffage, les vannes 12 et 13 sont respectivement fermées et ouvertes. Le fluide circule dans la boucle de réchauffage formée par les branches i et 3. En sortant du compresseur, le fluide passe par le point B et la vanne 13 à ouverture réglable, en restant à l'état gazeux, et par l'évaporateur 5 o il cède de la chaleur à de l'air destiné à être envoyé dans l'habitacle. Le fluide revient ensuite au compresseur. La vanne à ouverture réglable 13 permet d'isoler la branche de réchauffage additionnel en fonctionnement climatisation. Par ailleurs, la vanne 13 permet de contrôler la détente du gaz dans la branche de réchauffage dans le mode chauffage additionnel, en fonction du réglage de l'ouverture de la vanne. En outre, la vanne 13 permet de réaliser deux autres fonc- tions: le contrôle de la détente à partir du module de commande 14 (électronique de régulation) et le contrôle du délai jusqu'à l'ouverture de la détente en mode de charge- ment, ce qui permet de mieux contrôler la quantité de fluide réfrigérant qui sera chargée. L'électrovanne 13 est avantageusement une vanne hacheuse ou une vanne proportionnelle pilotée par un signal PWM (Pulse Width Modulation), c'est-à-dire un signal à modulation de largeur d'impulsion. Une telle vanne permet de contrôler le débit de passage du fluide réfrigérant dans une plage de 0% à 100% de son débit nominal. En mode réchauffage, lorsque la pression du fluide réfrigé- rant dans la boucle de réchauffage est anormalement basse, en raison d'une masse insuffisante de fluide dans cette boucle ou d'une basse température, la vanne à ouverture réglable est fermée. Le compresseur aspire alors, à travers l'évapora- teur 5, du fluide de la branche 2 et notamment de la bou- teille 7. La quantité de fluide dans la boucle de réchauffage augmente donc et, par conséquent, la pression à la sortie du compresseur. Lorsque celle-ci atteint la valeur d'ouverture de la vanne à ouverture réglable 13, la circulation du fluide s'établit dans la boucle de réchauffage. Le fluide à l'état liquide qui peut se trouver en amont de l'évaporateur dans la branche 1 s'évapore. La pression en aval du clapet anti- retour 8 dans la branche 2 s'élève au-dessus de la pression en amont de celui-ci, de sorte que le transfert de fluide à partir de la bouteille est interrompu. La pression à la sortie du compresseur est surveillée en permanence par le capteur de pression 9 et sa valeur est transmise au module de commande 14. Si la pression dépasse une valeur de consigne ou un seuil de sécurité, le module de commande 14 commande l'ouverture momentanée de la vanne 12 permettant de renvoyer une partie du fluide réfrigérant de la boucle de réchauffage dans le condenseur. Comme on peut le voir sur la figure 1, les vannes 12 et 13 sont logées dans un composant modulaire ou module M réalisé sous la forme d'un élément monobloc de forme générale parallélépipédique qui comporte deux faces principales opposées 15 et 16, deux faces d'extrémité opposées 17 et 18, ainsi qu'une face supérieure 19 et une face inférieure 20 (figure 2). Le module M comporte un premier orifice 21 qui débouche sur la face d'extrémité 17 et qui est propre à être raccordé à la branche 1 en sortie du compresseur 4. En outre, le module M comporte deux orifices 22 et 23 débouchant sur la face principale 15 et propres à être raccordés respectivement à la branche 2 et à la branche 3. Les orifices 22 et 23 communi- quent respectivement avec les vannes 12 et 13. Par ailleurs, le module M comporte un passage de communica- tion 24 qui fait communiquer l'orifice 21 (branche 1) avec les vannes 12 et 13. Comme on peut le voir sur la figure 2, les vannes 12 et 13 sont actionnées respectivement par des actionneurs électri- ques 25 et 26 placés sur la face supérieure 19 du module. Dans la forme de réalisation de la figure 3, l'orifice 21 est situé sur la face principale 15, tandis que les orifices 22 et 23 débouchent respectivement sur les faces d'extrémité 18 et 17. Dans la forme de réalisation de la figure 4, les positions respectives des orifices 22 et 23 sont inversées par rapport à la disposition de la figure 1. Cela signifie, en d'autres termes, que les positions des vannes 12 et 13 ont été échangées. Ainsi, un même module peut être utilisé aussi bien dans la forme de réalisation de la figure 1 que dans celle de la figure 4, à condition d'échanger les positions respectives des vannes 12 et 13. Dans la forme de réalisation de la figure 5, l'orifice 21 est encore situé sur la face d'eXtrémité 17, tandis que les orifices 22 et 23 sont situés respectivement sur les deux faces principales opposées 15 et 16. Le circuit de la figure 6 diffère de celui de la figure 1 par la structure du module M. En effet, le passage de communica- tion 24 se prolonge jusqu'à la face d'extrémité 18 pour former un quatrième orifice 27 qui se situe à l'opposé de l'orifice 21. Cet orifice 27 permet le raccordement du capteur de pression 9, lequel se trouve ainsi en communication avec la sortie du compresseur 4 via le passage de communication 24. La figure 7 montre la structure générale du module selon la forme de réalisation de la figure 6. Ce dernier est un élément monobloc de forme générale parallélépipédique usiné à partir d'un bloc métallique, dans l'exemple un alliage à base d'aluminium. Les orifices 21, 22, 23 et 27 sont réalisés par des alésages qui se prolongent vers l'intérieur du bloc pour permettre le logement des électrovannes 12 et 13. Les électroaimants 25 et 26 servant à l'actionnement de ces deux vannes sont situés sur la face supérieure 19. Cette dernière comporte également des alésages (non visibles) pour la mise en place des actionneurs électriques 25 et 26. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple. Ainsi, elle n'est pas limitée à un circuit à trois branches tel que décrit précédemment. Dans le cas o la vanne à ouverture réglable 13 est associée à une vanne d'arrêt 12 et que ces deux vannes sont logées dans un même module, différentes configurations du module sont possibles, comme montré notamment sur les figures 3 à 5. Revendications 1. Circuit de fluide réfrigérant pour véhicule automobile, du type comprenant une boucle de climatisation ainsi qu'une boucle de réchauffage comportant une branche de réchauffage (3) dans laquelle sont placés des moyens de distribution et des moyens de détente, caractérisé en ce que les moyens de distribution et les moyens de détente sont réalisés sous la forme d'un composant unique qui est une vanne à ouverture réglable (13) placée dans ladite branche de réchauffage (3). 2. Circuit de fluide réfrigérant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne à ouverture réglable (13) est une électrovanne choisie parmi une vanne hacheuse et une vanne proportionnelle pilotée par un signal à modulation de largeur d'impulsion (PWM). 3. Circuit de fluide réfrigérant selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la vanne à ouverture réglable (13) est pilotée par une unité de commande (14). 4. Circuit de fluide réfrigérant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'unité de commande (14) est reliée à des moyens (9) de mesure de la pression du fluide réfrigérant en un point choisi du circuit. 5. Circuit de fluide réfrigérant selon l'une des revendica- tions 1 à 4, du type comportant une première branche (1) contenant un évaporateur (5) suivi d'un compresseur (4), une seconde branche (2) contenant un condenseur (6) et une troisième branche (3) ne contenant pas de condenseur, cette troisième branche (3) constituant la boucle de réchauffage précitée, caractérisé en ce que la vanne à ouverture réglable (13) est placée dans ladite troisième branche (3) du circuit. 6. Circuit de fluide réfrigérant selon la revendication 5, comprenant en outre des moyens de commutation prévus pour envoyer le fluide réfrigérant sortant de la première branche (1), soit dans la deuxième branche (2), soit dans la troi- sième branche (3), caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent une première vanne (12) placée dans la seconde branche en amont du compresseur (4) et une seconde vanne placée dans la troisième branche, cette seconde vanne étant formée par ladite vanne à ouverture réglable (13). 7. Circuit de fluide réfrigérant selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première vanne (12) et la seconde vanne (13) à ouverture réglable sont associées à une unité de commande (14). 8. Circuit de fluide réfrigérant selon l'une des revendica- tions 6 et 7, caractérisé en ce que la première vanne (12) et la deuxième vanne à ouverture réglable (13) sont intégrées dans un même module (M). 9. Circuit de fluide réfrigérant selon la revendication 8, caractérisé en ce que le module (M) comprend un élément monobloc dans lequel sont logées la première vanne (12) et la deuxième vanne à ouverture réglable (13), ledit élément monobloc comportant des premier, deuxième et troisième orifices (21, 22, 23) propres à être raccordés respectivement aux première, deuxième et troisième branches (1, 2, 3). 10. Circuit de fluide réfrigérant selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément monobloc (M) comporte un passage intérieur (24) qui met en communication le premier orifice (21) avec la première vanne (12) et la deuxième vanne à ouverture réglable (13), et en ce que la première vanne (12) et la seconde vanne à ouverture réglable (13) sont reliées respectivement au deuxième et au troisième orifice (22, 23). 11. Circuit de fluide réfrigérant selon la revendication 10, caractérisé en ce que le deuxième et le troisième orifice (22, 23) débouchent sur une face principale (15) de l'élément monobloc, tandis que le premier orifice (21) débouche sur une face d'extrémité (17) de l'élément monobloc. 12. Circuit de fluide réfrigérant selon l'une des revendica- tions 7 à 11, caractérisé en ce que l'élément monobloc comporte en outre un quatrième orifice (27) propre à être relié à un capteur de pression (9). 13. Circuit de fluide réfrigérant selon les revendications 11 et 12 prises en combinaison, caractérisé en ce que le quatrième orifice (27) débouche sur une autre face d'extré- mité (18) de l'élément monobloc, à l'opposé de la face d'extrémité (17) sur laquelle débouche le premier orifice (21). 14. Circuit de fluide réfrigérant selon l'une des revendica- tions 9 à 13, caractérisé en ce que l'élément monobloc est un bloc usiné de forme générale parallélépipédique réalisé en un matériau métallique, avantageusement un alliage à base d'aluminium. 15. Module pour circuit de fluide réfrigérant, tel que défini dans l'une des revendications 8 à 14.