Brevet FR2836542A1 — publié le 20030829

Organe de détente pour boucle de climatisation de véhicule L'invention concerne les boucles de climatisation, notamment pour une installation de véhicule à moteur. Une boucle de climatisation classique comporte un compresseur, un condenseur, un organe de détente et un évaporateur parcourus, dans cet ordre, par un fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant est comprimé en phase gazeuse et amené à une pression élevée par le compresseur. Il est ensuite transformé en phase liquide par le condenseur, puis subit une perte de pression en passant dans l'organe de détente, qui peut être par exemple un orifice calibré. Le liquide se vaporise partiellement dans l'organe de détente en refroidissant. A la sortie de l'organe de détente, on obtient un mélange de vapeur et de liquide à basse pression, qui est transmis à l'évaporateur où il est transformé en phase gazeuse. Pour réaliser cette évaporation du fluide réfrigérant, l'évaporateur absorbe de la chaleur de l'habitacle du véhicule. Cependant, dans certaines conditions, des gouttelettes de liquide en sortie de l'évaporateur sont aspirées par le compresseur. Ces gouttelettes de liquide peuvent provoquer un dysfonctionnement du compresseur ou une dégradation des performances thermiques du système. De telles gouttelettes en sortie de l'évaporateur apparaissent classiquement lorsque l'organe de détente est un orifice calibré. Elles peuvent en outre apparaître dans certains stades critiques de fonctionnement de l'installation. Pour protéger le compresseur contre une aspiration de ces gouttelettes de liquide, des réalisations connues utilisent un séparateur de phases. Un séparateur de phases se présente sous forme d'un réservoir propre à séparer la phase liquide de la phase vapeur du fluide réfrigérant qui circule entre l'évaporateur et le compresseur. Il permet de ne transmettre que la phase vapeur au compresseur. La phase liquide, qui est envoyée au fond du séparateur de phases, peut être vaporisée par apport extérieur de chaleur pour être à son tour transmise au compresseur. Cependant, de tels séparateurs de phases sont volumineux et augmentent sensiblement l'encombrement et le poids de l'installation de climatisation. Ils ne permettent pas d'optimiser l'espace occupé par l'installation de climatisation dans le véhicule. Par ailleurs de tels séparateurs augmentent significativement le coût d'une installation de climatisation pour véhicule. C'est un but de la présente invention de proposer une boucle de fluide réfrigérant capable de limiter l'aspiration de liquide par le compresseur, par des moyens simples et économiques. Ces moyens comprennent l'utilisation d'un organe de détente propre à assurer à la fois la fonction de détente et la fonction de protection du compresseur pour remplacer le séparateur de phases. C'est encore un but de l'invention de proposer une telle boucle ayant un encombrement et un poids réduit, pour pallier le manque de place fréquent dans la construction automobile. L'invention propose, à cet effet, une boucle de fluide réfrigérant, notamment pour une installation de climatisation de véhicule à moteur, qui comprend un compresseur propre à élever la pression du fluide à l'état gazeux, un condenseur propre à faire passer le fluide comprimé par le compresseur à l'état liquide, un organe de détente propre à abaisser la pression du fluide condensé par le condenseur et un évaporateur propre à faire passer le fluide détendu à l'état gazeux avant son retour dans le compresseur. La boucle comprend un premier conduit reliant la sortie du compresseur à l'entrée du condenseur et un deuxième conduit reliant la sortie de l'évaporateur à l'entrée du compresseur. Avantageusement, l'organe de détente ou capillaire est un conduit ayant une section circulaire de diamètre inférieur au diamètre du deuxième conduit et une longueur choisie, et ce conduit est interposé entre la sortie du condenseur et l'entrée de l'évaporateur, le deuxième conduit étant conformé pour loger une partie de ce conduit, dans une zone, dite zone commune. En particulier, le capillaire et le deuxième conduit sont sensiblement coaxiaux dans la zone commune. Avantageusement, le deuxième conduit comporte une première ouverture et une deuxième ouverture entre ladite première ouverture et l'entrée du compresseur, ces deux ouvertures permettant l'entrée et la sortie du capillaire dans la zone commune. Dans une forme de réalisation particulière, le capillaire est introduit dans la première ouverture et débouche de la deuxième ouverture, le fluide réfrigérant qui circule dans le capillaire, dans la zone commune, ayant le même sens de circulation que le fluide réfrigérant qui circule à l'extérieur du capillaire, dans le deuxième conduit. Dans une autre forme de réalisation, le capillaire est introduit dans la deuxième ouverture et débouche de la première ouverture, le fluide réfrigérant qui circule dans le capillaire, dans la zone commune, ayant un sens de circula- tion opposé au fluide réfrigérant qui circule à l'extérieur du capillaire, dans le deuxième conduit. Le capillaire est réalisé en matériau inoxydable. En particulier, le capillaire est réalisé en aluminium ou en alliage d'aluminium. Selon une autre caractéristique de l'invention, le deuxième conduit a un diamètre de l'ordre de 10 à 20 millimètres tandis que le capillaire a un diamètre de l'ordre de 0,6 à 2 millimètres. Le deuxième a une longueur de l'ordre de 0,8 à 2 mètres tandis que le capillaire a une longueur de l'ordre de 0,6 à 2 mètres. Avantageusement, elle comprend un réservoir propre à absorber les variations de volume du fluide. Selon une forme de réalisation de l'invention, le réservoir est placé entre la sortie du condenseur et l'entrée du capillaire. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, le réservoir est intégré au condenseur, celui-ci comportant une zone de sous-refroidissement en aval du réservoir. La boucle comporte également un filtre, placé en amont du capillaire, propre à retenir les éléments capables de provoquer un dysfonctionnement du capillaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble d'une boucle de climatisation d'une installation de climatisation de véhicule, selon une réalisation de l'art antérieur, - la figure 2 est un schéma représentant la boucle de climatisation de la figure 1, selon une réalisation propre à empêcher l'aspiration de gouttelettes de liquide par le compresseur, - la figure 3 est une vue d'ensemble d'une boucle de climatisation d'une installation de climatisation de véhicule selon l'invention, - la figure 4 représente un schéma d'une boucle de climatisation, selon une première forme de réalisation de l'invention, - la figure 5 représente un schéma d'une boucle de climatisa- tion, selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue latérale d'une partie de la boucle de climatisation réalisant la vaporisation des gouttelettes de liquide, et - la figure 7 est une vue de face de la partie de la boucle de climatisation représentée sur la figure 6. Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une vue d'ensemble d'une boucle de climatisation intégrée à un véhicule. La boucle de climatisation est parcourue par une fluide réfrigérant, par exemple le fluide réfrigérant R134a. La boucle de climatisation comprend un compresseur 1, un condenseur 2, un réservoir de liquide 3, un organe de détente 4 et un évaporateur 5, parcourus dans cet ordre par le fluide réfrigérant, et reliés entre eux par un ensemble de conduits 6. L'ensemble de conduits 6 comprend un premier conduit 61 reliant la sortie du compresseur à l'entrée du condenseur, un deuxième conduit 62 reliant la sortie de l'évaporateur à l'entrée du compresseur, un troisième conduit 63 reliant la sortie du condenseur à l'entrée du réservoir de liquide et un quatrième conduit 64 reliant le réservoir de liquide à l'organe de détente. Dans une autre forme de réalisation connue, le réservoir de liquide peut être intégré au condenseur 2, dans quel cas le troisième conduit 630 relie la sortie du condenseur à l'organe de détente et le quatrième conduit 640 relie l'organe de détente à l'entrée de l'évaporateur. Cette forme de réalisation est illustrée sur la figure 2. Le fluide réfrigérant circulant dans l'ensemble de conduits 6 de la figure 1 subit une élévation de pression et de température dans le compresseur 1. Le fluide est ensuite transformé en phase liquide à haute pression par le condenseur 2. L'organe de détente 4 abaisse la pression créée par le compresseur. L'organe de détente est par exemple un orifice calibré. En sortie de l'organe de détente, le fluide réfrigérant se présente sous la forme d'un mélange de vapeur et de liquide à basse température. Ce mélange arrive alors dans l'évaporateur 5 qui provoque l'ébullition et l'évaporation du liquide en prélevant la chaleur d'un flux d'air 51. Le condenseur 2 reçoit un flux d'air extérieur 50 pour évacuer cette chaleur ainsi que la chaleur produite par la compression du fluide. On se réfère maintenant à la figure 2 qui est une vue schématique de la boucle de climatisation de l'art antérieur, décrite ci-avant. Cette boucle de climatisation comprend un séparateur de phase 15 placé entre l'évaporateur et le compresseur. Ce séparateur de phase est destiné à empêcher l'absorption de gouttelettes de liquide par le compresseur, éventuellement transmises par l'évaporateur 5. La Demanderesse a mis en place une boucle de climatisation permettant de simplifier ce fonctionnement, tout en conservant des performances satisfaisantes. Pour cela, l'invention propose une boucle de climatisation à organe de détente capillaire, dépourvue de séparateur de phases. En référence à la figure 3, une boucle de climatisation selon l'invention est parcourue par un fluide réfrigérant traversant le compresseur 1, le condenseur 2 et l'évaporateur 5, comme décrit ci-avant, le compresseur étant relié au condenseur par le premier conduit 61 et l'évaporateur étant relié au compresseur par le deuxième conduit 62. Avantageusement, l'organe de détente 40 est un conduit de petit diamètre et de longueur calibrée, dit capillaire, reliant le condenseur 2 à l'évaporateur 5. Il permet de même d'abaisser la pression du fluide réfrigérant ainsi que sa température. Le capillaire est substitué à l'orifice calibré, au troisième et au quatrième conduit de l'art antérieur. Outre sa fonction de détente, le capillaire est apte à remplir une fonction identique à celle du séparateur de phases de l'art antérieur en vaporisant les gouttelettes de liquide éventuellement présentes dans le deuxième conduit 62. Cette double fonction du capillaire est obtenue par une conformation particulière de la boucle de climatisation. Le deuxième conduit 62, qui relie la sortie de l'évaporateur à l'entrée du compresseur est en effet conformé pour loger une partie du capillaire. La fonction de vaporisation des gouttelettes de liquide est décrite plus en détail ci-après, en référence aux figures 4 à 7. La figure 4 est une vue schématique de la boucle de climatisation illustrée sur la figure 3. Le deuxième conduit 62 comporte une première ouverture 70 et une deuxième ouverture 71, placée entre cette première ouverture et le compresseur 1. Dans une première forme de réalisation, le capillaire en provenance du condenseur est introduit par l'ouverture 71 et ressort par l'ouverture 70 vers la sortie de l'évaporateur. Le capillaire est soudé au deuxième conduit au niveau de ces ouvertures par des techniques connues de l'homme du métier. Ainsi, une partie du capillaire 401 est logée dans une zone du deuxième conduit 621, dite zone commune. Le fluide réfrigérant circule dans le capillaire 40 de la sortie du condenseur vers l'entrée de l'évaporateur, afin de détendre le fluide. Ce sens de circulation est indiqué par les flèches en pointillés sur la figure. La compression dans le compresseur 1 a permis au fluide d'atteindre une pression et une température élevées, et par suite le fluide qui pénètre dans le capillaire est également à pression et température élevées. Par ailleurs le fluide circule dans le deuxième conduit de la sortie de l'évaporateur vers l'entrée du compresseur, comme indiqué par les flèches en trait plein. Le fluide sortant de l'évaporateur se trouve à basse pression et à basse température. Le diamètre du capillaire est choisi inférieur au diamètre du deuxième conduit, de sorte que l'introduction du capillaire laisse le fluide circuler dans le deuxième conduit, et notamment à l'extérieur du capillaire dans la zone commune 421. Dans cette zone commune, le fluide circule également dans la partie du capillaire 621. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le fluide qui circule dans le deuxième conduit et le fluide qui circule dans le capillaire, au niveau de la zone commune sont à contre-courant. Une autre mode de réalisation sera décrit plus loin en référence à la figure 5. Ce gradient de température entre le fluide qui circule dans le capillaire et le fluide qui circule à l'extérieur du capillaire dans la zone commune favorise un échange thermique. Cet échange thermique est apte à vaporiser les gouttelettes de liquide éventuellement présentes dans le fluide qui circule dans le deuxième conduit, à l'extérieur du capillaire 40. Il permet donc d'alimenter le compresseur uniquement en fluide réfrigérant gazeux et de s'affranchir de l'utilisation d'un séparateur de phases trop volumineux. Le capillaire peut être conformé pour favoriser l'échange thermique. Il peut comporter par exemple de petites ailettes qui augmentent la dissipation thermique. La figure 5 est un schéma illustrant un autre mode de réalisation de l'invention. Le deuxième conduit 62 comprend une première ouverture 70 et une deuxième ouverture 71 entre la première ouverture et le compresseur 1. Cependant, le capillaire en provenance de la sortie du condenseur 2 est introduit dans l'ouverture 70 et ressort par l'ouverture 71 vers l'entrée de l'évaporateur. Par suite, le fluide réfrigérant qui circule dans le deuxième conduit à l'extérieur du capillaire et le fluide réfrigérant qui circule dans le capillaire 621 dans la zone commune 421 ont un sens de circulation identique. La boucle de climatisation comprend également un réservoir de liquide 3 propre à absorber les variations de volume du fluide. Ce réservoir est en outre muni d'un filtre déshydrateur chargé d'absorber et d'éliminer l'humidité qui pourrait provoquer la formation de glace dans le capillaire et les impuretés, telles que des acides corrosifs ou des résidus qui pourraient obstruer le capillaire 40. Le réservoir de liquide peut être placé entre le condenseur et le capillaire. Avantageusement, on utilise un condenseur comportant un réservoir de liquide intégré et une zone de sous-refroidissement, un tel condenseur permettant d'atteindre les performances de réserve et de filtration d'un séparateur de phases. La longueur totale et le diamètre du capillaire 40 sont calibrés pour optimiser d'une part la détente et d'autre part l'échange thermique au niveau de la zone commune. Ces deux fonctions imposent d'avoir un diamètre suffisamment petit et une longueur suffisamment grande pour abaisser la pression, sans perturber le débit du fluide qui circule dans la partie du deuxième conduit située dans la zone commune 621. La figure 6 est une vue longitudinale du capillaire logé dans le deuxième conduit, mettant en évidence leurs longueurs respectives. Pour atteindre des performances de détente et d'échange thermique suffisantes, la longueur Ll du capillaire est choisie de l'ordre de 0,6 à 2 mètres, tandis que la longueur L2 du deuxième conduit est de l'ordre de 0,8 à 2 mètres. La figure 7 est une vue de face de la figure précédente. Le deuxième conduit a un diamètre d2 de l'ordre de 0,6 à 2 millimètres, et le capillaire a un diamètre dl de l'ordre de 10 à 20 millimètres. La partie du capillaire 401, logée dans le deuxième conduit, est immergée dans le fluide qui circule dans le deuxième conduit et est donc susceptible de subir une oxydation. Pour éviter cette oxydation et l'usure qui en résulte, le capillaire est réalisé à partir de matériau inoxydable, en particulier en aluminium ou en alliage d'aluminium. Le capillaire ci-avant permet donc de réaliser la fonction de détente et la fonction d'évaporation des gouttelettes de liquides éventuellement présentes dans le deuxième conduit. En utilisant en outre un condenseur à bouteille intégrée, la boucle de climatisation fournit une réserve de liquide et une filtration efficace. L'encombrement de la boucle est ainsi sensiblement amélioré. D'une part, l'organe de détente et le séparateur de phase sont remplacés par un simple capillaire qui ne contient aucun organe mécanique et ne nécessite aucun réglage. D'autre part, l'encombrement est amélioré par l'imbrication d'une partie du capillaire dans le deuxième conduit. Cette réduction de l'encombrement de la boucle de climatisation est particulièrement avantageuse pour les installations de climatisation de véhicules à moteur, qui sont logées dans des compartiments moteur de plus en plus petits. La structure simple du capillaire, sa fiabilité et sa tenue dans le temps garantissent un coût de revient extrêmement faible et des performances significatives. Les figures citées en référence représentent un capillaire longitudinal à l'intérieur du deuxième conduit. D'autres variantes peuvent être envisagées pour optimiser l'encombrement de la boucle de climatisation comme par exemple une forme en spirale. Revendications 1. Boucle de fluide réfrigérant, notamment pour une installation de climatisation de véhicule à moteur, comprenant un compresseur (1) propre à élever la pression du fluide à l'état gazeux, un condenseur (2) propre à faire passer le fluide comprimé par le compresseur à l'état liquide, un organe de détente (40) propre à abaisser la pression du fluide condensé par le condenseur et un évaporateur (5) propre à faire passer le fluide détendu à l'état gazeux avant son retour dans le compresseur, la boucle comprenant un premier conduit (61) reliant la sortie du compresseur à l'entrée du condenseur et un deuxième conduit (62) reliant la sortie de l'évaporateur à l'entrée du compresseur, caractérisée en ce que l'organe de détente est un conduit (40), dit capillaire, ayant une section circulaire de diamètre (dl) inférieur au diamètre (d2) du deuxième conduit (62) et une longueur choisie (L1), et en ce que ledit conduit est interposé entre la sortie du condenseur et l'entrée de l'évaporateur, le deuxième conduit étant conformé pour loger une partie (401) de ce conduit (40), dans une zone (621), dite zone commune. 2. Boucle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capillaire (40) et le deuxième conduit (62) sont sensiblement coaxiaux dans la zone commune (621). 3. Boucle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le deuxième conduit (62) comporte une première ouverture (70) et une deuxième ouverture (71) entre ladite première ouverture et l'entrée du compresseur, ces deux ouvertures permettant l'entrée et la sortie du capillaire (40) dans la zone commune. 4. Boucle selon la revendication 3, caractérisée en ce que le capillaire est introduit dans la première ouverture (70) et débouche de la deuxième ouverture (71), le fluide réfrigérant qui circule dans le capillaire, dans la zone commune (621), ayant le même sens de circulation que le fluide réfrigérant qui circule à l'extérieur du capillaire, dans le deuxième conduit. 5. Boucle selon la revendication 3, caractérisée en ce que le capillaire est introduit dans la deuxième ouverture (71) et débouche de la première ouverture (70), le fluide réfrigérant qui circule dans le capillaire, dans la zone commune (621), ayant un sens de circulation opposé au fluide réfrigérant qui circule à l'extérieur du capillaire, dans le deuxième conduit. 6. Boucle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capillaire (40) est réalisé en matériau inoxydable. 7. Boucle selon la revendication 6, caractérisée en ce que le capillaire (41) est réalisé en aluminium ou en alliage d'aluminium. 8. Boucle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième conduit (62) a un diamètre (d2) de l'ordre de 10 à 20 millimètres et en ce que le capillaire a un diamètre (dl) de l'ordre de 0,6 à 2 millimètres. 9. Boucle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième conduit (62) a une longueur (Ll) de l'ordre de 0,8 à 2 mètres et en ce que le capillaire (40) a une longueur (L2) de l'ordre de 0,6 à 2 mètres. 10. Boucle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un réservoir (3) propre à absorber les variations de volume du fluide. 11. Boucle selon la revendication 10, caractérisée en ce que le réservoir est placé entre la sortie du condenseur (2) et l'entrée du capillaire (40). 12. Boucle selon la revendication 10, caractérisée en ce que le réservoir (3) est intégré au condenseur, celui-ci comportant une zone de sous-refroidissement en aval du réservoir. 13. Boucle selon l'une revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un filtre, placé en amont du capillaire, propre à retenir les éléments capables de provoquer un dysfonctionnement du capillaire.