FR2756513A1 - Module de commutation et de detente pour circuit de climatisation et de chauffage additionnel - Google Patents

Abstract

En mode de chauffage, le fluide du circuit de climatisation circule dans une branche dérivée (3) en évitant le condenseur (6). L'évaporateur (5) reçoit alors le fluide à l'état gazeux et joue le rôle d'échangeur de chaleur pour dissiper la chaleur produite dans le compresseur (4). La chaleur dissipée par l'évaporateur peut être utilisée pour chauffer l'habitacle lorsque le moteur thermique du véhicule est froid. Selon l'invention, deux vannes à deux voies (12, 13) permettant de faire circuler le fluide soit dans la boucle de climatisation, soit dans la branche dérivée, un détendeur (14) appartenant à cette dernière et une vanne de surpression (16) en dérivation sur la première vanne sont réunis dans un module monobloc (20) comprenant un bloc massif (21) dans lequel sont ménagés des alésages (28-32) définissant des trajets pour le fluide.

Description

Module de commutation et de détente pour circuit de climati-

sation et de chauffage additionnel L'invention concerne un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide réfrigérant comportant une première branche contenant un évaporateur suivi d'un compresseur, une seconde branche contenant un condenseur et une troisième branche dépourvue de condenseur, les seconde et troisième branches étant placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement, contenant également un premier détendeur interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage, le dispositif comprenant en outre des moyens pour envoyer dans l'habitacle un flux d'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur, et des moyens de commutation étant prévus pour faire circuler le fluide sortant de la première branche soit dans la seconde branche, en établissant un mode de refroidissement du flux d'air, soit

dans la troisième branche, en établissant un mode de réchauf-

fage du flux d'air, les moyens de commutation comprenant une première vanne placée dans la seconde branche en amont du condenseur et une seconde vanne placée dans la troisième branche.

Un tel dispositif est décrit par exemple dans FR-A-2 717 126.

Le but de l'invention est de proposer des moyens permettant

une réalisation simple et économique de ce dispositif.

L'invention vise notamment un dispositif du genre défini en introduction, et prévoit que les première et seconde vannes, ainsi qu'une soupape de surpression branchée en parallèle avec la seconde vanne pour permettre un retour de fluide vers le condenseur en cas d'excès de pression à la sortie du compresseur, sont réunies dans un module monobloc présentant une entrée reliée à la sortie du compresseur, une première sortie reliée à l'entrée du condenseur et une seconde sortie

reliée à l'extrémité aval de la troisième branche.

Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen-

taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Le premier détendeur est dans la seconde branche et un second détendeur est prévu dans la troisième branche et

intégré dans ledit module.

- Le module comprend un bloc massif dans lequel sont ménagés des alésages définissant les trajets du fluide réfrigérant

entre l'entrée et les sorties du module.

- Le bloc massif présente des premier, second, troisième et quatrième alésages, les premier et troisième alésages débouchant dans une première face du bloc pour définir l'entrée et la première sortie du module respectivement, le premier alésage communiquant en outre avec la seconde sortie par l'intermédiaire de la seconde vanne, le second alésage débouchant dans une seconde face, adjacente à la première, du bloc par un premier orifice obturé, coupant le premier alésage entre l'entrée et la seconde sortie et communiquant avec le troisième alésage par l'intermédiaire de la première vanne, et le quatrième alésage débouchant dans une face du bloc, choisie entre ladite seconde face et une troisième face opposée à celle-ci, par un second orifice obturé, reliant le premier alésage, entre l'entrée et son point d'intersection avec le second alésage, et le troisième alésage, entre la première vanne et la première sortie, et contenant la soupape

de surpression.

- Les axes des premier, second, troisième et quatrième

alésages sont sensiblement dans un même plan.

- Les axes des premier et troisième alésages d'une part, et

ceux des second et quatrième alésages d'autre part, s'éten-

dent selon deux directions sensiblement perpendiculaires

l'une à l'autre.

- Le bloc présente un cinquième alésage débouchant dans l'une des seconde et troisième faces pour définir la seconde sortie du module, et dans lequel le second détendeur est disposé

entre la seconde vanne et la seconde sortie.

- L'axe du cinquième alésage est sensiblement dans le même plan que ceux des autres alésages et s'étend sensiblement

parallèlement à ceux des second et quatrième alésages.

- Les première et seconde vannes sont du type à pilotage indirect et comportent chacune une membrane logée dans une chambre et propre à établir ou à interrompre, en fonction de la position d'un piston à commande électromagnétique, la communication entre deux conduits qui débouchent dans ladite chambre, les deux conduits de la première vanne communiquant respectivement avec les second et troisième alésages et les deux conduits de la seconde vanne communiquant respectivement

avec les premier et cinquième alésages.

- Les deux conduits de chacune des première et seconde vannes s'étendent sensiblement perpendiculairement au plan des axes

des premier à quatrième alésages.

- Les chambres des deux vannes sont formées dans des alésages borgnes respectifs débouchant dans une quatrième face, adjacente aux première, seconde et troisième faces, du bloc, et lesdits pistons à commande électromagnétique agissent sur

le fluide dans d'autres alésages borgnes du bloc.

- La première vanne est normalement ouverte et peut être fermée au moyen d'un signal électrique, et la seconde vanne est normalement fermée et peut être ouverte au moyen d'un

signal électrique.

L'invention a également pour objet un module propre à faire partie d'un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel sont réunies des première et seconde vannes, une soupape de surpression et le cas échéant un détendeur et comprenant un bloc massif dans lequel sont ménagés des alésages définissant des trajets de fluide réfrigérant entre une entrée et des

première et seconde sorties du module.

Les caractéristiques et avantages de l'invention seront

exposés plus en détail dans la description ci-après, en se

référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure i est un schéma du circuit de fluide réfrigérant d'un dispositif selon l'invention pour la climatisation et le chauffage d'appoint de l'habitacle d'un véhicule; et la figure 2 est une vue partielle et schématique du bloc,

en coupe selon la ligne II-II de la figure 1.

Dans le circuit de la figure i circule un fluide propre à passer de l'état liquide à l'état gazeux en absorbant de la chaleur, et de l'état gazeux à l'état liquide en cédant de la chaleur, comme c'est le cas de façon habituelle dans les installations de climatisation de véhicules. La plupart des composants de ce circuit, à l'exclusion du module selon l'invention, sont également rencontrés de façon habituelle

dans ces mêmes installations de climatisation.

Les composants du circuit sont répartis dans trois branches 1, 2 et 3 se raccordant entre elles en deux points de jonction A et B. Une partie de chacune des trois branches, et le point de raccordement B, sont formés par un module 20 comprenant un bloc métallique massif 21 ayant la forme générale d'un parallélépipède rectangle et présentant, dans l'orientation selon la figure 1, une face supérieure 22, une face inférieure 23, une face droite 24, une face gauche 25, une face arrière 26 et une face avant 27. Cinq alésages ayant leur axe dans le plan de la figure 1 sont ménagés dans le bloc 21. Un alésage 28 d'axe vertical s'étend de la face 22 à la face 23. Un alésage borgne 29 d'axe horizontal s'étend à partir de la face 24, coupe l'alésage 28 au point B et s'étend au-delà de celui-ci. Un alésage borgne 30 d'axe vertical part de la face supérieure 22 et s'étend jusqu'à un fond situé légèrement au- delà du fond de l'alésage 29, de sorte que ces deux alésages ne communiquent pas directement entre eux. Un alésage borgne 31 d'axe horizontal part de la face gauche 25 et s'étend jusqu'à un fond situé légèrement en deçà de l'alésage 28, de sorte que ces deux alésages ne communiquent pas directement entre eux. Un alésage 32 d'axe horizontal part également de la face gauche 25, coupe l'alésage 30 et s'étend jusqu'à l'alésage 28. L'extrémité inférieure de l'alésage 28, l'extrémité droite de l'alésage 29 et l'extrémité gauche de l'alésage 32 sont obturées de façon étanche au fluide par des bouchons rapportés 33, 34 et 35. Les fonds des alésages 29 et 30 sont reliés entre eux par une vanne à deux voies 12. Cette vanne comprend un conduit d'entrée 36 et un conduit de sortie 37 s'étendant vers l'arrière, perpendiculairement au plan de la figure 1, respectivement à partir du fond de l'alésage 29 et de celui de l'alésage 30. Les extrémités arrière des deux conduits peuvent être mises en communication mutuelle ou non pour réaliser l'ouverture ou la fermeture de la vanne, d'une manière qui sera décrite plus loin. De même, l'alésage 28, entre le point B et le bouchon 33, et le fond de l'alésage 31 sont reliés entre eux par une vanne à deux voies 13. Cette vanne comprend, de la même façon que la vanne 12, un conduit d'entrée 38 et un conduit d'entrée 39 s'étendant vers l'arrière à partir de l'alésage 28 et du fond de l'alésage 31

respectivement.

La branche 1 contient un compresseur 4 qui y fait circuler le fluide du point A vers le point B, et un évaporateur 5 placé en amont du compresseur. Un capteur de pression 9 détecte la pression du fluide à la sortie du compresseur. La branche 1 pénètre dans le bloc 21 par l'extrémité supérieure ouverte 40 de l'alésage 28 et se termine par le tronçon de cet alésage compris entre l'extrémité 40 et le point d'intersection B. La

branche 2 commence par le tronçon de l'alésage 28 situé au-

delà du point B, puis comprend la vanne 12 et la totalité de l'alésage 30. Elle sort du bloc 21 par l'extrémité supérieure ouverte 41 de cet alésage. La branche 2 contient, de la

sortie du bloc vers le point A, un condenseur 6, une bou-

teille 7, un clapet anti-retour 8 et un détendeur thermos-

tatique 10.

La branche 3 commence par le tronçon de l'alésage 28 compris entre le point B et le conduit 38, puis comprend la vanne 13 et la totalité de l'alésage 31, dans lequel est monté un détendeur 14 représenté schématiquement sous la forme d'un élément mobile axialement formant avec la paroi de l'alésage un passage étranglé de section réglable. La branche 3 sort du bloc 21 par l'extrémité ouverte 43 de l'alésage 31 pour rejoindre le point A.

L'alésage 32 contient une soupape de surpression 16 représen-

tée schématiquement sous la forme d'un obturateur mobile axialement, sollicité vers la droite par un ressort non

représenté de façon à s'appliquer contre un siège en empê-

chant le passage du fluide par l'alésage 32, excepté lorsque la pression du fluide dans l'alésage 28 est suffisamment élevée pour repousser l'obturateur contre l'action du

ressort.

Comme on le voit sur la figure 2, les conduits 38 et 39 de la vanne 13 débouchent dans une cavité 44 ménagée à partir de la face arrière 26 du bloc, et peuvent communiquer entre eux par l'intermédiaire de cette cavité. La cavité est séparée de l'extérieur du bloc par un bouchon non représenté. Une membrane non représentée qui y est logée peut s'appliquer sur l'extrémité du conduit 39 pour interrompre la communication

entre celui-ci et le conduit 38 et fermer ainsi la vanne 13.

La membrane divise la cavité 44 en un premier compartiment dans lequel débouche le conduit 38 et un second compartiment qui est reliée par un conduit non représenté à une autre cavité 46 ménagée à partir de la face avant 27 du bloc. Dans la cavité 46 est vissé un cylindre d'actionnement non représenté dans lequel un piston est mû par un solénoïde de façon à obturer ou à libérer un orifice faisant communiquer la cavité 46 avec le conduit 39. Un autre orifice plus petit ménagé dans la membrane fait communiquer entre eux les deux compartiments de la cavité 44 pour établir dans le second compartiment, lorsque le premier orifice est obturé par le piston, la pression du fluide en amont de la vanne, laquelle est ainsi fermée. Au contraire, lorsque le piston libère l'orifice, la pression dans le second compartiment décroît et la vanne s'ouvre. La conception de la vanne 12 est semblable

à celle de la vanne 13.

Pour le fonctionnement du dispositif en mode de refroidisse-

ment, une unité de commande ouvre la vanne 12 et ferme la vanne 13. Le fluide réfrigérant circule dans la boucle de

refroidissement formée par les branches 1 et 2.

Plus précisément, le fluide refoulé par le compresseur 4 passe de l'entrée 40 à la sortie 41 du module 20 par les

alésages 28, 29 et 30, le point B et la vanne 12 pour attein-

dre ensuite le condenseur 6 o il se condense en cédant de la chaleur à l'air ambiant, puis traverse la bouteille 7 et le clapet anti-retour 8 et subit une détente dans le détendeur thermostatique 10. Le fluide s'évapore dans l'évaporateur 5

en refroidissant de l'air destiné à être envoyé dans l'habi-

tacle du véhicule. Le fluide gazeux sortant de l'évaporateur est de nouveau aspiré par le compresseur. Dans le mode de réchauffage, les vannes 12 et 13 sont respectivement fermée et ouverte. Le fluide circule dans la boucle de réchauffage formée par les branches 1 et 2. En sortant du compresseur 4, il passe par le point B, la vanne 13 et le détendeur 14 et atteint, en restant à l'état gazeux, l'évaporateur 5 o il cède de la chaleur à de l'air destiné à être envoyé dans l'habitacle. Le fluide revient ensuite au compresseur. Lorsque la pression du fluide dans la boucle de réchauffage est anormalement basse, en raison d'une masse insuffisante de fluide dans cette boucle ou d'une basse température, le détendeur 14 est fermé. Le compresseur aspire alors, à travers l'évaporateur 5, du fluide de la branche 2 et notamment de la bouteille 7. La quantité de fluide dans la boucle de réchauffage augmente donc et par conséquent la pression à la sortie du compresseur. Lorsque celle-ci atteint la valeur d'ouverture du détendeur 14, la circulation du fluide s'établit dans la boucle de réchauffage. Le fluide à l'état liquide qui peut se trouver en amont de l'évaporateur dans la branche i s'évapore. La pression en aval du clapet anti-retour 8 dans la branche 2 s'élève au-dessus de la pression en amont de celui-ci, de sorte que le transfert de

fluide à partir de la bouteille est interrompu.

Si au contraire la pression du fluide dans la boucle de réchauffage excède un seuil prédéterminé, la soupape de surpression 16 s'ouvre et une partie du fluide est transférée de la boucle de réchauffage vers le condenseur 6. Ceci peut se produire après une phase de pompage de fluide dans la boucle de réchauffage, ou en cas d'élévation de pression due

à un régime élevé du moteur du véhicule.

Avantageusement, la vanne 12 est normalement ouverte et la vanne 13 normalement fermée, de sorte qu'une défaillance de l'alimentation électrique des cylindres d'actionnement permet le fonctionnement du dispositif pour la climatisation, ce qui

correspond à sa destination principale.

Il est possible de monter sur le bloc 21, notamment au niveau

des bouchons d'obturation des alésages, des capteurs permet-

tant de surveiller des caractéristiques du fluide réfrigérant telles que pression et température, et le cas échéant

d'utiliser ces paramètres pour le pilotage du dispositif.

Selon une variante de l'invention, le détendeur 14 n'est pas intégré au module et est interposé entre la seconde sortie de celui-ci et le point A.

Claims (13)

Revendications

1. Dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide réfrigérant comportant une première branche (1) contenant un évaporateur (5) suivi d'un compresseur (4), une seconde branche (2) contenant un condenseur (6) et une troisième branche (3) dépourvue de condenseur, les seconde et troisième branches étant placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement, contenant également un premier détendeur (10) interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage (1, 3), le dispositif comprenant en outre des moyens pour envoyer dans l'habitacle un flux d'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur, et des moyens de commutation (12, 13) étant prévus pour faire circuler le fluide sortant de la première branche soit dans la seconde branche, en établissant un mode de refroidissement du flux d'air, soit dans la troisième branche, en établissant

un mode de réchauffage du flux d'air, les moyens de commuta-

tion comprenant une première vanne (12) placée dans la seconde branche en amont du condenseur et une seconde vanne (13) placée dans la troisième branche, caractérisé en ce que les première et seconde vannes, ainsi qu'une soupape de surpression (16) branchée en parallèle avec la seconde vanne pour permettre un retour de fluide vers le condenseur en cas d'excès de pression à la sortie du compresseur, sont réunies dans un module monobloc (20) présentant une entrée (40) reliée à la sortie du compresseur, une première sortie (41) reliée à l'entrée du condenseur et une seconde sortie (43)

reliée à l'extrémité aval de la troisième branche.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier détendeur (10) est dans la seconde branche et qu'un second détendeur (14) est prévu dans la troisième

branche (3) et intégré dans ledit module.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que le module comprend un bloc massif (21) dans lequel sont ménagés des alésages (28-32) définissant les trajets du fluide réfrigérant entre l'entrée et les sorties

du module.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bloc massif présente des premier, second, troisième et quatrième alésages (2830, 32), les premier et troisième alésages (28, 30) débouchant dans une première face (22) du bloc pour définir l'entrée (40) et la première sortie (41) du module respectivement, le premier alésage communiquant en outre avec la seconde sortie (43) par l'intermédiaire de la seconde vanne (13), le second alésage (29) débouchant dans une seconde face (24), adjacente à la première, du bloc par un premier orifice obturé, coupant le premier alésage entre l'entrée (40) et la seconde sortie (43) et communiquant avec le troisième alésage (30) par l'intermédiaire de la première vanne (12), et le quatrième alésage (32) débouchant dans une face (25) du bloc, choisie entre ladite seconde face (24) et une troisième face (25) opposée à celle-ci, par un second orifice obturé, reliant le premier alésage, entre l'entrée et son point d'intersection (B) avec le second alésage, et le troisième alésage, entre la première vanne et la première

sortie, et contenant la soupape de surpression (16).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les axes des premier, second, troisième et quatrième

alésages sont sensiblement dans un même plan.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les axes des premier et troisième alésages d'une part, et

ceux des second et quatrième alésages d'autre part, s'éten-

dent selon deux directions sensiblement perpendiculaires

l'une à l'autre.

7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6,

rattachée à la revendication 2, caractérisé en ce que le bloc présente un cinquième alésage (31) débouchant dans l'une (25) des seconde et troisième faces (24, 25) pour définir la seconde sortie (43) du module, et dans lequel le second détendeur (14) est disposé entre la seconde vanne (13) et la

seconde sortie.

8. Dispositif selon la revendication 7, rattachée à la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe du cinquième alésage est sensiblement dans le même plan que ceux des autres alésages et s'étend sensiblement parallèlement à ceux

des second et quatrième alésages.

9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8,

caractérisé en ce que les première et seconde vannes (12, 13) sont du type à pilotage indirect et comportent chacune une membrane logée dans une chambre (44) et propre à établir ou à interrompre, en fonction de la position d'un piston à commande électromagnétique, la communication entre deux conduits (38, 39) qui débouchent dans ladite chambre, les deux conduits (36, 37) de la première vanne communiquant respectivement avec les second et troisième alésages (29, 30)

et les deux conduits (38, 39) de la seconde vanne communi-

quant respectivement avec les premier et cinquième alésages

(28, 31).

10. Dispositif selon la revendication 9, rattachée à la revendication 5, caractérisé en ce que les deux conduits de

chacune des première et seconde vannes s'étendent sensible-

ment perpendiculairement au plan des axes des premier à

quatrième alésages.

11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10,

caractérisé en ce que les chambres des deux vannes sont formées dans des alésages borgnes respectifs (44) débouchant dans une quatrième face (26), adjacente aux première, seconde et troisième faces, du bloc, et en ce que lesdits pistons à commande électromagnétique agissent sur le fluide dans

d'autres alésages borgnes (46) du bloc.

12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que la première vanne est normalement ouverte et peut être fermée au moyen d'un signal électrique, et que la seconde vanne est normalement fermée et peut être

ouverte au moyen d'un signal électrique.

13. Module (20) propre à faire partie d'un dispositif selon

l'une des revendications 3 à 11, ou selon la revendication 12

rattachée à la revendication 3, dans lequel sont réunies des

première et seconde vannes (12, 13), une soupape de surpres-

sion (16) et le cas échéant un détendeur (14) et comprenant un bloc massif (21) dans lequel sont ménagés des alésages (28-32) définissant des trajets de fluide réfrigérant entre une entrée (40) et des première et seconde sorties (41, 43)

du module.