Brevet FR3077627A1 — publié le 20190809

L'invention concerne un dispositif détendeur destiné à être installé dans un circuit de climatisation. Le 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. 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 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 5 moteur électrique 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 une entrée par laquelle arrive le fluide réfrigérant et une 20 sortie par laquelle sort le fluide réfrigérant. Ce dispositif est remarquable en ce qu'un orifice est agencé dans le corps et forme un passage du fluide réfrigérant entre l'entrée et la sortie dudit corps. Il est également remarquable en ce qu'au moins une partie dudit corps se présente sous la forme d'un 25 actionneur réalisé en matériau électro actif, lequel actionneur est apte à faire varier la section de l'orifice, de sorte que le dispositif détendeur passe d'une position d'ouverture dans laquelle le fluide réfrigérant circule de l'entrée à la sortie, à une position de fermeture dudit orifice. Le dispositif détendeur selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des 30 caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - l'actionneur peut entourer l'orifice de manière à ce que la section de l'orifice varie de façon équivalente dans toutes les directions lorsque ledit dispositif passe de la position 3 d'ouverture à la position de fermeture ; - l'actionneur peut se présenter sous la forme d'au moins un cylindre possédant une paroi externe, laquelle paroi externe est en communication avec l'orifice, lesdits cylindres étant aptes à faire varier le diamètre de l'orifice dans une direction donnée. 5 - les cylindres peuvent avoir des bases circulaires ; - les cylindres peuvent avoir des bases parallélépipédiques ; - l'actionneur peut s'étendre dans tout le corps dudit dispositif ; - l'actionneur peut être composé d'au moins une couche en matériau polymère électro actif, ladite couche en matériau polymère étant prise en sandwich entre deux 10 électrodes, une couche isolante électriquement étant agencée sur la face externe de chacune des électrodes ; - les électrodes peuvent être fabriquées en carbone ; - la couche isolante électriquement peut être fabriquée en silicone ; - l'actionneur peut comporter également une structure de support, ladite structure étant 15 préférentiellement réalisée dans un matériau thermoplastique. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : - la figure la est une représentation schématique d'un dispositif détendeur conforme 20 à l'invention, ledit dispositif détendeur étant en position ouverte, - la figure lb est une représentation schématique du dispositif détendeur de la figure la en position fermée, - la figure 2a est une première variante de réalisation du dispositif détendeur des figures la et lb, ledit détendeur étant en position ouverte, 25 - la figure 2b est une représentation schématique du dispositif détendeur de la figure 2a en position fermée, - la figure 3a est une deuxième variante de réalisation du dispositif détendeur des figures la et lb, ledit détendeur étant en position ouverte, - la figure 3b est une représentation schématique du dispositif détendeur de la figure 30 3a en position fermée, 4 - la figure 4a est une troisième variante de réalisation du dispositif détendeur des figures la et lb, ledit détendeur étant en position ouverte, - la figure 4b est une représentation schématique du dispositif détendeur de la figure 3a en position fermée, 5 - la figure 5 est une représentation schématique des différentes sous-couches constituant le moyen de déplacement des figures la, lb, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a et 4b, - la figure 6a est une vue en coupe selon AA du dispositif détendeur de la figure la, l'actionneur étant de forme circulaire autour de l'orifice, - la figure 6b est une variante de réalisation du dispositif détendeur de la figure 6a, 10 l'actionneur se présentant sous la forme de deux portions, - la figure 6c est une variante de réalisation du dispositif détendeur de la figure 6a, ledit dispositif ayant un corps de section circulaire, - la figure 6d est une variante de réalisation du dispositif détendeur de la figure 6a, l'actionneur ayant une section parallélépipédique autour de l'orifice, 15 - la figure 6e est une variante de réalisation du dispositif détendeur de la figure 6d, - la figure 6f est une variante de réalisation du dispositif détendeur de la figure 6b, les deux portions étant de forme cylindrique, - la figure 7a est une vue en coupe selon BB du dispositif détendeur de la figure 2a, l'actionneur ayant une section parallélépipédique, 20 - la figure 7b est une variante de réalisation du dispositif détendeur de la figure 7a, - la figure 7c est une variante de réalisation du dispositif détendeur de la figure 7a, l'actionneur ayant une section cylindrique, - la figure 8a est une vue en coupe selon CC du dispositif détendeur de la figure 3a, ledit dispositif ayant un corps de section circulaire, 25 - la figure 8b est une variante de réalisation du dispositif détendeur de la figure 8a, ledit dispositif ayant un corps de section parallélépipédique, 5 - la figure 8c est une vue en coupe selon CC d'une variante du dispositif détendeur de la figure 3a. Dans la description, des éléments identiques sont identifiés par les mêmes numéros de 5 référence. Dans la présente description, le dispositif détendeur 1, objet de l'invention, est utilisé dans un circuit de climatisation en vue de réguler le débit de fluide réfrigérant. Comme illustré sur les figures annexées, le dispositif détendeur 1 comprend un corps 10 qui peut, par 10 exemple, être de forme générale parallélépipédique. Ce corps 10 est préférentiellement au moins partiellement en métal, comme par exemple un acier inoxydable ou encore en aluminium afin d'éviter toute interaction entre le dispositif 1 et le fluide réfrigérant, permettant ainsi d'avoir un dispositif 1 plus résistant. 15 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 le détendeur 1 et le condenseur via le conduit de raccordement peut être indirect lorsque d'autres éléments de circuit, par exemple un échangeur thermique 20 interne, sont utilisés sur la ligne condenseur/évaporateur. Comme représenté sur les figures la, lb, 2a, et 2b, le corps 10 peut également comporter 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 25 à l'évaporateur (non représenté) par un conduit de raccordement. Toutefois, comme sur les figures 3a, 3b, 4a et 4b, le conduit de raccordement peut être directement à la sortie de l'orifice créé dans le corps 10 (décrit plus avant dans la description). 30 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. 6 Un orifice 11 est agencé dans le corps 10 de manière à relier le compartiment d'entrée 101 au compartiment de sortie 102 et/ou directement à la sortie 104. Une première extrémité 111 de l'orifice 11 débouche dans le compartiment d'entrée 101, alors qu'une deuxième extrémité débouche soit dans le compartiment de sortie 102 (figures la, lb, 2a et 2b), soit 5 correspond directement à la sortie 104 (figures 3a, 3b, 4a et 4b). Le diamètre de l'orifice 11 peut être constant tout le long dudit orifice 11. Toutefois, 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 10 améliorer le flux du fluide réfrigérant. Un actionneur 131, 132, 133, 134 est utilisé dans les différents modes de réalisation décrits précédemment. Dans tous les cas, cet actionneur 131, 132, 133, 134 se présente sous la forme d'un matériau électroactif ayant une structure multicouches 3, ou structure 15 « sandwich », représentée sur la figure 5. Son épaisseur varie entre 0.2 mm et 15 mm selon la taille du détendeur. La structure 3 composant l'actionneur 131, 132, 133, 134 comporte au moins une couche centrale 31 se présentant sous la forme d'un film polymère. Son épaisseur peut, par 20 exemple, varier entre 0.2 mm et 2 mm. Ils peuvent être des matériaux polymères choisis dans la famille des matériaux polymères fluorés, comme par exemple un polyfluorure de vinylidène (PVDF). N'importe quel copolymère ou terpolymère comportant du PVDF peut également être utilisé.. 25 Les matériaux polymères électro actifs ont une forme et/ou une taille qui varient lorsqu'ils sont stimulés par un champ électrique. Ils sont capables de grandes déformations et de produire des forces relativement élevées.. Le film polymère 31 est pris en sandwich entre deux électrodes 32, 33. Ces deux 30 électrodes 32, 33 sont préférentiellement réalisées en carbone mais peuvent également être fabriquées dans n'importe quel matériau conducteur électriquement. Ces électrodes 32, 33 sont reliées à un générateur de tension électrique (non représenté) pouvant appliquer une tension électrique au film polymère 31. Cette tension varie de 150 V à 4000 V, 7 préférentiellement de 1000 V à 1500 V. La déformation du film polymère 31 dépend de la tension qui va être appliquée. Elle peut varier de 0,1 mm à 15 mm. L'actionneur 131, 132, 133, 134 comporte également une couche isolante 5 électriquement 34, 35 agencée sur chacune des faces externes des électrodes 32, 33. Ces couches 34, 35 sont préférentiellement fabriquées en silicone, mais elles peuvent être réalisées dans n'importe quel autre matériau isolant. Leur épaisseur varie, préférentiellement, de quelques microns à environ 2 mm. 10 Dans un mode de réalisation préféré, l'actionneur 131, 132, 133, 134 peut également comporter une structure de support 36 permettant de le rigidifier. Cette structure de support 36 est fabriquée en matériau polymère, préférentiellement un matériau polymère thermoplastique comme par exemple un polymère acrylique. 15 Différents modes de réalisation de l'actionneur 131, 132, 133, 134 vont maintenant être décrits. L'invention ne se limite toutefois pas uniquement aux modes décrits. Sur les figures la, lb, 3a et 3b, l'actionneur 131, 133 se compose de deux portions 131a, 13 lb, 133a, 133b chacune composée d'une structure multicouches 3 en matériau 20 électroactif, telle que celle décrite précédemment. Dans ce cas précis, lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes 32, 33, les deux portions 131a, 13 lb, 133a, 133b se déforment suivant la direction x de manière à boucher l'orifice 11. Sur les figures la et lb, un actionneur 131 permet d'obturer l'orifice 11 formé dans le 25 corps 10. Sur les figures, seulement une longueur limitée de l'orifice 11 est fermée, toutefois la hauteur de l'actionneur 131 peut varier de manière à faire varier la longueur d'obturation de l'orifice 11. Cela permet une économie de matériaux conséquent, diminuant ainsi le coût de revient du dispositif détendeur. Cet actionneur 131 peut être réalisé en une seule portion (figures 6a, 6c, 6d et 6e) ou au moyen d'un nombre plus élevé de portion comme par exemple 30 deux portions 131a, 131b représentées aux figures 6b et 6f. Il peut se présenter sous diverses formes, telle qu'une forme sphérique, cylindrique, parallélépipédique... Les figures 3a et 3b illustrent un mode de réalisation dans lequel les portions 133a, 133b sont agencées de manière à former la totalité du corps 10. Dans ce mode de réalisation, 8 l'orifice 11 est réalisé entre les deux portions 133a, 133b. Lorsqu'une tension électrique est appliquée aux électrodes, la déformation des chacune des portions 133a, 133b permet de venir obturer l'orifice 10. Les figures 8a et 8b montrent deux exemples de réalisation du dispositif 1 des figures 3a et 3b, le corps 10 pouvant prendre différentes formes, comme par exemple une 5 forme cylindrique (figure 8a) ou une forme parallélépipédique (figure 8b). La figure 8c représente un mode de réalisation supplémentaire dans lequel l'actionneur 133 présente deux portions de cylindre 133a, 133b s'étendant sur la totalité du corps 10. Ce mode a comme avantage de permettre un gain économique considérable par rapport aux 10 modes des figures 8a et 8b. Les figures 2a et 2b décrivent un mode de réalisation alternatif dans lequel l'actionneur 132 est placé uniquement d'un seul côté du corps 10. Lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes 32, 33 de la structure 3, l'actionneur 132 se déforme suivant la 15 direction x et bouche l'orifice 11. Les figures 7a, 7b et 7c montrent des exemples de réalisation du dispositif 1 des figures 2a et 2b, l'actionneur 132 pouvant être de forme variée, comme par exemple de forme parallélépipédique (figures 7a et 7b) ou encore de forme cylindrique (figure 7c). 20 Les figures 4a et 4b illustrent un mode de réalisation supplémentaire. Celui-ci a un mode de fonctionnement similaire à celui des figures la et lb, en ce que les deux portions 134a, 134b de l'actionneur 134 fonctionnent de la même manière que les portions 131a, 13 lb de l'actionneur 131 décrites précédemment. Toutefois, dans ce mode de réalisation, l'orifice 11 est pourvu, sur sa surface interne, d'une couche déformable 12. Lorsque les deux portions 25 134a, 134b se déforment selon la direction x, la couche déformable 12 est, elle aussi, déformée bouchant ainsi l'orifice 11. Les modes de réalisation décrits précédemment ne représentent pas une liste exhaustive de toutes les possibilités couvertes par ce document. En outre, diverses 30 modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. En particulier : - les électrodes 32, 33 peuvent être de forme différente à celle décrite dans la description, elles n'ont par exemple pas exactement les mêmes dimensions que le film polymère 31 et peuvent être uniquement placées à ses extrémités ; 9 - d'autres formes d'actionneur 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 une entrée (103) par laquelle arrive le fluide réfrigérant et une sortie (104) par laquelle sort le fluide réfrigérant, caractérisé en ce que un orifice (11) est agencé dans le corps (10) et forme un passage du fluide réfrigérant entre l'entrée (103) et la sortie (104) dudit corps (10), et en ce qu'au moins une partie dudit corps (10) se présente sous la forme d'un actionneur (131, 132, 133, 134) réalisé en matériau électro actif, lequel actionneur (131, 132, 133, 134) est apte à faire varier la section de l'orifice (11), de sorte que le dispositif détendeur (1) passe d'une position d'ouverture dans laquelle le fluide réfrigérant circule de l'entrée (103) à la sortie (104), à une position de fermeture dudit orifice (11). 2. Dispositif détendeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur (131, 133, 134) entoure l'orifice (11) de manière à ce que la section de l'orifice (11) varie de façon équivalente dans toutes les directions lorsque ledit dispositif (1) passe de la position d'ouverture à la position de fermeture. 3. Dispositif détendeur (1) selon la revendication 1, en ce que l'actionneur (131, 132, 133, 134) se présente sous la forme d'au moins un cylindre (131a, 13 lb, 132, 133a, 133b, 134a, 134b) possédant une paroi externe, laquelle paroi externe est en communication avec l'orifice (11), lesdits cylindres (131a, 13 lb, 132, 133a, 133b, 134a, 134b) étant aptes à faire varier la diamètre de l'orifice (11) dans une direction donnée. 4. Dispositif détendeur (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cylindres ont des bases circulaires. 5. Dispositif détendeur (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cylindres ont des bases parallélépipédiques. 6. Dispositif détendeur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (133) s'étend dans tout le corps (10) dudit dispositif (1). 11 7. Dispositif détendeur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'actionneur (131, 132, 133, 134) peut comporter au moins une couche se présentant sous la forme d'un film polymère (31), ledit film polymère (31) étant pris en sandwich entre deux 5 électrodes (32, 33), une couche isolante électriquement (34, 35) étant agencée sur la face externe de chacune des électrodes (32, 33). 8. Dispositif détendeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les électrodes (32, 33) sont fabriquées en carbone. 10 9. Dispositif détendeur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la couche isolante électriquement (34, 35) est fabriquée en silicone. 10. Dispositif détendeur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le 15 film polymère (31) est en polyfluorure de vinylidène (PVDF).