Brevet FR3077626A1 — publié le 20190809

L'invention concerne un dispositif détendeur destiné à être installé dans un circuit de climatisation. Un circuit de climatisation classique comporte un compresseur, un condenseur, un dispositif détendeur 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 le dispositif détendeur. Le liquide se vaporise partiellement dans le dispositif détendeur en refroidissant. A la sortie du dispositif détendeur, le fluide réfrigérant est sous la forme d'un mélange de vapeur et de liquide à basse pression, qui est transmis à l'évaporateur où il est transformé en phase gazeuse. Actuellement, dans de nombreuses réalisations existantes, comme par exemple dans le document brevet EP 0 279 622 A, on utilise un détendeur thermostatique classique pour réaliser la détente. Un tel détendeur a pour rôle d'alimenter l'évaporateur de manière optimale tout en maintenant une surchauffe choisie à la sortie de l'évaporateur, ce qui permet d'adapter le débit de fluide réfrigérant circulant dans le circuit aux charges thermiques. Un tel dispositif comprend un corps propre à être traversé par un fluide réfrigérant. Ce corps comprend un compartiment d'entrée dans lequel arrive le fluide réfrigérant, et un compartiment de sortie par lequel sort le fluide réfrigérant. Ce dispositif détendeur comporte en outre un ensemble de moyens de détente propres à faire passer le fluide réfrigérant du compartiment d'entrée au compartiment de sortie. Toutefois, de tels détendeurs sont assez limités quant à leur fonctionnement puisqu'il est nécessaire, lors de leur utilisation, de faire des compromis lors des choix des conditions d'opérations (température, pression. ). Afin de pallier à ces inconvénients, il a été proposé d'utiliser des détendeurs électroniques qui offrent beaucoup plus de flexibilité lors de leur utilisation et permettent un contrôle beaucoup plus précis du débit de fluide réfrigérant en fonction de la pression et/ou de la température dudit fluide. Dans de tels dispositifs, les moyens de détente sont contrôlés par un moteur électrique qui conduit une tige dans un orifice réalisé entre les compartiments 2 d'entrée et de sortie. Toutefois, ces détendeurs présentent des inconvénients puisqu'ils sont particulièrement onéreux et que leur utilisation est relativement compliquée, le contrôle du moteur électrique 5 étant complexe. La présente invention vise à pallier au moins partiellement certains des inconvénients décrits ci-dessus. En particulier, un des objectifs de l'invention est de proposer un dispositif détendeur permettant un meilleur contrôle du débit du fluide réfrigérant. 10 Un second objectif de l'invention est de proposer un dispositif détendeur plus compact et moins onéreux. Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif détendeur dont le choix 15 des conditions d'opérations est simplifié et dont l'efficacité est améliorée. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif détendeur destiné à être installé dans un circuit de climatisation comprenant un corps propre à être traversé par un fluide réfrigérant, ledit corps comprenant un compartiment d'entrée dans lequel arrive le fluide 20 réfrigérant et un compartiment de sortie par lequel sort le fluide réfrigérant, ledit dispositif détendeur comportant en outre un ensemble de moyens de détente propres à faire passer ledit fluide réfrigérant du compartiment d'entrée au compartiment de sortie. Ce dispositif est remarquable en ce que les moyens de détente comprennent un orifice 25 et une tige propre à faire varier la section de passage dudit orifice, ladite tige étant rattachée, sur une de ses extrémités, à un moyen de déplacement de ladite tige. Il est également remarquable en ce qu'au moins une partie du moyen de déplacement comporte un actionneur composé de matériaux électro actifs, lequel actionneur a une 30 épaisseur, une position, ou encore un volume variable en fonction de la tension qu'on lui applique, de manière à permettre de déplacer la tige. 3 L'utilisation de matériaux électro actifs permet de mieux réguler le débit de fluide réfrigérant de manière à affiner les réglages du système en fonction des besoins de l'utilisateur. De plus, l'utilisation de tels matériaux ôte la contrainte exprimée précédemment consistant à devoir effectuer un compromis entre les différentes conditions d'opération du 5 détendeur. Ainsi, on observe une efficacité améliorée du système de climatisation, et cela pour des types de climats variés. De tels matériaux permettent également, en remplaçant le moteur électrique, de diminuer la taille, le poids ainsi que le prix de revient du dispositif détendeur. 10 Le dispositif déflecteur selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison. Selon un aspect de l'invention, un pointeau peut être installé sur une extrémité de la tige, ledit pointeau étant apte à faire varier la section de passage de l'orifice. 15 Selon un aspect de l'invention, le moyen de déplacement peut être constitué uniquement par l'actionneur. Selon un aspect de l'invention, le moyen de déplacement peut être composé d'un bulbe comportant une face supérieure et d'une face inférieure, l'actionneur étant disposé entre la tige et la face inférieure dudit bulbe. 20 Selon un aspect de l'invention, l'actionneur peut comporter au moins une couche se présentant sous la forme d'un film polymère, ledit film polymère étant pris en sandwich entre deux électrodes, une couche isolante électriquement étant agencée sur la face externe de chacune des électrodes. Selon un aspect de l'invention, les électrodes peuvent être fabriquées en carbone. 25 Selon un aspect de l'invention, la couche isolante électriquement peut être fabriquée en silicone. Selon un aspect de l'invention, l'actionneur peut comporter également une structure de support, ladite structure étant préférentiellement réalisée dans un matériau thermoplastique. Selon un aspect de l'invention, l'épaisseur de l'actionneur peut varier entre 0.2 mm et 30 15 mm. 4 D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif détendeur selon l'invention, ledit détendeur se trouvant en position fermée ; 5 la figure 2 est une représentation schématique du dispositif détendeur selon l'invention, ledit détendeur se trouvant en position ouverte ; - les figures 3a et 3b sont des variantes de réalisation des moyens de détente représentés sur les figures 1 ou 2 ; - la figure 4 est une représentation schématique des différentes sous-couches 10 constituant le moyen de déplacement des figures 1 ou 2. Dans la description, des éléments identiques sont identifiés par les mêmes numéros de référence. Dans la présente description, le dispositif détendeur 1, objet de l'invention, est utilisé 15 dans un circuit de climatisation en vue de réguler le débit de fluide réfrigérant. Comme illustré sur la figure 1, le dispositif détendeur 1 comprend un corps 10 qui peut être de forme générale parallélépipédique. Ce corps 10 est préférentiellement en métal tel qu'un acier inoxydable ou encore en aluminium pour éviter toute interaction non désirée avec le fluide réfrigérant. 20 Le corps 10 est muni d'un compartiment d'entrée 101 dans lequel arrive le fluide réfrigérant à haute pression. Ce compartiment d'entrée comporte une entrée 103 destinée à être raccordée à un condenseur (non représenté) par un conduit de raccordement. Bien entendu, le raccordement entre de détendeur et le condenseur via le conduit de raccordement peut être indirect lorsque d'autres éléments de circuit, par exemple un échangeur thermique 25 interne, sont utilisés sur la ligne condenseur/évaporateur. Le corps 10 comporte en outre un compartiment de sortie 102 comprenant une sortie 104 de laquelle débouche le fluide réfrigérant dans un état de basse pression. Cette sortie 104 est destinée à être raccordée à l'évaporateur (non représenté) par un conduit de raccordement. 5 L'entrée 103 et la sortie 104 peuvent être agencées sur la même face du corps 10. Elles peuvent toutefois être placées sur n'importe quelle face sans distinction. Un orifice 11 est agencé dans le corps 10 de manière à relier le compartiment d'entrée 5 101 au compartiment de sortie 102. Une première extrémité 111 de l'orifice 11 débouche dans le compartiment d'entrée 101, alors qu'une deuxième extrémité 112 débouche dans le compartiment de sortie 102. Le diamètre de l'orifice 11 peut être constant tout le long dudit orifice 11. Toutefois, 10 comme illustré dans les figures annexées, le diamètre de l'extrémité 111 débouchant sur le compartiment d'entrée 101 peut être supérieur à celui du reste de l'orifice 11 de manière à mieux guider la tige 12 (décrite plus avant dans la description). Les figures 1 et 2 illustrent le dispositif détendeur 1 de l'invention. Celui-ci comporte 15 des moyens de détente comprenant l'orifice 11 décrit précédemment et une tige 12 rattachée à un moyen de déplacement 13. Le moyen de déplacement 13 permet de déplacer la tige 12 dans un mouvement ayant une direction parallèle au passage créé par l'orifice 11. Sur les figures 1 et 2, le mouvement de 20 translation a une direction de bas en haut, mais il est évident que n'importe quelle direction peut être utilisée. La figure 1 montre une première position, ou position fermée, dans laquelle le moyen de déplacement 13 a déplacé la tige vers le bas de manière à ce que celle-ci vienne obstruer 25 l'extrémité 111 de l'orifice 11 et ainsi bloquer totalement le passage du fluide réfrigérant. La figure 2 montre une deuxième position, ou position ouverte, dans laquelle le moyen de déplacement 13 a déplacé la tige vers le haut de manière à libérer complètement le passage du fluide réfrigérant. 30 6 Il est évident que toutes les positions intermédiaires (non représentées) comprises entre la position ouverte et la position fermée, décrites dans les paragraphes précédents, sont possibles. Il est ainsi possible de réguler finement le passage du fluide réfrigérant. 5 La tige 12 est reliée mécaniquement au moyen de déplacement 13 permettant de la déplacer de la position ouverte à la position fermée, ou de la position fermée à la position ouverte. Les figures 3a et 3b représentent des variantes de réalisation du moyen de déplacement 10 13 de la tige 12. La figure 3a montre un moyen de déplacement 13 composé d'un actionneur unique 131 comprenant un matériau électro actif. Dans une telle configuration, l'actionneur 131 se trouve rattaché à la tige 12 de manière à ce que celle-ci monte et/ou descende lorsque 15 l'épaisseur de l'actionneur 131 varie. Dans ce mode de réalisation, l'ouverture de l'orifice 11, et donc du débit du fluide réfrigérant, est régulée par le degré de déformation de l'actionneur 131. Ce degré de déformation est, lui-même, directement relié à la tension appliquée à l'actionneur 131. 20 La figure 3b comporte un bulbe 132 couplé à un actionneur 133 comportant un matériau électro actif. Le bulbe 132 est connu et ne sera pas décrit dans ce document. Dans ce mode de réalisation, le bulbe 132 comporte une face supérieure 1321 et d'une face inférieure 1322. Sur la figure 3b, l'actionneur 133 est placé contre la face inférieure 1322 dudit bulbe 132. Toutefois, il pourrait être placé contre la face supérieure 1321. Telle que représenté sur la 25 figure, l'actionneur 133 et le bulbe 132 ont la même longueur. On peut imaginer aisément que celui-ci puisse tout de même être plus ou moins long. Dans un tel mode, la déformation de l'actionneur 133 sous l'effet d'une tension électrique vient s'ajouter au mouvement du bulbe 132 engendré par la température du fluide réfrigérant. 30 Un actionneur 131, 133 identique est utilisé dans les deux modes de réalisation décrits précédemment. Celui-ci se présente sous la forme d'un matériau électroactif ayant une structure multicouches, représentée à la figure 4, ou structure « sandwich » comportant au 7 moins une couche 131a, 133a constituée d'un film polymère. Son épaisseur varie entre 0.2mm et 15 mm selon la taille du détendeur. Les matériaux électro actifs ont une forme et/ou une taille qui varient lorsqu'ils sont 5 stimulés par un champ électrique. Ils sont capables de grandes déformations et de produire des forces relativement élevées. La figure 4 est une coupe des couches 131, 133. Comme précisé précédemment, l'actionneur 131, 133 comporte au moins un film polymère 131a, 133a. Son épaisseur peut, par exemple, varier entre 0.2 mm et 2 mm. Les 10 polymères utilisés sont par exemple des polymères fluorés, tel que le polyfluorure de vinylidène, ou encore des copolymères et ou terpolymères contenant du polyfluorure de vinylidène. Le film polymère 131a, 133a est pris en sandwich entre deux électrodes 13 lb, 133b. 15 Ces deux électrodes 13 lb, 133b sont préférentiellement réalisées en carbone mais peuvent également être fabriquées dans n'importe quel matériau conducteur électriquement. Ces électrodes 13 lb, 133b sont reliées à un générateur de tension électrique (non représenté) pouvant appliquer une tension électrique au film polymère 131a, 133a. Cette tension électrique varie de 150 V à 4000 V, préférentiellement de 1000 V à 1500 V. La déformation 20 de l'actionneur 131, 133 dépend de ladite tension électrique qui va être appliquée. Elle peut varier de 0,1 mm à 15 mm. L'actionneur 131, 133 comporte également une couche isolante électriquement 131c, 133c agencée sur chacune des faces externes des électrodes 131b ,133b. Cette couche 131c, 25 133c est préférentiellement fabriquée en silicone, mais elle peut être réalisée dans n'importe quel autre matériau isolant. Son épaisseur varie préférentiellement entre quelques microns et 2 MM. Dans un mode de réalisation préféré, l'actionneur 131, 133 peut également comporter 30 une structure de support 131d, 133d permettant de le rigidifier. Cette structure de support 131d, 133d est fabriquée en matériau polymère, préférentiellement un matériau polymère thermoplastique comme par exemple un polymère acrylique. 8 Il doit être bien entendu toutefois que ces exemples de réalisation sont donnés à titre d'illustration de l'objet de l'invention. L'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses 5 modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toute combinaison des différents modes de réalisation décrits précédemment. L'homme du métier pourrait, par exemple, envisager de modifier la structure sandwich de manière à placer les électrodes d'une REVENDICATIONS1. Dispositif détendeur (1) destiné à être installé dans un circuit de climatisation comprenant un corps (10) propre à être traversé par un fluide réfrigérant, ledit corps (10) comprenant un compartiment d'entrée (101) dans lequel arrive le fluide réfrigérant et un compartiment de sortie (102) par lequel sort le fluide réfrigérant, ledit dispositif détendeur (1) comportant en outre un ensemble de moyens de détente propres à faire passer ledit fluide réfrigérant du compartiment d'entrée (101) au compartiment de sortie (102), caractérisé en ce que les moyens de détente comprennent un orifice (11) et une tige (12) propre à faire varier la section de passage dudit orifice (11), ladite tige (12) étant rattachée, sur une de ses extrémités, à un moyen de déplacement (13) de ladite tige (12), et en ce qu'au moins une partie du moyen de déplacement (13) comporte un actionneur (131, 133) en matériaux électro actifs, lequel actionneur (131, 133) a une épaisseur variable en fonction de la tension qu'on lui applique, de manière à permettre de déplacer la tige (12). 2. Dispositif détendeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un pointeau (121) est installé sur une extrémité de la tige (12), ledit pointeau (121) étant apte à faire varier la section de passage de l'orifice (11). 3. Dispositif détendeur (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de déplacement (13) est constitué uniquement par l'actionneur (131). 4. Dispositif détendeur (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de déplacement (13) est composé d'un bulbe (132) comportant une face supérieure (1321) et d'une face inférieure (1322), l'actionneur (133) étant disposé entre la tige (12) et la face inférieure (1322) dudit bulbe (132). 5. Dispositif détendeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'actionneur (131, 133) peut comporter au moins une couche se présentant sous la forme d'un film polymère (131a, 133a), ledit film polymère , ledit film polymère (13 la, 133a) étant pris en sandwich entre deux électrodes (13 lb, 133b), une couche isolante électriquement (131c, 133c) étant agencée sur la face externe de chacune des électrodes (13 lb, 133b). 10 6. Dispositif détendeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les électrodes (13 lb, 133b) sont fabriquées en carbone. 5 7. Dispositif détendeur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la couche isolante électriquement (131c, 133c) est fabriquée en silicone. 8. Dispositif détendeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'actionneur (131, 133) comporte également une structure de support (131d, 133d), ladite structure (131d, 133d) 10 étant préférentiellement réalisée dans un matériau thermoplastique. 9. Dispositif détendeur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'actionneur (131, 133) varie entre 0.2 mm et 15 mm.