Brevet FR2889504A1 — publié le 20070209

Ensemble intégré pour dispositif de climatisation de véhicule automobile. La présente invention a pour objet la climatisation des véhicules automobiles et, d'une manière plus précise, concerne la réalisation d'un ensemble intégré destiné à être monté à l'intérieur du compartiment moteur d'un véhicule automobile afin de constituer un dispositif de climatisation. La climatisation de l'habitacle des véhicules automobiles est de plus en plus fréquente. La production de froid est obtenue par évaporation lors du changement d'état d'un fluide frigorigène qui circule dans un circuit fermé et subit quatre transformations successives. En début de cycle, le fluide est à l'état gazeux à basse pression et basse température. Il est alors comprimé, de sorte que sa pression est augmentée ainsi que son enthalpie. Le fluide traverse ensuite un condenseur où il passe à l'état liquide à haute pression et haute température par échange de chaleur avec l'air ambiant. La pression du fluide est ensuite diminuée par passage à travers un détendeur thermostatique. Le fluide se trouve alors à l'état diphasique constitué d'un mélange de liquide et de vapeur à basse pression et basse température. Dans cet état, le fluide traverse un évaporateur généralement situé dans l'habitacle du véhicule et traversé par de l'air pulsé par un ventilateur. L'air se refroidit en cédant sa chaleur au fluide frigorigène qui se vaporise et retrouve ainsi son état initial de vapeur à basse pression et basse température. Le condenseur se présente sous différentes formes et constitue un échangeur de chaleur de type classique. Un tel échangeur peut par exemple comporter une pluralité de tubes à ailettes ou encore de tubes plats extrudés constituant un faisceau à l'intérieur duquel le fluide peut s'écouler sur plusieurs allers-retours. A titre de fluides frigorigènes, on a utilisé dans le passé des dérivés chlorofluorés d'hydrocarbures saturés (CFC). L'utilisation de ces produits a été réglementée après que leur action sur la couche d'ozone atmosphérique ait été mise en évidence. On a alors préconisé d'utiliser à titre de substituts, des hydrofluorocarbones ne contenant pas d'atomes de chlore, n'ayant pas d'effet sur la couche d'ozone et présentant une contribution à l'effet de serre atmosphérique nettement inférieure. Plus récemment, on a également préconisé d'utiliser à titre de fluide frigorigène, du dioxyde de carbone qui ne présente pas les inconvénients des fluides frigorigènes précédents et dont on peut tolérer une certaine proportion de fuites. L'utilisation du dioxyde de carbone nécessite cependant la mise en pression à des pressions plus importantes du fluide frigorigène dans le circuit. Afin d'autoriser l'échappement de vapeur de dioxyde de carbone en cas d'excès de pression dans le circuit, il est également nécessaire de prévoir un réservoir de dioxyde de carbone pour compléter le remplissage du circuit en cas de fuites. La demande de brevet français FR-A-2 847 664 décrit par exemple un tel dispositif de compensation des fuites d'un circuit de climatisation utilisant du dioxyde de carbone comme fluide frigorigène, le dispositif comprenant une bouteille de dioxyde de carbone sous pression montée dans le circuit. De même, la demande de brevet WO 98/30847 (NORILD) décrit un système de réfrigération utilisant du dioxyde de carbone à titre de fluide frigorigène et comportant un réservoir sous pression pour le dioxyde de carbone et une valve de sécurité qui laisse échapper du dioxyde de carbone sous forme vapeur en cas d'excès de pression dans le circuit. Dans tous les cas, on comprend qu'il est approprié de disposer à l'intérieur du compartiment moteur du véhicule automobile un certain nombre d'éléments, tels que le condenseur et le compresseur. Le condenseur peut en particulier, dans certains cas, faire partie intégrante du radiateur de refroidissement du moteur à combustion qui équipe le véhicule automobile. Une telle intégration d'une partie du radiateur de refroidissement dans le circuit de climatisation est décrite par exemple dans la demande de brevet français FR-A-2 840 258 (RENAULT). Une telle structure permet de refroidir l'air par son contact avec le dispositif de climatisation avant même qu'il ne traverse le radiateur de refroidissement du moteur à combustion. Le compresseur est de préférence entraîné directement par le moteur à combustion interne et se trouve donc disposé à proximité de celui-ci dans le compartiment moteur du véhicule automobile. Dans certains cas, il est également nécessaire d'adjoindre au dispositif de climatisation un échangeur de chaleur supplémentaire qui a pour objet de récupérer une partie des calories du fluide frigorigène après détente et avant élévation de pression par le compresseur. Un tel échangeur de chaleur supplémentaire est particulièrement utile dans le cas où l'on utilise du dioxyde de carbone comme fluide frigorigène. L'installation et le montage des différents organes d'un tel dispositif de climatisation à l'intérieur du compartiment moteur d'un véhicule automobile présentent des difficultés, en raison de l'encombrement qui en résulte et des différentes conduites qui doivent être prévues pour faire circuler le fluide frigorigène dans les différents organes du dispositif de climatisation. II en résulte fréquemment de nombreuses liaisons par tuyau rigide entre les différents organes qui rendent le montage et la maintenance du dispositif de climatisation relativement complexes et onéreux, du fait notamment de la pression élevée dans le circuit. La présente invention a pour objet de résoudre ces difficultés et de simplifier le montage d'un dispositif de climatisation dans un véhicule automobile. L'invention a également pour objet de réduire l'encombrement des principaux organes d'un tel dispositif de climatisation, afin de rendre le montage et la maintenance faciles et moins onéreux. Dans un mode de réalisation, un ensemble intégré destiné à être monté à l'intérieur du compartiment moteur d'un véhicule automobile est réalisé afin de constituer un dispositif de climatisation du type comprenant un circuit pour un fluide frigorigène et, montés dans ce circuit, un compresseur, un condenseur, un échangeur de chaleur, un détendeur et un évaporateur. L'ensemble intégré comprend un corps d'échange thermique sensiblement tubulaire disposé le long d'une partie au moins de la périphérie d'un bâti de support du condenseur de façon à former un ensemble intégré avec le condenseur. Un tel ensemble intégré est particulièrement facile à installer et à monter à l'intérieur du compartiment moteur d'un véhicule automobile. Son caractère compact présente également l'avantage de permettre son installation dans des compartiments de volume réduit. Enfin l'intégration de l'échangeur et du condenseur en un seul ensemble permet de réduire, voire de supprimer les conduites reliant ces organes entre eux et assurant la circulation du fluide frigorigène. Il en résulte une diminution des pertes de charge, une maintenance facilitée ainsi qu'une diminution des risques de fuite. Dans un mode de réalisation, la bride d'entrée de l'échangeur de chaleur est solidaire du bâti de support du condenseur. La bride de sortie de l'échangeur de chaleur est également, avantageusement, solidaire d'un boîtier du détendeur. Le boîtier du détendeur est, de préférence, monté sur le bâti de support du condenseur. De cette manière, le détendeur fait partie intégrante de l'ensemble intégré et les avantages mentionnés ci-dessus sont encore renforcés. Le condenseur peut, par exemple, présenter la forme générale d'un bloc parallélépipédique enserré dans le bâti de support. L'épaisseur hors tout du condenseur est avantageusement réduite pour faciliter l'implantation de l'ensemble intégré dans le compartiment moteur. Dans un mode de réalisation préféré, le fluide frigorigène utilisé est du dioxyde de carbone. Un accumulateur de dioxyde de carbone sous pression est alors avantageusement monté dans le circuit et fixé sur l'un des côtés du bâti de support du condenseur. L'ensemble intégré comprend ainsi tous les organes essentiels du dispositif de climatisation à l'exception de l'évaporateur qui est installé à proximité de l'habitacle du véhicule ou directement dans celuici. Selon un aspect plus général, l'invention concerne également un dispositif de climatisation de véhicule automobile qui comprend un ensemble intégré tel que défini précédemment. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation détaillé pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de climatisation selon l'invention, montrant les principaux organes qui le constituent; - la figure 2 est une vue schématique de face d'un ensemble intégré selon l'invention; et - la figure 3 est une vue de côté de l'ensemble intégré de la figure 2. Tel qu'il est illustré sur le schéma de la figure 1, un dispositif de climatisation, pris à titre d'exemple et utilisant du dioxyde de carbone à titre de fluide frigorigène, comprend un circuit 1 à l'intérieur duquel s'écoule le fluide frigorigène. Un compresseur 2 élève la pression du fluide frigorigène avant son passage à travers un condenseur 3, qui peut être avantageusement traversé par un flux d'air pulsé par un ventilateur 4. Le condenseur 3 peut par exemple faire partie du radiateur de refroidissement du moteur thermique du véhicule automobile. Après avoir traversé le condenseur 3, le fluide frigorigène traverse un échangeur de chaleur 5 avant de voir sa pression baisser au travers d'un détendeur thermostatique 6. Le fluide frigorigène basse pression se trouvant sous la forme d'un mélange diphasique liquide/vapeur, traverse alors un évaporateur 7 soumis à l'action d'un flux d'air pulsé par la soufflante 8. L'air qui traverse l'évaporateur 7 est ainsi refroidi par l'évaporation du fluide frigorigène dans l'évaporateur 7. Un réservoir sous pression 9 rempli de dioxyde de carbone et associé à une vanne de régulation 11, est monté dans le circuit 1, entre l'évaporateur 7 et l'échangeur de chaleur 5. Le fluide frigorigène issu de l'évaporateur 7 revient jusqu'au compresseur 2 après avoir traversé le réservoir 9 et l'échangeur de chaleur 5. Dans l'exemple illustré, où le fluide frigorigène utilisé est du dioxyde de carbone, on tolère une certaine proportion de fuites de fluide frigorigène dues en partie à la pression élevée qui doit régner dans le circuit de climatisation en raison de la nature du fluide frigorigène. Les pertes de dioxyde de carbone sont compensées par le réservoir sous pression 9, rempli de dioxyde de carbone, jouant le rôle d'un accumulateur. La ligne en tirets 12, qui est indiquée sur la figure 1, sépare le dispositif de climatisation en deux parties. Sur la droite de la ligne 12, se trouve représenté l'ensemble des éléments qui vont être montés à l'intérieur du compartiment moteur du véhicule automobile. Il s'agit donc essentiellement du compresseur 2, du condenseur 3, de l'échangeur de chaleur 5, du détendeur 6 et du réservoir de dioxyde de carbone 9. Les autres organes du dispositif de climatisation, à savoir essentiellement l'évaporateur 7, sont, quant à eux, montés à l'intérieur de l'habitacle du véhicule ou à proximité de cet habitacle, afin de refroidir l'air qui s'y trouve. En se reportant aux figures 2 et 3, sur lesquelles les mêmes organes portent les mêmes références que sur la figure 1, il apparaît que le condenseur 3 présente la forme générale d'un bloc parallélépipédique d'épaisseur faible par rapport à sa largeur et sa longueur enserré à l'intérieur d'un bâti de support 13. L'échangeur de chaleur 5 est constitué sous la forme d'un tube 14 qui s'étend au voisinage de la périphérie de l'une des faces du condenseur 3, au voisinage de cette périphérie. Comme on peut le voir sur la figure 2, le tube 14 comprend une partie inférieure 14a, une partie latérale 14b, une partie supérieure 14c et une extrémité finale 14d qui vient se brancher sur le détendeur 6. La partie 14a suit la totalité bord inférieur longitudinal du condenseur 3, tandis que la partie 14c suit pratiquement la totalité du bord supérieur du condenseur 3. La partie 14b suit, quant à elle, l'un des bords latéraux du condenseur 3. La partie 14d s'étend sur une partie supérieure du bord latéral opposé du condenseur 3. L'ensemble du tube 14 est fixé par des éléments de fixation 15 sur le bâti de support 13. Le condenseur 3 et l'échangeur tubulaire 14 constituent ainsi un ensemble totalement intégré. La bride d'entrée de l'échangeur de chaleur tubulaire 14 est référencée 16 et fixée dans l'un des coins inférieurs du bâti de support 13 du condenseur 3. La bride de sortie de l'échangeur tubulaire 14 situé à l'extrémité de la partie 14d, est directement solidaire du boîtier du détendeur 6. Le détendeur 6 est, quant à lui, fixé par des pattes de fixation 17 sur le montant latéral du bâti de support 13 qui est opposé au côté latéral le long duquel est montée la portion 14b de l'échangeur tubulaire 14. Une conduite 18 relie le compresseur 2 à la bride d'entrée 16 de l'échangeur tubulaire 14. De cette manière, le condenseur 3 et le détendeur 6 constituent également un ensemble intégré facile à déplacer et à monter. Le réservoir de dioxyde de carbone sous pression se présente sous la forme d'une bombonne 9 fixée par des éléments de fixation 19 sur le bâti de support 13 le long du côté latéral correspondant à la portion 14b de l'échangeur tubulaire 14. La bombonne 9 est montée sur le bâti de support 13 à l'extérieur du condenseur 3. La conduite 10 a également été représentée schématiquement sur la figure 2. L'ensemble constitué par le condenseur 3, l'échangeur de chaleur tubulaire 14, le détendeur 6 et le réservoir de dioxyde de carbone 9, constitue ainsi un ensemble intégré facile à installer à l'intérieur du compartiment moteur d'un véhicule automobile et dont la maintenance peut être facilement effectuée. L'intégration de ces différents éléments autour du condenseur 3 permet de supprimer un certain nombre de liaisons par tuyau rigide qui étaient nécessaires dans les dispositifs de climatisation de type classique. C'est ainsi que la liaison entre le détendeur 6 et l'échangeur de chaleur 14 se trouve supprimée par l'intégration de la bride de sortie à l'extrémité 14d directement sur le détendeur 6. De même, la liaison par tuyau rigide entre le condenseur 3 et l'échangeur de chaleur 14 est supprimée par l'installation de la bride d'entrée 16 directement sur le condenseur 3. Enfin, le montage du détendeur 6 sur le bâti de support du condenseur 3 permet de supprimer la liaison par tuyau rigide normalement prévue entre le détendeur 6 et le condenseur 3. REVENDICATIONS 1-Ensemble intégré destiné à être monté à l'intérieur du compartiment moteur d'un véhicule automobile afin de constituer un dispositif de climatisation du type comprenant un circuit (1) pour un fluide frigorigène et, montés dans ce circuit, un compresseur (2), un condenseur (3), un échangeur de chaleur (5), un détendeur (6) et un évaporateur (7), caractérisé par le fait qu'il comprend un corps d'échange thermique sensiblement tubulaire (14) disposé le long d'une partie au moins de la périphérie d'un bâti de support (13) du condenseur (3) de façon à former un ensemble intégré avec le condenseur. 2-Ensemble intégré selon la revendication 1, dans lequel l'échangeur de chaleur comprend une bride d'entrée (16) solidaire du bâti de support du condenseur. 3-Ensemble intégré selon la revendication 1, dans lequel l'échangeur de chaleur comprend une bride de sortie (14d) solidaire d'un boîtier du détendeur (6). 4-Ensemble intégré selon la revendication 3, dans lequel le boîtier du détendeur (6) est monté sur le bâti de support (13) du condenseur. 5-Ensemble intégré selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le condenseur (3) présente la forme générale d'un bloc parallélépipédique enserré dans le bâti de support (13). 6-Ensemble intégré selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le fluide frigorigène est du dioxyde de carbone, un accumulateur de dioxyde de carbone sous pression (9) étant monté dans le circuit et fixé sur l'un des côtés du bâti de support (13) du condenseur. 7-Dispositif de climatisation de véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comprend un ensemble intégré selon l'une des revendications précédentes.