EP1850075A1 - Circuit de climatisation à cycle supercritique - Google Patents

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EP1850075A1
EP1850075A1 EP07106429A EP07106429A EP1850075A1 EP 1850075 A1 EP1850075 A1 EP 1850075A1 EP 07106429 A EP07106429 A EP 07106429A EP 07106429 A EP07106429 A EP 07106429A EP 1850075 A1 EP1850075 A1 EP 1850075A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
branch
fluid
compressor
air conditioning
circuit according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07106429A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jing Ming Liu
Mohamed Yahia
Paul Meurillon
Jugurtha Benouali
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP1850075A1 publication Critical patent/EP1850075A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
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    • F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21152—Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor

Definitions

  • the invention relates to air conditioning circuits, especially for motor vehicles. It relates, more particularly, the air conditioning systems operating in a supercritical cycle, in which the pressure of the refrigerant fluid on the high pressure circuit side is not lower than the critical pressure of the refrigerant.
  • An air conditioning circuit operating on a supercritical cycle is traversed by a high-pressure refrigerant, for example carbon dioxide (R744).
  • a high-pressure refrigerant for example carbon dioxide (R744).
  • R744 carbon dioxide
  • the use of these refrigerants has developed in vehicle air conditioning systems to limit the harmful effects on the environment of fluorinated compounds, conventionally used as a refrigerant.
  • the air conditioning circuit comprises a compressor, a gas cooler, an expansion module, and an evaporator traveled in this order by the refrigerant.
  • the fluid is generally not fully vaporized at its outlet from the evaporator.
  • an accumulator which is in the form of a reservoir for storing the liquid portion of the refrigerant fluid from the evaporator. Thus, only the portion of the refrigerant fluid in the gaseous state is sent to the compressor.
  • An internal heat exchanger is provided to further cool the refrigerant at its outlet from the gas cooler. This internal heat exchanger allows a heat exchange between the "hot” branch of the circuit extending between the gas cooler and the expansion module and the "cold” branch of the circuit extending between the accumulator and the compressor.
  • the regulation of the moisture of the fluid entering the compressor itself is to the detriment of the reserve of liquid in the accumulator: the higher the discharge temperature increases, the lower the liquid level in the accumulator. As a result, the amount of liquid may become insufficient during operation of the air conditioning.
  • the branch branch input is connected to the branch of the circuit extending between the evaporator outlet and the inlet of the internal exchanger, and the branch branch outlet is connected to the input of the compressor.
  • the branch branch input is connected to the branch of the circuit extending between the outlet of the gas cooler and the inlet of the internal exchanger, and the branch branch outlet is connected to the inlet of the relaxation module.
  • the branch branch is placed in parallel with the expansion module.
  • the expansion module and the fluid flow control device are integrated in the same module.
  • the fluid flow control device has a variable passage section orifice and control means.
  • the control means comprise a bulb filled with a control fluid, placed in the path of the fluid between the outlet of the compressor and the inlet of the gas cooler.
  • the fluid flow control device comprises a body defining a refrigerant main path controlled by a needle, and a bulb filled with a control fluid arranged in the body, the bulb being able to act on the needle according to the pressure of the control fluid.
  • the body further defines a control path whose input is connected to the output of the compressor and whose output is connected to the inlet of the gas cooler, the bulb being arranged to be in contact with the circulating fluid. in the control path.
  • the needle comprises a control rod mechanically connected to the bulb so as to be movable in translation as a function of the pressure exerted by the control fluid.
  • FIG. 1 on which is represented an air conditioning circuit 1 according to the invention.
  • the air conditioning circuit 1 can be installed in a motor vehicle to cool the air of the passenger compartment, according to the needs of the passengers.
  • the following description will be made with reference to an air conditioning circuit for a motor vehicle, by way of non-limiting example.
  • Circuit 1 operates according to a supercritical refrigeration cycle using a high pressure refrigerant such as carbon dioxide (R744).
  • the air conditioning circuit 1 comprises a compressor 14 for compressing the refrigerant fluid to a discharge pressure Pd, referred to as high pressure, in the supercritical zone of the fluid, as well as a gas cooler 11 for cooling the refrigerant in the gas phase. under high pressure Pd.
  • the fluid is not condensed during cooling unlike air conditioning circuits which use fluorinated compounds as a coolant.
  • the circuit further comprises an expansion module 12 adapted to lower the pressure of the fluid from the gas cooler 11 to a pressure Ps, said low pressure, bringing it at least partly in the liquid state.
  • An evaporator 13 is also provided in the circuit for passing the fluid from the expansion module in the gaseous state, at constant pressure Ps. The exchange in the evaporator 13 makes it possible to produce a flow of conditioned air which is sent towards the passenger compartment of the vehicle.
  • the refrigerant flowing through the evaporator 13 is generally not fully vaporized.
  • An accumulator 17 may be provided at the outlet of the evaporator for storing this excess of liquid leaving the evaporator.
  • the accumulator 17 is in the form of a reservoir adapted to separate the liquid part of the refrigerant from the gas part.
  • the accumulator 17 sends the gaseous part refrigerant at low temperature Ps to the compressor.
  • An internal heat exchanger 9 is also provided to further cool the refrigerant flowing out of the gas cooler 11.
  • the internal heat exchanger 9 is arranged to allow a heat exchange between a portion of the "hot” branch connecting the gas cooler 11 to the expansion module 12 and a part of the "cold” branch connecting the accumulator 17 to the compressor 14.
  • the internal heat exchanger 9 is thus connected, on the one hand, to an inlet branch 201 from the gas cooler 11 and to an outlet branch 202 to the expansion module 12 and, on the other hand, to an input branch 203 from the accumulator 17 (part of the accumulator in gaseous form) and to an output branch 204 to the compressor 14.
  • These branches 201 to 204 will hereinafter be referred to as "branches of connection”.
  • curve L1 in FIG. 4 shows the general appearance of a supercritical refrigeration cycle in the Mollier diagram.
  • the points represented on this diagram are to be related to those represented in FIGS. 1 to 3.
  • the refrigerant pressure is high from the suction pressure Ps to the discharge pressure Pd (line GA).
  • the fluid has a discharge temperature Td.
  • the refrigerant is then cooled in the gas cooler 11 at constant pressure Pd (line AB). Cooling of the refrigerant continues in the internal exchanger 9 (line BC), always at constant pressure Pd.
  • the expansion module 12 the fluid pressure is lowered to low pressure Ps, constant enthalpy (CD line). It is only in the expansion module 12 that the fluid passes below the line L3 of saturated steam and that it therefore begins to change state.
  • the fluid is then vaporized in the evaporator 13 (line DE) at constant pressure Ps, then passes into the accumulator 17 where the liquid phase and the gas phase of the fluid are separated (line EF), only the refrigerant in the gas phase being sent to the rest of the circuit.
  • the fluid leaving the accumulator 17 is sent into the internal exchanger 9 to be heated to a predetermined degree of superheat above the line L3 saturated steam (line FG).
  • the fluid then passes into the compressor 14 where it is compressed again (line GA).
  • the Applicant has observed that the discharge temperature of the compressor can be maintained substantially below a critical temperature threshold Td max by lowering either the efficiency of the internal exchanger 9, or the high pressure.
  • the critical temperature threshold Td max represents the threshold beyond which degradations of the gas cooler may occur which necessitates a shutdown of the air conditioning system. It is therefore understood that the thermal comfort inside the vehicle is degrading the time that the discharge temperature falls below the critical temperature threshold Td max .
  • the controlled reduction of the high pressure or the efficiency of the internal exchanger 9 has the effect of reducing the superheating of refrigerant fluid at the inlet of the compressor and thus keeping the discharge temperature of the compressor substantially below the critical temperature threshold Td max .
  • the air conditioning circuit of the invention comprises a fluid branch branch 200, whose input I is connected to a selected point of the circuit where the fluid is essentially in gaseous form, and a flow control device. of fluid 15 specific to adjust the proportion of fluid to be sent in branch branch 200.
  • the expression “essentially in gaseous form” is used to indicate that the fluid flowing in the bypass branch 200 is not taken at a point in the circuit where the fluid is in the liquid phase, as for example in the lower part. of the accumulator 17.
  • the fluid in gaseous form is taken either at the outlet of the gas cooler 11 (FIG. 3) or at the inlet of the expansion module 12 ( Figure 1), either at the outlet of the evaporator 13 or the accumulator 17, depending on whether or not an accumulator is used ( Figure 2).
  • the fluid is withdrawn at the outlet of the accumulator 17 (FIG. 2), it comes of course from the gaseous part of the accumulator.
  • the device 15 When the discharge temperature of the compressor reaches the critical temperature threshold Td max , the device 15 progressively increases the proportion of fluid sent into the bypass branch, which has the effect of lowering the efficiency of the internal exchanger 9 or the high pressure as appropriate, and therefore reduce the discharge temperature Td below the critical threshold.
  • the air conditioning circuit of the invention thus provides good cooling performance while ensuring that the discharge temperature remains substantially below the maximum temperature threshold. The risks of degradation of the gas cooler 11 are therefore reduced.
  • the fluid flow control device 15 may comprise an orifice 150 with variable passage section, the opening of which is controlled as a function of the discharge temperature of the fluid at the outlet of the compressor Td.
  • the orifice 150 is placed on the branch branch 200.
  • the passage section of the orifice is adjusted to collect a quantity of fluid towards the branch branch is connected, depending on the value of the discharge temperature Td.
  • the device 15 may comprise a distribution valve defining the orifice 150 with a variable passage section.
  • the fluid flow control device may further be equipped with control means 155 for controlling the passage section of the orifice 150.
  • the control means may be of the mechanical type, such as, for example, a bulb filled with a control fluid, placed on the path of the fluid between the outlet of the compressor 14 and the inlet of the gas cooler 11 acting on the orifice depending on the fluid discharge temperature.
  • a bulb filled with a control fluid
  • Such a device has the advantage of being inexpensive.
  • An example of a regulating device provided with a bulb will be described later with reference to FIGS. 6 to 9.
  • the fluid flow control device 15 may include electronic control means 155 adapted to control the passage section of the orifice as a function of the value of the discharge temperature Td.
  • the control means interact with a measuring member of the discharge temperature, or a value relative to the discharge temperature.
  • the measuring device may for example be a temperature sensor placed at the output of the compressor 14.
  • the inlet I of the fluid bypass branch 200 is in particular connected to one of the connecting branches 201 to 203 of the internal heat exchanger 9.
  • the flow control device 15 then adjusts the proportion of fluid in substantially the form. gaseous to divert from this connecting branch in order to reduce the efficiency of the internal exchanger 9 or the high pressure, as the case may be, as soon as the discharge temperature is in the vicinity of the threshold Td max .
  • the input I of the branch branch 200 is connected to the output branch 202 of the internal exchanger 9 which delivers fluid to the expansion module 12. It thus coincides with the input of the expansion module 12. Moreover, the output O of the bypass branch 200 coincides with the output of the expansion module 12. In this way, the branch branch 200 is arranged parallel to the module of relaxation 12.
  • the orifice 150 therefore has the role of an additional expansion module, the passage section of which varies as a function of the discharge temperature of the compressor.
  • the expansion module 12 can be any type of expansion module adapted to a supercritical refrigeration cycle
  • the flow control device is adapted to adjust the proportion of fluid to be sent into the bypass branch parallel to the expansion module, thus making it possible to increase the flow rate of the fluid in the circuit, as soon as the discharge temperature is in the vicinity of the critical threshold Td max .
  • the regulation device 15 adjusts the proportion of fluid to be diverted from one of the inlet branches 201 and 203 of the exchanger 9 in order to prevent this amount of fluid does not undergo cooling or overheating in the internal heat exchanger 9, as soon as the discharge temperature exceeds the critical threshold.
  • the input I of the branch branch 200 is connected to the "hot" input branch 203 of the internal exchanger 9 which is connected to the accumulator 17, while the output O of the branch branch 200 is connected At the entrance of the compressor 14.
  • the skilled person will understand that in the absence of accumulator 17, the input I of the branch branch 200 is connected to the "hot" input branch 203 which is directly connected to the outlet of the evaporator 13.
  • the fluid flow control device 15 determines that the discharge temperature Td has reached the critical threshold Td max , it opens the passage section of the through hole 15, which has the effect of passing more than fluid in the bypass branch 200 than in the branch 202, and therefore to send less fluid into the "cold" branch of the internal exchanger 9.
  • the fluid flow control device 15 thus adjusts the passage section of the passage opening 15 as a function of the temperature Td, so as to vary the amount of fluid to be passed through the branch branch 200, and therefore to heat less fluid in the internal heat exchanger 9, as soon as the discharge temperature has reached the critical threshold Td max .
  • the heated fluid exiting the internal exchanger 9 in the branch 204 is then mixed with the fluid of the bypass branch, before entering the compressor 14.
  • the efficiency of the internal exchanger defined between the points of Inlet and outlet B, C, F and G can thus be lowered, which makes it possible to reduce the overheating at the inlet of the compressor and therefore to maintain the compressor discharge temperature substantially below its critical threshold.
  • the I input of the branch branch 200 is connected to the input branch 201 of the internal heat exchanger 9 from the gas cooler 11 while its output O is connected to the input of the expansion module 12.
  • the fluid flow control device 15 and the expansion module 12 are thus in series.
  • the fluid flow control device 15 adjusts the proportion of fluid to be diverted from the "hot" inlet branch 201 of the exchanger so as to send it into the expansion module 12, without cooling, as soon as the discharge temperature Td has reached the critical threshold Td max .
  • the fluid flow control device 15 thus adjusts the passage section of the passage opening 15 as a function of the temperature Td, so as to vary the amount of fluid to be passed through the branch branch 200, and therefore to cool less fluid in the internal heat exchanger 9, as soon as the discharge temperature reaches the critical threshold Td max .
  • the cooled fluid leaving the internal exchanger 9 in the branch 202 is then mixed with the fluid of the branch branch 200, before entering the expansion module 12.
  • the efficiency of the internal exchanger defined between the Inlet and outlet points B, C, F and G can again be lowered, which reduces the discharge temperature of the compressor.
  • the fluid flow control device thus makes it possible to maintain the discharge temperature below its critical threshold.
  • FIG. 4 An exemplary refrigeration cycle (curve L1) is shown in FIG. 4 to illustrate the embodiments of FIGS. 2 and 3.
  • the expansion module 12 and the fluid flow control device 15 can be integrated in the same module.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the evolution of the passage section S of the orifice 150 as a function of the discharge temperature Td of the refrigerant according to the invention. This figure shows that the passage section S of the orifice increases gradually as a function of the discharge temperature.
  • the discharge temperature of the compressor is controlled to remain below the critical temperature threshold Td max .
  • Td max critical temperature threshold
  • the performance of the air conditioning circuit according to the invention can therefore be obtained whatever the level of liquid in the accumulator.
  • the air conditioning circuit of the invention thus fulfills its cooling functions longer than in previous embodiments that regulate the degree of humidity.
  • FIGS. 6 to 9 show flow control devices of Fluid 15 with bulbs. These devices are adapted to adjust the proportion of refrigerant fluid to be sent into branch branch 200 as a function of the value of the discharge temperature.
  • the fluid flow control device 15 comprises a body 1500, which may be of generally parallelepipedal shape, consisting for example of aluminum.
  • the body 1500 defines a main coolant flow Tr1 controlled by a needle 154.
  • the main path Tr1 extends between a main coolant inlet 1501 and a main coolant outlet 1502.
  • the main inlet 1501 is separated from the main main output 1502 through an orifice 150 of fixed passage section.
  • the needle 154 is adapted to control the opening of this orifice.
  • the fluid flow control device 15 further comprises a bulb 155 filled with a control fluid equipped with a flexible membrane 153.
  • the membrane is able to act on the needle 154 as a function of the pressure of the control fluid in the bulb 155.
  • the body 1500 further defines an additional control path Tr2 adapted to receive the refrigerant between a secondary inlet 1511 connected to the output of the compressor 14 and a secondary outlet 1512 connected to the inlet of the gas cooler 11.
  • the bulb 155 is arranged to be in contact with the fluid flowing in the control path, i.e. between the compressor 14 and the gas cooler.
  • the main path Tr1 is in particular in the form of a generally horizontal input channel.
  • the "horizontal” direction designates here and in the rest of the description the general flow direction of the fluid refrigerant.
  • the control path Tr2 is substantially parallel to the control path Tr2.
  • the flow control devices 15 of FIGS. 6 to 9 are adapted for use in the air-conditioning circuits of FIGS. 1 to 3.
  • the inlet 1511 of the control path Tr2 is then adapted to receive the cooling fluid coming from the output of the compressor 14 and the output 1512 is adapted to deliver the fluid to the inlet of the gas cooler 11.
  • the bulb is placed in contact with the fluid flowing in the control path to allow the needle 154 to control the opening of the orifice 150 as a function of the discharge temperature of the compressor.
  • the entry point I of the regulating device 15 coincides with the input 1501 of the main path while the exit point O coincides with the output 1502 of the main path.
  • the bulb 155 comprises a small volume chamber filled with a control fluid FC, which is essentially of the refrigerant type.
  • FC control fluid
  • the enclosure forms a rigid shell.
  • the upper part of the bulb consists of the membrane 153, which is connected to the needle 154.
  • the control fluid has a saturation pressure / temperature characteristic in adequacy with the spring force.
  • the control fluid may be for example the fluid R218, the fluid R134a or CO2.
  • the bulb 155 is licked by the refrigerant FR which passes through the control path Tr2, thus by the refrigerant flowing out of the compressor at the discharge temperature Td.
  • the temperature of the control fluid in the bulb depends on the temperature of the refrigerating fluid FR which passes through the control path and therefore the discharge temperature of the compressor, which allows to control the movement of the needle 154.
  • the control fluid then exerts pressure on the flexible membrane 153.
  • the membrane can thus be moved vertically in translation depending on the forces exerted on it.
  • the needle 154 is then moved vertically, which makes it possible to control the opening of the orifice 150 of the main path Tr1 as a function of the discharge temperature of the compressor 14.
  • the body 1500 may further comprise an upper compartment 1503 in the main path which communicates with the main entrance 1501 via the orifice 150 and with the main outlet 1502 via an additional open orifice 152.
  • an upper compartment 1503 in the main path which communicates with the main entrance 1501 via the orifice 150 and with the main outlet 1502 via an additional open orifice 152.
  • the needle 154 may comprise a control rod 1540, substantially perpendicular to the axis of the orifice 150.
  • the rod is vertical. The following description will be made with reference to a vertical rod, by way of non-limiting example.
  • the rod 1540 is connected by one of these ends to the bulb 155 via the membrane 153.
  • the other end of the needle 154 comprises a shutter 1541 which is adapted to close the orifice 150.
  • the device may comprise a spring system 158, for example a helical spring, collaborating with the needle 134.
  • the spring system 158 shown has an end fixed to the bottom of the upper compartment 1503 and another end fixed to the shutter 1541 of the needle 154.
  • the needle 154 is then subjected to the force exerted by the membrane 153 on the one hand and the thrust force of the spring 158 on the other hand.
  • the needle 154 can move vertically, which has the effect of vary the passage section of the orifice 150 and change the flow of refrigerant through the main path Tr1.
  • the refrigerant flow rate that passes through the main path Tr1 depends on the temperature of the fluid on the control path, in particular the discharge temperature of the compressor 14, and the thrust force of the spring 158 which exerts a counter-pressure. effort.
  • the needle 154 closes the orifice 150.
  • the needle 154 then moves progressively upwards as the discharge temperature Td increases, which increases the pressure. flow of fluid through the orifice 150.
  • the downward translation of the needle is limited by a stop formed by the wall of the compartment 1503 which surrounds the orifice 150.
  • the dimensions and the shape of the obturator end 1541 of the needle 154 are chosen according to the dimensions and the shape of the orifice 150.
  • the spring system 158 is arranged to urge the needle upwardly to facilitate the opening of the orifice 150.
  • Other types of spring systems may be used to the extent that the force they exert opposes the force exerted by the control fluid on the membrane 153.
  • the fluid flow control device 15 of FIG. 6 can be used in the air conditioning circuit of FIGS. 1 and 3. However, for the sake of clarity, FIG. 6 has been shown with reference to a use of the fluid flow device 15 in the circuit of FIG.
  • the main entrance 1501 is connected to the outlet of the gas cooler 11 while the main outlet 1502 is connected to the input of the expansion module 12.
  • the main fluid path Tr1 bypasses the expansion module 12.
  • the main entrance 1501 is connected to the output of the internal exchanger 9 at the duct 202 (upstream of the expansion module 12) while the main outlet 1502 is connected to the inlet of the evaporator 13 (downstream of the expansion module 12).
  • the fluid flow control device 15 of FIG. 8 can be connected to the air-conditioning circuit of FIG. 2.
  • the main input 1501 of the regulation device 15 is then connected to the output of the accumulator 17, while the main output 1502 of the main path Tr1 is connected to the input of the compressor 14.
  • the fluid flow control device 15 may additionally have an additional trigger path Tr3 extending between an inlet 1521 and an outlet 1522.
  • the trigger path Tr3 is shaped to lower the pressure of the refrigerant coming through the inlet 1521.
  • Such a device 15 is particularly suitable for use in the air-conditioning circuit of FIGS. 1 and 3, where the branch branch 200 is either parallel or in series with the expansion module 12.
  • the relaxation path Tr3 comprises an expansion orifice 157 with a fixed passage section, the opening of which is controlled by a needle of expansion 1570 depending on the pressure difference on either side of the orifice.
  • a spring system 1571 can be associated with the pressure pin 1570 to bias the latter to favor the opening of the orifice 1570.
  • the orifice 157 has an axis parallel to the general direction of rotation. fluid flow and a funnel shape.
  • the end of the expansion valve 1570 forming a shutter has a shape adapted to that of the orifice 157.
  • the device 15 of FIG. 7 is adapted for use in the air-conditioning circuit of FIG. 1.
  • the expansion path Tr3 is arranged in parallel with the main path Tr1 so that the input 1521 of the additional path coincides with that of the main path 1501, and that the output 1522 of the additional path coincides with that of the main path 1502.
  • the device 15 shown in FIG. 9 is adapted to the air-conditioning circuit of FIG. 3.
  • the trigger path Tr3 and the main path Tr1 are arranged in series so that the main output 1522 of FIG. Tr1 path connects to the expansion path, upstream of the expansion port 157.
  • the inlet 1521 of the expansion path and the input 1501 of the main path are disjoint, and the output 1522 of the path additional is connected to the inlet of the evaporator 13.
  • the integration of the expansion module 12 in the control device reduces the number of connections in the circuit and thus reduce the risk of leaks. It also reduces the size of the air conditioning circuit.
  • the fluid flow control device 15 shown in FIGS. 6 to 9 has the advantage of being inexpensive while having control performance. similar to those of an electronic control device.

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Abstract

L'invention propose un circuit de climatisation fonctionnant selon un cycle supercritique comprenant un compresseur (14), un refroidisseur de gaz (11), un échangeur interne (9), un module de détente (12) et un évaporateur (13) parcourus dans cet ordre par un fluide réfrigérant. Le circuit de climatisation comporte en outre :
-une branche de dérivation de fluide (200) dont l'entrée est reliée à un point choisi du circuit (1) où le fluide réfrigérant se trouve à l'état essentiellement gazeux, et
- un dispositif de régulation d'écoulement de fluide (15) apte à ajuster la proportion de fluide à envoyer dans la branche de dérivation en fonction de la température de décharge du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur.

Description

  • L'invention concerne les circuits de climatisation, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne, plus particulièrement, les circuits de climatisation fonctionnant selon un cycle supercritique, dans lesquels la pression du fluide réfrigérant du côté du circuit haute pression n'est pas inférieure à la pression critique du fluide réfrigérant.
  • Un circuit de climatisation fonctionnant selon un cycle supercritique est parcouru par un fluide réfrigérant à haute pression, par exemple le dioxyde de carbone (R744). L'utilisation de ces fluides réfrigérants s'est développée dans les circuits de climatisation des véhicules pour limiter les effets néfastes sur l'environnement des composés fluorés, utilisés classiquement comme fluide réfrigérant.
  • Le circuit de climatisation comporte un compresseur, un refroidisseur de gaz, un module de détente, et un évaporateur parcourus dans cet ordre par le fluide réfrigérant. Le fluide n'est en général pas entièrement vaporisé à sa sortie de l'évaporateur. Aussi, il est courant d'utiliser un accumulateur qui se présente sous la forme d'un réservoir pour stocker la partie liquide du fluide réfrigérant provenant de l'évaporateur. Ainsi, seule la partie du fluide réfrigérant à l'état gazeux est envoyée vers le compresseur.
  • Un échangeur de chaleur interne est prévu pour refroidir davantage le fluide réfrigérant à sa sortie du refroidisseur de gaz. Cet échangeur de chaleur interne permet un échange de chaleur entre la branche "chaude" du circuit s'étendant entre le refroidisseur de gaz et le module de détente et la branche "froide" du circuit s'étendant entre l'accumulateur et le compresseur.
  • Dans les circuits de climatisation fonctionnant selon un cycle supercritique, le fluide n'est pas condensé du côté du circuit haute pression. Par conséquent, il est souhaitable d'augmenter l'écart de température entre le fluide réfrigérant et le flux d'air dans le refroidisseur de gaz pour obtenir un bon refroidissement du fluide réfrigérant.
  • Cependant, l'augmentation de cet écart de température peut amener la température du fluide réfrigérant qui sort du compresseur, classiquement appelé température de décharge, à dépasser un seuil critique de température. Un tel dépassement peut provoquer des dégradations assez importantes du refroidisseur de gaz, et donc une coupure de la climatisation.
  • On connaît d'après la demande de brevet US2005/0262873 un circuit de climatisation adapté pour limiter ce risque de dégradations. Le circuit est équipé d'une vanne de contrôle qui permet d'ajouter au fluide réfrigérant qui sort de l'accumulateur à l'état gazeux une quantité choisie du liquide stocké dans l'accumulateur, en fonction de la valeur température de décharge du compresseur. Cette solution repose sur la régulation du degré d'humidité du fluide réfrigérant qui entre dans le compresseur et nécessite donc de disposer de liquide dans l'accumulateur. En présence d'une quantité trop faible de liquide dans l'accumulateur, la fonction de refroidissement n'est plus remplie. En outre, la régulation de l'humidité du fluide en entrée du compresseur se fait elle-même au détriment de la réserve de liquide dans l'accumulateur : plus la température de décharge augmente, plus le niveau de liquide baisse dans l'accumulateur. De ce fait, la quantité de liquide peut devenir insuffisante au cours du fonctionnement de la climatisation.
  • L'invention vient améliorer la situation en proposant un circuit de climatisation fonctionnant selon un cycle supercritique comprenant un compresseur, un refroidisseur de gaz, un échangeur interne, un module de détente et un évaporateur parcourus par un fluide réfrigérant. Selon l'invention, le circuit comporte en outre :
    • une branche de dérivation de fluide dont l'entrée est reliée à un point choisi du circuit où le fluide réfrigérant se trouve à l'état essentiellement gazeux, et
    • un dispositif de régulation d'écoulement de fluide apte à ajuster la proportion de fluide à envoyer dans la branche de dérivation en fonction de la température du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur.
  • L'entrée de la branche de dérivation est reliée à la branche du circuit s'étendant entre la sortie de l'évaporateur et l'entrée de l'échangeur interne, et la sortie de la branche de dérivation est reliée à l'entrée du compresseur.
  • L'entrée de la branche de dérivation est reliée à la branche du circuit s'étendant entre la sortie du refroidisseur de gaz et l'entrée de l'échangeur interne, et la sortie de la branche de dérivation est reliée à l'entrée du module de détente.
  • La branche de dérivation est placée en parallèle avec le module de détente.
  • Le module de détente et le dispositif de régulation d'écoulement de fluide sont intégrés dans un même module.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide comporte un orifice à section de passage variable et des moyens de contrôle.
  • Les moyens de contrôle comportent un bulbe rempli d'un fluide de contrôle, placé sur le trajet du fluide entre la sortie du compresseur et l'entrée du refroidisseur de gaz.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide comprend un corps définissant un trajet principal de fluide réfrigérant contrôlé par un pointeau, et un bulbe rempli d'un fluide de contrôle aménagé dans le corps, le bulbe étant apte à agir sur le pointeau en fonction de la pression du fluide de contrôle.
  • Le corps définit en outre un trajet de contrôle dont l'entrée est reliée à la sortie du compresseur et dont la sortie est reliée à l'entrée du refroidisseur de gaz, le bulbe étant agencé de manière à être en contact avec le fluide qui circule dans le trajet de contrôle.
  • Le pointeau comprend une tige de commande reliée mécaniquement au bulbe de manière à être mobile en translation en fonction de la pression exercée par le fluide de contrôle.
  • 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 un schéma du circuit de climatisation selon une première forme de réalisation de l'invention ;
    • la figure 2 est un schéma du circuit de climatisation selon une deuxième forme de réalisation de l'invention ;
    • la figure 3 est un schéma du circuit de climatisation selon une troisième forme de réalisation de l'invention ;
    • la figure 4 est un diagramme de Mollier représentant un cycle de réfrigération supercritique classique et un cycle de réfrigération supercritique selon l'invention ;
    • la figure 5 est un diagramme illustrant l'évolution de la section de passage du trajet de fluide principal en fonction de la température de décharge du compresseur ; et
    • les figures 6 à 9 sont des schémas de dispositifs de régulation d'écoulement de fluide de type mécanique.
  • Il est tout d'abord fait référence à la figure 1 sur laquelle est représenté un circuit de climatisation 1 selon l'invention. Le circuit de climatisation 1 peut être installé dans un véhicule automobile pour refroidir l'air de l'habitacle, en fonction des besoins des passagers. La suite de la description sera faite en référence à un circuit de climatisation pour véhicule automobile, à titre d'exemple non limitatif. Le circuit 1 fonctionne selon un cycle de réfrigération supercritique utilisant un fluide réfrigérant à haute pression tel que le dioxyde de carbone (R744).
  • Le circuit de climatisation 1 comporte un compresseur 14 pour comprimer le fluide réfrigérant jusqu'à une pression de décharge Pd, dite haute pression, dans la zone supercritique du fluide, ainsi qu'un refroidisseur de gaz 11 pour refroidir le fluide réfrigérant en phase gazeuse sous haute pression Pd.
  • Dans le refroidisseur de gaz 11, le fluide n'est pas condensé pendant le refroidissement contrairement aux circuits de climatisation qui utilisent des composés fluorés comme fluide réfrigérant.
  • Le circuit comporte en outre un module de détente 12 propre à abaisser la pression du fluide provenant du refroidisseur de gaz 11 jusqu'à une pression Ps, dite basse pression, en l'amenant au moins en partie à l'état liquide. Un évaporateur 13 est également prévu dans le circuit pour faire passer le fluide provenant du module de détente à l'état gazeux, à pression constante Ps. L'échange dans l'évaporateur 13 permet de produire un flux d'air climatisé qui est envoyé vers l'habitacle du véhicule.
  • Le fluide réfrigérant qui traverse l'évaporateur 13 n'est généralement pas entièrement vaporisé. Un accumulateur 17 peut être prévu en sortie de l'évaporateur pour stocker cet excédent de liquide qui sort de l'évaporateur. L'accumulateur 17 se présente sous la forme d'un réservoir adapté pour séparer la partie liquide du fluide réfrigérant de la partie gazeuse. L'accumulateur 17 envoie la partie gazeuse du fluide réfrigérant à basse température Ps vers le compresseur. La suite de la description sera faite en référence à un circuit muni d'un tel accumulateur 17, à titre d'exemple non limitatif. L'homme du métier transposera aisément les enseignements de l'invention qui suivent à un circuit dépourvu d'accumulateur.
  • Un échangeur interne 9 est en outre prévu pour refroidir encore le fluide réfrigérant qui sort du refroidisseur de gaz 11. L'échangeur interne 9 est agencé pour permettre un échange de chaleur entre une partie de la branche "chaude" reliant le refroidisseur de gaz 11 au module de détente 12 et une partie de la branche "froide" reliant l'accumulateur 17 au compresseur 14.
  • L'échangeur de chaleur interne 9 est ainsi relié, d'une part, à une branche d'entrée 201 en provenance du refroidisseur de gaz 11 et à une branche de sortie 202 vers le module de détente 12 et, d'autre part, à une branche d'entrée 203 en provenance de l'accumulateur 17 (partie de l'accumulateur sous forme gazeuse) et à une branche de sortie 204 vers le compresseur 14. Ces branches 201 à 204 seront désignées ci-après par "branches de raccord".
  • Il est maintenant fait référence à la courbe L1 de la figure 4 qui montre l'allure générale d'un cycle de réfrigération supercritique, dans le diagramme de Mollier. Les points représentés sur ce diagramme sont à mettre en relation avec ceux représentés sur les figures 1 à 3.
  • Dans le compresseur 14, la pression du fluide réfrigérant est élevée de la pression d'aspiration Ps à la pression de décharge Pd (ligne G-A). A sa sortie du compresseur, le fluide présente une température de décharge Td. Le fluide réfrigérant est ensuite refroidi dans le refroidisseur de gaz 11, à pression constante Pd (ligne A-B). Le refroidissement du fluide réfrigérant se poursuit dans l'échangeur interne 9 (ligne B-C), toujours à pression constante Pd. Dans le module de détente 12, la pression du fluide est abaissée jusqu'à la basse pression Ps, à enthalpie constante (ligne C-D). Ce n'est que dans le module de détente 12 que le fluide passe en dessous de la ligne L3 de vapeur saturée et qu'il commence donc à changer d'état. Le fluide est ensuite vaporisé dans l'évaporateur 13 (ligne D-E) à pression constante Ps, puis passe dans l'accumulateur 17 où la phase liquide et la phase gazeuse du fluide sont séparées (ligne E-F), seul le fluide réfrigérant en phase gazeuse étant envoyé vers le reste du circuit. Le fluide qui sort de l'accumulateur 17 est envoyé dans l'échangeur interne 9 pour y être chauffé jusqu'à un degré de surchauffe prédéterminé au-dessus de la ligne L3 de vapeur saturée (ligne F-G). Le fluide passe alors dans le compresseur 14 où il est à nouveau comprimé (ligne G-A).
  • La Demanderesse a observé que la température de décharge du compresseur peut être maintenue sensiblement en dessous de un seuil critique de température Tdmax en abaissant soit l'efficacité de l'échangeur interne 9, soit la haute pression. Le seuil critique de température Tdmax, représente le seuil au-delà duquel des dégradations du refroidisseur de gaz peuvent apparaître qui nécessite une arrêt de l'installation de climatisation. On comprend donc que le confort thermique à l'intérieur du véhicule s'en trouve dégrader le temps que la température de décharge redescende en dessous du seuil critique de température Tdmax.
  • La diminution contrôlée de la haute pression ou de l'efficacité de l'échangeur interne 9 a pour effet de diminuer la surchauffe de fluide réfrigérant en entrée du compresseur et ainsi de maintenir la température de décharge du compresseur sensiblement en dessous du seuil critique de température Tdmax.
  • Plus précisément, le circuit de climatisation de l'invention comporte une branche de dérivation de fluide 200, dont l'entrée I est reliée à un point choisi du circuit où le fluide est essentiellement sous forme gazeuse, et un dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 propre à ajuster la proportion de fluide à envoyer dans la branche de dérivation 200.
  • Ici, l'expression "essentiellement sous forme gazeuse" est utilisée pour indiquer que le fluide circulant dans la branche de dérivation 200 n'est pas prélevé en un point du circuit où le fluide est en phase liquide, comme par exemple dans la partie inférieure de l'accumulateur 17. En particulier, dans les formes de réalisations décrites ci-après, le fluide sous forme gazeuse est prélevé soit à la sortie du refroidisseur de gaz 11 (figure 3), soit à l'entrée du module de détente 12 (figure 1), soit encore à la sortie de l'évaporateur 13 ou de l'accumulateur 17, selon qu'un accumulateur est ou non utilisé (figure 2). Lorsque le fluide est prélevé à la sortie de l'accumulateur 17 (figure 2), il provient bien entendu de la partie gazeuse de l'accumulateur.
  • Lorsque la température de décharge du compresseur atteint le seuil critique de température Tdmax, le dispositif 15 augmente progressivement la proportion de fluide envoyée dans la branche de dérivation, ce qui a pour effet d'abaisser l'efficacité de l'échangeur interne 9 ou la haute pression selon le cas, et par conséquent de ramener la température de décharge Td en dessous du seuil critique. Le circuit de climatisation de l'invention fournit ainsi de bonnes performances de refroidissement tout en assurant que la température de décharge reste sensiblement en dessous du seuil maximal de température. Les risques de dégradation du refroidisseur de gaz 11 sont par conséquent réduits.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 peut comporter un orifice 150 à section de passage variable, dont l'ouverture est contrôlée en fonction de la température de décharge du fluide en sortie du compresseur Td.
  • En particulier, l'orifice 150 est placé sur la branche de dérivation 200. Ainsi, la section de passage de l'orifice est ajustée pour prélever une quantité de fluide vers la branche de dérivation est raccordée, en fonction de la valeur de la température de décharge Td.
  • Par exemple, le dispositif 15 peut comporter une vanne de répartition définissant l'orifice 150 à section de passage variable.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide peut être en outre équipé de moyens de contrôle 155 pour contrôler la section de passage de l'orifice 150.
  • Les moyens de contrôle peuvent être de type mécanique, comme par exemple, un bulbe rempli d'un fluide de contrôle, placé sur le trajet du fluide entre la sortie du compresseur 14 et l'entrée du refroidisseur de gaz 11 agissant sur l'orifice en fonction de la température de décharge du fluide. Un tel dispositif a l'avantage d'être peu coûteux. Un exemple de dispositif de régulation muni d'un bulbe sera décrit ultérieurement en référence aux figures 6 à 9.
  • En variante, le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 peut comporter des moyens de contrôle 155 électroniques adaptés pour contrôler la section de passage de l'orifice en fonction de la valeur de la température de décharge Td. Dans cette variante, les moyens de contrôle interagissent avec un organe de mesure de la température de décharge, ou d'une valeur relative à la température de décharge. L'organe de mesure peut être par exemple une sonde de température placée en sortie du compresseur 14.
  • L'entrée I de la branche de dérivation de fluide 200 est notamment reliée à l'une des branches de raccord 201 à 203 de l'échangeur interne 9. Le dispositif de régulation d'écoulement 15 ajuste alors la proportion de fluide sous forme essentiellement gazeuse à détourner de cette branche de raccord afin de diminuer l'efficacité de l'échangeur interne 9 ou la haute pression, selon le cas, dès que la température de décharge est au voisinage du seuil Tdmax.
  • Dans la première forme de réalisation représentée sur la figure 1, l'entrée I de la branche de dérivation 200 est reliée à la branche de sortie 202 de l'échangeur interne 9 qui délivre du fluide vers le module de détente 12. L'entrée I coïncide ainsi avec l'entrée du module de détente 12. Par ailleurs, la sortie O de la branche de dérivation 200 coïncide avec la sortie du module de détente 12. De cette manière, la branche de dérivation 200 est disposée parallèlement au module de détente 12.
  • L'orifice 150 a par conséquent le rôle d'un module de détente additionnel dont la section de passage varie en fonction de la température de décharge du compresseur. Le module de détente 12 peut être tout type de module de détente adapté à un cycle de réfrigération supercritique
  • Dans cette première forme de réalisation, le dispositif de régulation d'écoulement est adapté pour ajuster la proportion de fluide à envoyer dans la branche de dérivation parallèle au module de détente, permettant ainsi d'augmenter le débit de fluide dans le circuit, dès que la température de décharge est au voisinage du seuil critique Tdmax. Il en résulte une diminution de la haute pression et par conséquent du taux de compression, ce qui permet d'abaisser la température de décharge pour la maintenir en dessous du seuil critique.
  • Dans les formes de réalisation représentées sur les figures 2 et 3, le dispositif de régulation 15 ajuste la proportion de fluide à détourner de l'une des branches d'entrée 201 et 203 de l'échangeur 9 afin d'empêcher que cette quantité de fluide ne subisse un refroidissement ou une surchauffe dans l'échangeur interne 9, dès que la température de décharge dépasse le seuil critique. Ces formes de réalisation permettent en conséquence d'agir sur l'efficacité de l'échangeur interne pour maintenir la température de décharge sensiblement au dessous de son seuil critique Tdmax.
  • La forme de réalisation de la figure 2 va maintenant être décrite plus en détail. L'entrée I de la branche de dérivation 200 est reliée à la branche d'entrée "chaude" 203 de l'échangeur interne 9 qui est raccordée à l'accumulateur 17, tandis que la sortie O de la branche de dérivation 200 est reliée à l'entrée du compresseur 14. L'homme du métier comprendra qu'en l'absence d'accumulateur 17, l'entrée I de la branche de dérivation 200 est reliée à la branche d'entrée "chaude" 203 qui est directement raccordée à la sortie de l'évaporateur 13.
  • Lorsque le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 détermine que la température de décharge Td a atteint le seuil critique Tdmax, il ouvre la section de passage de l'orifice de passage 15, ce qui a pour effet de faire passer plus de fluide dans la branche de dérivation 200 que dans la branche 202, et donc d'envoyer moins de fluide dans la branche "froide" de l'échangeur interne 9.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 ajuste ainsi la section de passage de l'orifice de passage 15 en fonction de la température Td, de manière à faire varier la quantité de fluide à faire passer dans la branche de dérivation 200, et donc à chauffer moins de fluide dans l'échangeur interne 9, dès que la température de décharge a atteint le seuil critique Tdmax.
  • Le fluide chauffé qui sort de l'échangeur interne 9 dans la branche 204 est ensuite mélangé avec le fluide de la branche de dérivation, avant d'entrer dans le compresseur 14. L'efficacité de l'échangeur interne définie entre les points d'entrée et de sortie B, C, F et G peut ainsi être abaissée, ce qui permet de diminuer la surchauffe en entrée du compresseur et donc de maintenir la température de décharge du compresseur sensiblement en dessous de son seuil critique.
  • Il est maintenant fait référence à la figure 3. Dans cette forme de réalisation, l'entrée I de la branche de dérivation 200 est reliée à la branche d'entrée 201 de l'échangeur interne 9 en provenance du refroidisseur de gaz 11 tandis que sa sortie O est reliée à l'entrée du module de détente 12. Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 et le module de détente 12 sont ainsi en série.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 ajuste la proportion de fluide à détourner de la branche d'entrée 201 "chaude" de l'échangeur de manière à l'envoyer dans le module de détente 12, sans refroidissement, dès que la température de décharge Td a atteint le seuil critique Tdmax.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 ajuste ainsi la section de passage de l'orifice de passage 15 en fonction de la température Td, de manière à faire varier la quantité de fluide à faire passer dans la branche de dérivation 200, et donc à refroidir moins de fluide dans l'échangeur interne 9, dès que la température de décharge atteint le seuil critique Tdmax. Le fluide refroidi qui sort de l'échangeur interne 9 dans la branche 202 est ensuite mélangé avec le fluide de la branche de dérivation 200, avant d'entrer dans le module de détente 12. L'efficacité de l'échangeur interne définie entre les points d'entrée et de sortie B, C, F et G peut là encore être abaissée, ce qui permet de diminuer la température de décharge du compresseur. Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide permet ainsi de maintenir la température de décharge en dessous de son seuil critique.
  • Un exemple de cycle de réfrigération (courbe L1) est représenté sur la figure 4 pour illustrer les formes de réalisation des figures 2 et 3.
  • On observe que la différence d'enthalpie {hG-hF} entre le point G en entrée du compresseur 14 et le point F en sortie de l'accumulateur 17 ainsi que la différence d'enthalpie {hB-hC} entre le point B en sortie du refroidisseur de gaz 11 et le point C en entrée du module de détente 12 sont diminués par rapport à celles d'un cycle supercritique classique (courbe L2), soit du fait que le dispositif de régulation d'écoulement de fluide fait circuler moins de fluide dans la branche froide de l'échangeur interne 9 (figure 2), soit du fait que le dispositif de régulation d'écoulement de fluide fait circuler moins de fluide dans la branche chaude de l'échangeur interne 9 (figure 3).
  • Dans les formes de réalisation des figures 2 et 3, le module de détente 12 et le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 peuvent être intégrés dans un même module.
  • La figure 5 est un diagramme représentant un exemple d'évolution de la section de passage S de l'orifice 150 en fonction de la température de décharge Td du fluide réfrigérant, selon l'invention. Cette figure montre que la section de passage S de l'orifice augmente progressivement en fonction de la température de décharge.
  • Dans les différents modes de réalisation de l'invention, la température de décharge du compresseur est contrôlée pour rester en dessous du seuil critique de température Tdmax. Le risque de dégradation du refroidisseur de gaz 11 est ainsi fortement réduit, ce qui provoque moins de coupures de climatisation.
  • Ces buts sont atteints selon l'invention sans qu'il soit nécessaire d'acheminer du fluide à l'état liquide entre l'accumulateur 17 et le compresseur 14. Les performances du circuit de climatisation selon l'invention peuvent donc être obtenues quelque soit le niveau de liquide dans l'accumulateur. Le circuit de climatisation de l'invention remplit ainsi ses fonctions de refroidissement plus longtemps que dans les réalisations antérieures qui régulent le degré d'humidité.
  • Il est maintenant fait référence aux figures 6 à 9 qui représentent des dispositifs de régulation d'écoulement de fluide 15 à bulbes. Ces dispositifs sont adaptés pour ajuster la proportion de fluide réfrigérant à envoyer dans la branche de dérivation 200 en fonction de la valeur de la température de décharge.
  • Il est tout d'abord fait référence à la figure 6 qui représente un dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 de type mécanique selon une première forme de réalisation. Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 comprend un corps 1500, qui peut être de forme générale parallélépipédique, constitué par exemple en aluminium. Le corps 1500 définit un trajet principal de fluide réfrigérant Tr1 contrôlé par un pointeau 154. Le trajet principal Tr1 s'étend entre une entrée principale de fluide réfrigérant 1501 et une sortie principale de fluide réfrigérant 1502. L'entrée principale 1501 est séparée de la sortie principale 1502 par un orifice 150 de section de passage fixe. Le pointeau 154 est adapté pour contrôler l'ouverture de cet orifice.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 comprend en outre un bulbe 155 rempli d'un fluide de contrôle équipé d'une membrane flexible 153. La membrane est apte à agir sur le pointeau 154 en fonction de la pression du fluide de contrôle dans le bulbe 155.
  • Le corps 1500 définit en outre un trajet de contrôle Tr2 additionnel propre à recevoir le fluide réfrigérant entre une entrée secondaire 1511 reliée à la sortie du compresseur 14 et une sortie secondaire 1512 reliée à l'entrée du refroidisseur de gaz 11. Le bulbe 155 est agencé de manière à être en contact avec le fluide qui circule dans le trajet de contrôle, c'est-à-dire entre le compresseur 14 et le refroidisseur de gaz.
  • Le trajet principal Tr1 se présente en particulier sous la forme d'un canal d'entrée généralement horizontal. La direction "horizontale" désigne ici et dans la suite de la description la direction générale d'écoulement du fluide réfrigérant. Sur la figure 6, le trajet de contrôle Tr2 est sensiblement parallèle au trajet de contrôle Tr2.
  • Les dispositifs de contrôle d'écoulement 15 des figures 6 à 9 sont adaptés pour une utilisation dans les circuits de climatisation des figures 1 à 3. L'entrée 1511 du trajet de contrôle Tr2 est alors adaptée pour recevoir le fluide réfrigérant en provenance de la sortie du compresseur 14 et la sortie 1512 est adaptée pour délivrer le fluide vers l'entrée du refroidisseur de gaz 11. Le bulbe est placé en contact avec le fluide qui circule dans le trajet de contrôle pour permettre au pointeau 154 de contrôler l'ouverture de l'orifice 150 en fonction de la température de décharge du compresseur.
  • Sur les figures 6 à 9, le point d'entrée I du dispositif de régulation 15 coïncide avec l'entrée 1501 du trajet principal tandis que le point de sortie O coïncide avec la sortie 1502 du trajet principal.
  • Le bulbe 155 comprend une enceinte de petit volume remplie d'un fluide de contrôle FC, qui est essentiellement du type fluide réfrigérant. L'enceinte forme une coquille rigide. La partie supérieure du bulbe est constituée par la membrane 153, laquelle est reliée au pointeau 154.
  • Le fluide de contrôle a une caractéristique de pression de saturation/température en adéquation avec la force du ressort. Le fluide de contrôle peut être par exemple le fluide R218, le fluide R134a ou encore le CO2.
  • Le bulbe 155 est léché par le fluide réfrigérant FR qui traverse le trajet de contrôle Tr2, donc par le fluide réfrigérant qui sort du compresseur à la température de décharge Td.
  • La température du fluide de contrôle dans le bulbe dépend de la température du fluide réfrigérant FR qui traverse le trajet de contrôle et donc de la température de décharge du compresseur, ce qui permet de piloter le mouvement du pointeau 154. Le fluide de contrôle vient alors exercer une pression sur la membrane souple 153. La membrane peut ainsi être déplacée verticalement en translation en fonction des forces qui s'exercent sur elle. Le pointeau 154 est alors déplacé verticalement, ce qui permet de contrôler l'ouverture de l'orifice 150 du trajet principal Tr1 en fonction de la température de décharge du compresseur 14.
  • Le corps 1500 peut en outre comporter un compartiment supérieur 1503 sur le trajet principal qui communique avec l'entrée principale 1501 via l'orifice 150 et avec la sortie principale 1502 via un orifice additionnel ouvert 152. Ainsi l'arrivée de fluide de l'entrée principal dans le compartiment intermédiaire en direction de la sortie 1502 est contrôlée par le pointeau.
  • Le pointeau 154 peut comporter une tige de commande 1540, sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'orifice 150. Dans les exemples des figures 6 à 8, la tige est verticale. La suite de la description sera faite en référence à une tige verticale, à titre d'exemple non limitatif. La tige 1540 est reliée par une de ces extrémités au bulbe 155 via la membrane 153. L'autre extrémité du pointeau 154 comporte un obturateur 1541 qui est adapté pour fermer l'orifice 150.
  • Le dispositif peut comporter un système de ressort 158, par exemple un ressort hélicoïdal, collaborant avec le pointeau 134. Le système de ressort 158 représenté comporte une extrémité fixée au fond du compartiment supérieur 1503 et une autre extrémité fixée à l'obturateur 1541 du pointeau 154.
  • Le pointeau 154 est alors soumis à la force exercée par la membrane 153 d'une part et à la force de poussée du ressort 158 d'autre part.
  • En fonction des valeurs de ces forces, le pointeau 154 peut se déplacer verticalement, ce qui a pour effet de faire varier la section de passage de l'orifice 150 et de modifier le débit de fluide réfrigérant qui traverse le trajet principal Tr1.
  • Ainsi, le débit de fluide réfrigérant qui traverse le trajet principal Tr1 dépend de la température du fluide sur le trajet de contrôle, en particulier de la température de décharge du compresseur 14, et de la force de poussée du ressort 158 qui exerce un contre-effort.
  • Plus précisément, lorsque la température de décharge du compresseur est inférieure au seuil critique Tdmax, le pointeau 154 ferme l'orifice 150. Le pointeau 154 se déplace ensuite progressivement vers le haut à mesure que la température de décharge Td croît ce qui augmente le débit de fluide à travers l'orifice 150. Un tel contrôle permet d'abaisser la température de décharge du compresseur 14.
  • Dans les modes de réalisation des figures 6 à 8, la translation du pointeau vers le bas est limitée par une butée formée par la paroi du compartiment 1503 qui entoure l'orifice 150.
  • Les dimensions et la forme de l'extrémité formant obturateur 1541 du pointeau 154 sont choisies en fonction des dimensions et de la forme de l'orifice 150.
  • Le système de ressorts 158 est agencé pour solliciter le pointeau vers le haut de manière à favoriser l'ouverture de l'orifice 150. D'autres types de systèmes de ressorts peuvent être utilisés dans la mesure où la force qu'ils exercent s'oppose à la force exercée par le fluide de contrôle sur la membrane 153.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 de la figure 6 peut être utilisé dans le circuit de climatisation des figures 1 et 3. Toutefois, pour plus de clarté, la figure 6 a été représentée en référence à une utilisation du dispositif d'écoulement de fluide 15 dans le circuit de la figure 1.
  • Lorsque le dispositif de régulation 15 est raccordé au circuit de climatisation de la figure 1, l'entrée principale 1501 est reliée à la sortie du refroidisseur de gaz 11 tandis que la sortie principale 1502 est reliée à l'entrée du module de détente 12.
  • Dans la forme de réalisation où le dispositif de régulation 15 est raccordé au circuit de climatisation de la figure 3, le trajet principal de fluide Tr1 contourne le module de détente 12. Ainsi, l'entrée principale 1501 est reliée à la sortie de l'échangeur interne 9 au niveau du conduit 202 (en amont du module de détente 12) tandis que la sortie principale 1502 est reliée à l'entrée de l'évaporateur 13 (en aval du module de détente 12).
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 de la figure 8 peut être raccordé au circuit de climatisation de la figure 2. L'entrée principale 1501 du dispositif de régulation 15 est alors reliée à la sortie de l'accumulateur 17, tandis que la sortie principale 1502 du trajet principal Tr1 est reliée à l'entrée du compresseur 14.
  • Comme représenté sur les figures 7 et 9, le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 peut présenter en complément un trajet additionnel de détente Tr3 s'étendant entre une entrée 1521 et une sortie 1522. Le trajet de détente Tr3 est conformé pour abaisser la pression du fluide réfrigérant arrivant par l'entrée 1521. Un tel dispositif 15 est tout particulièrement adapté pour une utilisation dans le circuit de climatisation des figures 1 et 3 où la branche de dérivation 200 est soit parallèle soit en série avec le module de détente 12.
  • Pour assurer la fonction de détente, le trajet de détente Tr3 comporte un orifice de détente 157 à section de passage fixe, dont l'ouverture est contrôlée par un pointeau de détente 1570 en fonction de la différence de pression de part et d'autre de l'orifice. Un système de ressorts 1571 peut être associé au pointeau de détente 1570 pour solliciter ce dernier de manière à favoriser l'ouverture de l'orifice 1570. Sur les figures 7 et 9, l'orifice 157 présente un axe parallèle à la direction générale d'écoulement de fluide et une forme d'entonnoir. L'extrémité du pointeau de détente 1570 formant obturateur a une forme adaptée à celle de l'orifice 157.
  • Le dispositif 15 de la figure 7 est adapté pour une utilisation dans le circuit de climatisation de la figure 1. Dans le dispositif 15 de la figure 7, le trajet de détente Tr3 est agencé en parallèle du trajet principal Tr1 de sorte que l'entrée 1521 du trajet additionnel coïncide avec celle du trajet principal 1501, et que la sortie 1522 du trajet additionnel coïncide avec celle du trajet principal 1502.
  • Le dispositif 15 représenté sur la figure 9 est adapté au circuit de climatisation de la figure 3. Dans le dispositif 15 de la figure 9, le trajet de détente Tr3 et le trajet principal Tr1 sont agencés en série de sorte que la sortie principale 1522 du trajet Tr1 se raccorde au trajet de détente, en amont de l'orifice de détente 157. Dans cette forme de réalisation, l'entrée 1521 du trajet de détente et l'entrée 1501 du trajet principal sont disjointes, et la sortie 1522 du trajet additionnel est raccordée à l'entrée de l'évaporateur 13.
  • L'intégration du module de détente 12 dans le dispositif de régulation permet de diminuer le nombre de connexions dans le circuit et ainsi de réduire le risque de fuites. Il permet en outre de diminuer l'encombrement du circuit de climatisation.
  • Le dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 représenté sur les figures 6 à 9 présente l'avantage d'être peu coûteux tout en ayant des performances de régulation analogues à celles d'un dispositif de régulation électronique.
  • Certains éléments décrits dans le cadre de la présente invention peuvent avoir un intérêt particulier lorsqu'ils sont considérés séparément. C'est le cas notamment du dispositif de régulation d'écoulement de fluide 15 décrit en référence aux figures 6 à 9.
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Elle englobe toutes les variantes de réalisation qui pourront être envisagées par l'homme du métier.

Claims (10)

  1. Circuit de climatisation fonctionnant selon un cycle supercritique comprenant un compresseur (14), un refroidisseur de gaz (11), un échangeur interne (9), un module de détente (12) et un évaporateur (13) parcourus dans cet ordre par un fluide réfrigérant, caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
    - une branche de dérivation de fluide (200) dont l'entrée est reliée à un point choisi du circuit (1) où le fluide réfrigérant se trouve à l'état essentiellement gazeux, et
    - un dispositif de régulation d'écoulement de fluide (15) apte à ajuster la proportion de fluide à envoyer dans la branche de dérivation en fonction de la température de décharge du fluide réfrigérant à la sortie du compresseur.
  2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée de la branche de dérivation (200) est reliée à la branche du circuit s'étendant entre la sortie de l'évaporateur (13) et l'entrée de l'échangeur interne (9), et en ce que la sortie (O) de la branche de dérivation est reliée à l'entrée du compresseur (14).
  3. Circuit de climatisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée de la branche de dérivation (200) est reliée à la branche du circuit s'étendant entre la sortie du refroidisseur de gaz (11) et l'entrée de l'échangeur interne (9), et en ce que la sortie de la branche de dérivation est reliée à l'entrée du module de détente (12).
  4. Circuit de climatisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche de dérivation (200) est placée en parallèle avec le module de détente (12).
  5. Circuit de climatisation selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le module de détente (12) et le dispositif de régulation d'écoulement de fluide (15) sont intégrés dans un même module.
  6. Circuit de climatisation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de régulation d'écoulement de fluide (15) comporte un orifice à section de passage variable (150) et des moyens de contrôle (155).
  7. Circuit de climatisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (155) comportent un bulbe rempli d'un fluide de contrôle, placé sur le trajet du fluide entre la sortie du compresseur (14) et l'entrée du refroidisseur de gaz (11).
  8. Circuit de climatisation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de régulation d'écoulement de fluide comprend un corps (1500) définissant un trajet principal de fluide réfrigérant contrôlé par un pointeau (154), et un bulbe rempli d'un fluide de contrôle aménagé dans ledit corps, le bulbe étant apte à agir sur le pointeau (154) en fonction de la pression du fluide de contrôle.
  9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que le corps définit en outre un trajet de contrôle (Tr2) dont l'entrée est reliée à la sortie du compresseur (14) et dont la sortie est reliée à l'entrée du refroidisseur de gaz (11), le bulbe étant agencé de manière à être en contact avec le fluide qui circule dans le trajet de contrôle.
  10. Circuit selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le pointeau (154) comprend une tige de commande reliée mécaniquement au bulbe de manière à être mobile en translation en fonction de la pression exercée par le fluide de contrôle (153).
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