FR2840975A1 - Dispositif de vaporisation pour boucle de climatisation - Google Patents
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Abstract
La boucle de fluide réfrigérant comprend un dispositif de vaporisation (78) disposé entre l'évaporateur (5) et le compresseur (1) pour éviter l'entrée de liquide dans le compresseur. Le dispositif de vaporisation comprend un boîtier (7), dans lequel le fluide en provenance de l'évaporateur (5) circule vers le compresseur (1), tandis que le bottier est conformé pour loger une partie (8) du conduit reliant la sortie du compresseur à l'entrée du condenseur, ladite partie, étant de petit diamètre. Cette boucle de climatisation s'applique notamment aux installations de climatisation de véhicule à moteur.
Description
1 0 metallique.
VCL1389.FRD
Dispositif de vaporisation pour boucle de climatisation L' invention concerne une boucle de climatisation, notamment pour une installation de climatisation de l'habitacle d'un vehicule.
Une boucle de climatisation classique comporte un compres-
seur, un condenseur, un organe de detente et un evaporateur parcourus, dans cet ordre, par un fluide refrigerant. Le fluide refrigerant est comprime en phase gazeuse et amene a une pression elevee par le compresseur. Il est ensuite transforme en phase liquide par le condenseur, puis subit une perte de pression en passant dans l'organe de detente, qui peut etre par exemple un orifice calibre. Le liquide se
vaporise partiellement dans l'organe de detente en refroidis-
sant. A la sortie de ltorgane de detente, on obtient un melange de vapeur et de liquide a basse pression, qui est transmis a l'evaporateur ou il est transforme en phase gazeuse. Dans des realisations existantes, on utilise en outre un
separateur de phases place entre l'evaporateur et le compres-
seur pour proteger le compresseur contre une aspiration de gouttelettes de liquide. En effet, dans certaines conditions de fonctionnement, des gouttelettes de liquide vent presentes en sortie de l'evaporateur et vent aspirees par le compres seur. Ces gouttelettes de liquide peuvent provoquer un dysfonctionnement du compresseur ou une degradation des
performances thermiques du systeme.
De telles gouttelettes en sortie de l'evaporateur apparais-
sent classiquement lorsque l'organe de detente est un orifice calibre variable ou fixe. Wiles peuvent en outre apparaltre dans certains stades critiques de fonctionnement de
l' installation.
Dans des boucles de climatisation connus, de tels separateurs de phases vent volumineux et augmentent sensiblement
l'encombrement et le poids de l' installation de climatisa-
tion. Ils ne permettent pas d' optimiser l' espace occupe par l' installation de climatisation dans le vehicule. Par ailleurs de tels separateurs augmentent significativement le
cout d'une installation de climatisation pour vehicule.
C'est un but de la presente invention de proposer une boucle de climatisation capable de limiter l' aspiration de liquide
par le compresseur, par des moyens simples et economiques.
C'est encore un but de l' invention de proposer une telle boucle de climatisation ayant un encombrement et un poids reduit, pour pallier le manque de place frequent dans la
construction automobile.
L' invention propose, a cet effet, une boucle de fluide refrigerant, notamment pour une installation de climatisation de vehicule, comprenant un compresseur propre a clever la pression du fluide a l'etat gazeux, un condenseur propre a faire passer le fluide comprime par le compresseur a l'etat liquide, un organe de detente propre a abaisser la pression du fluide condense par le condenseur et un evaporateur propre a faire passer le fluide detendu a l'etat gazeux avant son retour dans le compresseur, ainsi que des moyens, dispose entre l'evaporateur et le compresseur, pour eviter l' entree de liquide dans le compresseur. La boucle comprend egalement un premier conduit reliant la sortie du compresseur a l' entree du condenseur. Avantageusement, les moyens pour eviter l' entree de liquide dans le compresseur comprennent un boltier, dans lequel le fluide en provenance de l'evaporateur circule vers le compresseur, tandis que le boltier est i conforme pour loger une partie du premier conduit, ladite partie, cite capillaire etant de diametre inferieur a 8 millimetres. Selon une caracteristique de l' invention, le fluide en provenance de ltevaporateur vers le compresseur circule dans le boltier selon une direction longitudinale sensiblement horizontale. Selon une autre caracteristique de l' invention, les moyens
pour eviter l' entree de liquide dans le compresseur compren-
nent un boltier, limite par une paroi laterale de revolution, d' exe sensiblement horizontal, une premiere paroi d'extremite raccordee par un conduit a la sortie de l'evaporateur et une deuxieme paroi d'extremite, raccordee par un conduit a l' entree du compresseur, ladite paroi delimitant le volume
interieur des dits moyens.
Dans une forme de realisation particuliere, la paroi laterale
du boltier est sensiblement cylindrique.
Les parois desdits moyens comportent deux ouvertures, ces
deux ouvertures permettant l' entree et la sortie du capil-
laire dans le boltier.
Avantageusement, la longueur du capillaire est superieure a
la longueur de la paroi du boltier.
La longueur du capillaire (8) est notamment inferieure a 1
metre.
En complement, le capillaire est sensiblement en forme d'helice. Le capillaire peut en outre comporter des ailettes sur sa
paroi exterieure.
t Selon une autre caracteristique de l' invention, le capillaire
est realise en materiau inoxydable.
En variante, le capillaire est realise en aluminium ou en alliage d'aluminium. En complement, la boucle comprend un reservoir propre a
absorber les variations de volume du fluide.
Le reservoir peut etre place entre la sortie du condenseur et
l' entree de l'organe de detente.
En variante, le reservoir est integre au condenseur, celui-ci comportant une zone de sous-refroidissement en aval du
reservoir.
Selon un autre aspect de ['invention, l'organe de detente est
sous la forme d'un orifice calibre.
D'autres caracteristiques et avantages de l' invention
apparaitront a l'examen de la description detaillee ci-apres,
et des dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est une vue d'ensemble d'une boucle de climati sation d'une installation de climatisation de vehicule, selon une realisation de l'art anterieur,
- la figure 2 represente un schema d'une boucle de climati-
sation de l'art anterieur comportant un separateur de phases, -la figure 3 represente un schema d'une boucle de climatisa tion, selon une forme de realisation de l' invention, - la figure 4 est une vue en coupe axiale du dispositif de vaporisation, selon cette forme de realisation,
- la figure 5 represente un schema d'une boucle de climatisa-
tion, selon une autre forme de realisation de ['invention, et - la figure 6 est une vue en coupe axiale du dispositif de
vaporisation, selon cette autre forme de realisation.
Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des elements de caractere certain. Ils pourront done non senlement servir a
mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer
a la definition de l' invention, le cas echeant.
On se refere tout d'abord a la figure 1 qui represente une vue d'ensemble d'une boucle de climatisation integree a un vehicule. La boucle de climatisation est parcourue par une
fluide refrigerant, par exemple le fluide refrigerant R134a.
La boucle de climatisation comprend un compresseur 1, un condenseur 2, un reservoir de liquide 3, un organe de detente 4 et un evaporateur 5, parcourus dans cet ordre par le fluide
refrigerant, et relies entre eux par un ensemble de conduits.
L'ensemble de conduits comprend un premier conduit 91 reliant la sortie du compresseur a l' entree du condenseur, un deuxieme conduit 92 reliant la sortie de l'evaporateur a l' entree du compresseur, un troisieme conduit 93 reliant la sortie du condenseur a l' entree du reservoir de liquide et un quatrieme conduit 94 reliant le reservoir de liquide a
l'organe de detente.
Dans une autre forme de realisation connue, le reservoir de liquide 3 peut etre integre au condenseur 2, auquel cas le troisieme conduit 930 relic la sortie du condenseur a l'organe de detente et le quatrieme conduit 940 relic l'organe de detente a l' entree de l'evaporateur. Cette forme
de realisation est illustree sur la figure 2.
Le fluide refrigerant circulant dans ltensemble de conduits
de la figure 1 subit une elevation de pression et de tempera-
ture dans le compresseur 1. Le fluide est ensuite transforme
en phase liquide a haute pression par le condenseur 2.
L'organe de detente 4 abaisse la pression creee par le compresseur. L'organe de detente peut etre un orifice calibre ou un detendeur, par exemple un detendeur thermostatique. La
description sera faite ci-apres en reference a un orifice
calibre, a titre d'exemple non limitatif. En sortie de l' orifice calibre, le fluide refrigerant se presente sous la
forme d'un melange de vapeur et de liquide a basse pression.
Ce melange arrive alors dans l'evaporateur 5 qui provoque l' evaporation du liquide en prelevant la chaleur d'un flux d' air 51. Le condenseur 2 recoit un flux d' air exterieur 21 pour evacuer cette chaleur ainsi que la chaleur produite par
la compression du fluide.
On se refere maintenant a la figure 2 qui est une vue schematique de la boucle de climatisation de l' art anterieur, decrite ci-avant. Cette boucle de climatisation comprend un separateur de phase 6 place entre l'evaporateur et le compresseur sur le conduit 92. Ce separateur de phase est destine a empecher ['absorption de gouttelettes de liquide par le compresseur, eventuellement transmises par l'evapora
teur 5.
Le separateur de phases 6 se presente sous forme d'un reser-
voir propre a separer la phase liquide de la phase vapeur du fluide refrigerant qui circule entre ltevaporateur et le compresseur. Il permet de ne transmettre que la phase vapeur au compresseur. La phase liquide, qui est envoyee au fond du
separateur de phases, peut etre vaporisee par apport exte-
rieur de chaleur pour etre a son tour transmise au compres-
seur. La Demandere s s e a mi s en place une boucle de cl imati sat ion
permettant de simplifier ce fonctionnement, tout en conser-
vant des performances satisfaisantes.
Pour cela, l' invention propose une boucle de climatisation dans laquelle l' elimination du liquide est realisee par echange thermique entre une partie de la zone haute pression
HP de la boucle et une partie de la zone basse pression BP.
En reference a la figure 2, la zone haute pression est situee au-dessus de la ligne en traits mixtes et la zone basse pression au-dessous de la ligne en traits mixtes. On se refere maintenant a la figure 3. La boucle de climatisation selon ['invention comprend un moyen pour eviter lt entree de liquide dans le compresseur, dit dispositif de vaporisation 78, dispose entre la sortie de l'evaporateur 5 et ['entree du compresseur 1. Le dispositif de vaporisation 78 comprend un boitier de forme cylindrique de revolution, propre a recevoir le fluide a basse pression provenant de l'evaporateur 5 et comportant d'eventuelles gouttelettes de liquide, et a transmettre le fluide au compresseur 1 apres traitement. Le boitier 7 du dispositif de vaporisation est traversee par le conduit 91 reliant la sortie du compresseur 1 a l' entree du condenseur 2. Plus precisement, la partie 8 du premier conduit logee dans le boitier est un conduit de petit diametre, dit capillaire. Le diametre du capillaire est
avantageusement inferieur a 8 millimetres.
Cette conformation particuliere permet de remplacer le dispositif de vaporisation de l' art anterieur en vaporisant les gouttelettes de liquide eventuellement presentes dans le
fluide en provenance de l'evaporateur 5.
En outre, cette conformation permet d'effectuer un abaissement de temperature dans le capillaire et done une
pre-detente.
En reference a la figure 4, le boltier 7 du separateur de phase est oriente horizontalement et est limite par une paroi
laterale cylindrique 72, et deux parois d'extremite 70 et 71.
La paroi d'extremite 70 est raccordee de maniere etanche a la sortie de l'evaporateur par la partie 920 du deuxieme conduit l 92. La paroi d'extremite 71 est raccordee de maniere etanche a l' entree du compresseur par la partie 921 du deuxieme
conduit 92.
Par ailleurs, la paroi du boitier du dispositif de vaporisation comprend une premiere ouverture 80, realisee par exemple sur la paroi l'extremite 70, et une deuxieme ouverture 81, realisee par exemple sur la paroi d'extremite 71. La deuxieme ouverture 81 est situee entre la premiere ouverture 80 et l'extremite du boitier 7, delimitee par la
paroi d'extremite 71.
Dans une forme de realisation, le capillaire en provenance de la sortie du compresseur est introduit par l'ouverture 81 et ressort par l'ouverture 80 vers l' entree du condenseur. Le capillaire est soude au boitier au niveau de ces ouvertures
par des techniques connues de l'homme du metier.
Ainsi, le capillaire 8 est loge dans le boitier 7 du
dispositif de vaporisation.
Le capillaire 8 du dispositif de vaporisation 78 a une longueur superieure a la longueur du boltier. Dans une realisation avantageuse cette longueur est inferieure a 1
metre.
En particulier, le capillaire 8 a une forme d'helice, afin de
loger une longueur importante du capillaire dans le boitier.
Le fluide refrigerant circule dans le capillaire 8 dans le sens compresseur/condenseur. Ce sens de circulation est
indique par les fleches en traits interrompus sur la figure.
La compression dans le compresseur 1 a permis au fluide d'atteindre une pression et une temperature elevees, et par suite le fluide qui traverse le capillaire est egalement a
pression et temperature elevees.
Par ailleurs, le fluide circule dans le boitier, a l'exte-
rieur du capillaire, dans le sens evaporateur/compresseur, comme indique par les fleches en trait plein. Le fluide sortant de l'evaporateur se trouve a basse pression et a basse temperature. Dans la forme de realisation de la figure 3, le fluide qui circule dans le boitier, a l'exterieur du capillaire, et le
fluide qui circule dans le capillaire vent a contre-courant.
La difference de temperature entre le fluide qui circule dans le capillaire 8 et le fluide qui circule a l'exterieur du capillaire dans le boitier favorise un echange thermique. Cet echange thermique est apte a vapori ser l es gouttelettes de liquide eventuellement presentes dans le fluide qui circule dans le deuxieme conduit, a l'exterieur du capillaire 40. Il permet done d'alimenter le compresseur uniquement en fluide refrigerant gazeux et de s'affranchir de l'utilisation d'un
dispositif de vaporisation trop volumineux.
Le capillaire peut etre conforme pour favoriser l'echange thermique. Il peut comporter par exemple de petites ailettes
qui augmentent la dissipation thermique.
En outre, l'utilisation d'un capillaire entre le compresseur et le condenseur permet un abaissement de la pression, complementaire a la detente realisee au niveau de l' orifice calibre. Il s'ensuit un meilleur controle de la temperature
de refoulement et de la haute pression.
Les figures 5 et 6 i l lust rent une deuxieme forme de real i s a-
tion de ['invention. Dans cette forme de realisation, le capillaire en provenance de la sortie du condenseur 2 est
introduit dans l' ouverture 80 et ressort par l' ouverture 81.
Par suite, le fluide refrigerant qui circule dans le boltier 7 a ltexterieur du capillaire 8 et le fluide refrigerant qui
circule dans le capillaire 8 ont un meme sens de circulation.
Dans les deux formes de realisation, la boucle de climatisation comprend egalement un reservoir de liquide 3
propre a absorber les variations de volume du fluide.
Le reservoir de liquide peut etre place entre le condenseur
et l' orifice calibre.
Avantageusement, on peut utiliser un condenseur comportant
un reservoir de liquide integre et une zone de sous-refroi-
dissement. Le capillaire 8 du dispositif de vaporisation 78 est immerge dans le fluide qui circule dans le boltier et est done susceptible de subir une oxydation. Pour eviter cette oxydation et l'usure qui en resulte, le capillaire 8 est realise a partir de materiau inoxydable, en particulier en
aluminium ou en alliage d'aluminium.
Le dispositif de vaporisation 78 permet done de realiser la fonction d' evaporation des gouttelettes de liquides eventuel lement presentes en sortie de l'evaporateur, tout en assurant une fonction de pre-detente. En utilisant en outre un condenseur a bouteille integree, la boucle de climatisation
fournit une reserve de liquide et une filtration efficace.
L'encombrement de la boucle de climatisation est egalement ameliore. Le separateur de phase est forme d'un simple boltier et d'un capillaire. Il ne contient aucun organe mecanique et ne necessite aucun reglage. De plus, l'encombrement est ameliore par l'imbrication d'une partie du premier conduit 91 dans le boitier qui est place sur le deuxieme conduit 92. Cette reduction de l'encombrement de la boucle de cl imatisat ion est particul ierement intere s sante pour les installations de climatisation de vehicules a moteur qui vent logees dans des compartiments moteur de plus en plus petite. La structure simple du capillaire, sa fiabilite et sa tenue dans le temps garantissent un cout de revient extremement
faible et des performances elevees.
Bien entendu, l' invention n'est pas limitee aux formes de realisation decrites precedemment a titre d'exemple et s'etend a d'autres variantes, notamment en ce qui concerne le choix de la longueur du capillaire. Par exemple, pour optimiser la longueur du capillaire, l' invention peut utiliser une relation liant cette longueur au diametre du capillaire. Une telle relation depend des parametres suivants: -La quantite de chaleur a echanger entre le fluide circulant dans le capillaire et le fluide circulant dans le boitier, -le debit de fluide dans le capillaire et le debit de fluide dans le boitier, -la temperature de ltenvironnement de la boucle de climatisation, -la temperature du fluide, -la matiere du capillaire (par exemple l'aluminium), -la forme generale du capillaire (par exemple, section circulaire ou carree),et
-le rayon de courbure du capillaire a l'interieur du boitier.
En outre, l' invention n'est pas limitee a un boltier de forme cylindrique. En variante, d'autres formes peuvent etre envisagees. L' invention n'est pas non plus limitee a un organe de detente de type orifice calibre. D'autres types d'organes de detente
peuvent etre utilises, comme par example un detendeur thermostatique.
Claims (15)
1. Boucle de fluide refrigerant, notamment pour une installa tion de climatisation de vehicule, comprenant un compresseur (1) propre a clever la pression du fluide a l'etat gazeux, un condenseur (2) propre a faire passer le fluide comprime par le compresseur a ltetat liquide, un organe de detente (4) propre a abaisser la pression du fluide condense par le condenseur et un evaporateur (5) o propre a faire passer le fluide detendu a ltetat gazeux avant son retour dans le compresseur, ainsi que des moyens (78), dispose entre l'evaporateur et le compresseur, pour eviter l' entree de liquide dans le compresseur, la boucle comprenant un premier conduit (91) reliant la sortie du compresseur a l' entree du condenseur, caracterisee en ce que lesdits moyens (78) comprennent un boitier, dans lequel le fluide en provenance de l'evaporateur circule vers le compresseur, et en ce que le boitier est conforme pour loger une partie (8) du premier conduit, ladite partie, cite capillaire etant de diametre
inferieur a 8 millimetres.
2. Boucle selon la revendication 1, caracterisee en ce que le fluide en provenance de l'evaporateur vers le compresseur circule dans le boltier (7) selon une
direction longitudinale sensiblement horizontale.
3. Boucle selon la revendication 2, caracterisee en ce que le boitier (7) est limite par une paroi laterale de revolution (72), d' exe sensiblement horizontal, une premiere paroi d'extremite (71) raccordee par un conduit a la sortie de l'evaporateur et une deuxieme paroi d'extremite (70), raccordee par un conduit a l' entree du compresseur, ladite paroi delimitant le volume interieur
du dispositif de vaporisation.
4. Boucle selon la revendication 3, caracterisee en ce que la paroi laterale (72) du boitier (7) est sensiblement cylindrique.
5. Boucle selon la revendication 4, caracterisee en ce que les parois comportent deux ouvertures (80,81), ces deux ouvertures permettant l' entree et la sortie du capillaire
(8) dans le boitier (7).
o
6. Boucle selon l'une des revendications precedentes,
caracterisee en ce que la longueur du capillaire (8) est
superieure a la longueur du bo1tier (7).
7. Boucle selon la revendication 6, caracterisee en ce que la longueur du capillaire (8) est inferieure a 1 metre.
8. Boucle selon l'une des revendications precedentes,
caracterisee en ce que le capillaire (8) est
sensiblement en forme d'helice.
9. Boucle selon l'une des revendications precedentes,
caracterisee en ce que le capillaire (8) comporte des
ailettes sur sa paroi exterieure.
10. Boucle selon l'une des revendications precedentes,
caracterisee en ce que le capillaire (8) est realise en
materiau inoxydable.
11. Boucle selon l'une des revendications 1 a 9, caracterisee
en ce que le capillaire (8) est realise en aluminium ou
en alliage d'aluminium.
12. Boucle selon l'une des revendications precedentes,
caracterisee en ce qu'elle comprend un reservoir (3)
propre a absorber les variations de volume du fluide.
13. Boucle selon la revendication 12, caracterisee en ce que le reservoir est place entre la sortie du condenseur (2)
et ['entree de l'organe de detente (4).
14. Boucle selon la revindication 12, caracterisee en ce que le reservoir (3) est integre au condenseur, celui-ci comportant une zone de sousrefroidissement en aval du reservoir.
lo
15. Boucle selon l'une des revendications precedences,
caracterisee en ce que l'organe de detente (4) est sous
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|---|---|---|---|
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