WO2014095592A1 - Systeme de regulation d'une detente d'un fluide refrigerant - Google Patents

Systeme de regulation d'une detente d'un fluide refrigerant Download PDF

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WO2014095592A1
WO2014095592A1 PCT/EP2013/076436 EP2013076436W WO2014095592A1 WO 2014095592 A1 WO2014095592 A1 WO 2014095592A1 EP 2013076436 W EP2013076436 W EP 2013076436W WO 2014095592 A1 WO2014095592 A1 WO 2014095592A1
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heat exchanger
refrigerant
expansion
air flow
external heat
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Application number
PCT/EP2013/076436
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Inventor
Jin-ming LIU
Mohamed Yahia
Samy Hammi
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31Expansion valves
    • F25B41/33Expansion valves with the valve member being actuated by the fluid pressure, e.g. by the pressure of the refrigerant
    • F25B41/335Expansion valves with the valve member being actuated by the fluid pressure, e.g. by the pressure of the refrigerant via diaphragms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2341/00Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/06Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/063Feed forward expansion valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2341/00Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/06Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/068Expansion valves combined with a sensor
    • F25B2341/0683Expansion valves combined with a sensor the sensor is disposed in the suction line and influenced by the temperature or the pressure of the suction gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2106Temperatures of fresh outdoor air

Definitions

  • the technical field of the present invention is that of systems for regulating an expansion of a refrigerant fluid circulating within a refrigerant circuit.
  • Such a system is particularly suitable for implementing the expansion of the refrigerant when the refrigerant circuit is operated in heating mode, otherwise called heat pump.
  • a motor vehicle is conventionally equipped with an air conditioning loop or circuit inside which a refrigerant circulates.
  • This loop conventionally comprises a compressor, a condenser, a first expander, a second expander and an evaporator traversed by the refrigerant.
  • the evaporator is mounted in a ventilation, heating and / or
  • the condenser is conventionally installed on the front of the vehicle to be traversed by the flow of air outside the vehicle.
  • This air conditioning loop can be used in cooling mode or heating mode.
  • cooling mode the coolant is sent to the condenser where the coolant is cooled by the outside air flow. Then, the coolant flows to the first expander where it undergoes a lowering of its pressure before entering the evaporator.
  • the refrigerant 25 passing through the evaporator is then heated by the flow of air entering the ventilation system, which is correlatively reflected by a cooling of this air flow in order to air-condition the passenger compartment of the vehicle.
  • the circuit being a closed loop, the refrigerant then returns to the compressor.
  • the fluid is circulated by the compressor which sends it to the evaporator.
  • the latter then behaves as a condenser, where the coolant is cooled by the air circulating in the ventilation system. This air is heated in contact with the evaporator and thus brings calories to the passenger compartment of the vehicle.
  • the refrigerant is expanded by the second expander before arriving in the condenser.
  • the outside air flow then heats the refrigerant.
  • the outside air flow is therefore cooler after passing through the condenser compared to its temperature before passing through the condenser.
  • the refrigerant then returns to the compressor.
  • the first expander used in cooling mode controls the expansion of the refrigerant as a function of the temperature of the refrigerant at the outlet of the evaporator.
  • Such a first expander, used for the implementation of the cooling mode can not be transposed for use in the heating mode, because the temperature amplitude at the outlet of the evaporator, in the heating mode, does not change. is not important enough. Such an insufficiency does not therefore make it possible to drive satisfactorily the expansion of the cooling fluid by
  • the object of the present invention is therefore to solve the disadvantages described above mainly by providing a relaxation device of simple design, for example with mechanical control, which implements an expansion of the refrigerant dependent on a limited number of parameters Particularly simple to measure, such measurements being operated hydraulically.
  • a control system of the expansion in heat pump mode does not use an electric sensor.
  • the subject of the invention is therefore a system for regulating an expansion of a refrigerant fluid circulating in a refrigerant circuit and capable of sharing said circuit in a high-pressure portion and a low-pressure portion in which a heat exchanger An outer passage with an external air flow is installed, comprising an expansion member controlled by a control device, said control device being arranged to be subjected to the low pressure of the refrigerant fluid, characterized in that the control device is placed under the control of a temperature of the outside air flow measured upstream of the external heat exchanger.
  • control device comprises a
  • the chamber is divided into a first chamber and a second chamber by a displaceable membrane, the first chamber being in communication with an outside air flow temperature detector installed upstream of the external heat exchanger.
  • the first chamber and the temperature detector contain a control fluid. It is understood here that it is the same control fluid that is present in the first chamber and in the temperature detector, these two components being hydraulically connected.
  • control fluid may be at a temperature of the outside air flow of less than 15 ° C, for example for a range of values between -20 ° C and 5 ° C.
  • the second chamber is able to contain the refrigerant fluid subjected to the low pressure.
  • the control device is dependent on the pressure of the coolant downstream of the external heat exchanger.
  • the detent member comprises at least one body in which is placed a rod acting on a generating element of the expansion of the refrigerant fluid, a displacement of the rod being operated by a displacement of the membrane.
  • the body comprises at least a first channel, a refrigerant circulation is placed under the control of the generating element of the expansion of the refrigerant, and a second channel in communication with the second chamber .
  • the temperature detector is integral with the enclosure.
  • the regulation system according to the invention is adapted so that at least the enclosure is swept by the outside air flow.
  • the temperature detector is distant from the enclosure and
  • the invention also relates to a heat exchanger of a refrigerant circuit capable of being installed on a vehicle so as to be traversed by an outside air flow, such a heat exchanger forming a support of a control system such as mentioned above.
  • the control system can be integral with the heat exchanger.
  • the invention also covers a refrigerant circuit comprising at least one external heat exchanger, a compressor, a heat exchanger
  • Such a circuit is arranged to implement a cooling mode where the external heat exchanger is a condenser and the heat exchanger interior is an evaporator, and to implement a heating mode in which the external heat exchanger is an evaporator and the inner heat exchanger is a condenser, the control system being arranged in the refrigerant circuit to operate the relaxation refrigerant in the heating mode.
  • a refrigerant circuit may be provided with an expansion device distinct from the regulation system and which generates the expansion of the cooling fluid in the cooling mode.
  • the invention is directed to a motor vehicle comprising a refrigerant fluid circuit as detailed previously.
  • a first advantage according to the invention lies in the possibility of operating a relaxation of the refrigerant for the heating mode simply and reliably.
  • the cost of the refrigerant expansion function can thus be lowered, making its use compatible with the constraints of the automotive sector.
  • Another advantage lies in reducing the number of intrusive sensors, that is to say installed directly in contact with the refrigerant. The risk of flight
  • FIG. 1 is a schematic view of a refrigerant circuit in which a regulation system according to the invention is installed
  • FIG. 2 is a sectional view of a control system according to the invention
  • FIG. 3 is a sectional view of an alternative embodiment of a regulation system according to the invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a front face of a motor vehicle. It should be noted that the figures disclose the invention in detail to implement the invention, said figures can of course be used to better define the invention where appropriate. The terms upstream and downstream are used in the following description. These must be analyzed in relation to the direction of circulation of the fluid concerned.
  • FIG. 1 symbolically illustrates a refrigerant circuit 1 that can be used in a cooling mode, that is to say for cooling an air flow sent into a passenger compartment of a vehicle, or in a heating mode , in order to heat the flow of air sent into the passenger compartment.
  • the refrigerant circuit 1 is a closed loop inside which a refrigerant circulates.
  • the refrigerant is of the type of a supercritical fluid, such as carbon dioxide, for example, known as R744.
  • the coolant is preferably a subcritical fluid, such as
  • the hydrofluorocarbon known by the acronym R134a
  • a low greenhouse effect refrigerant that is to say that is able to offer a durable solution for car air conditioners, known as the denomination HF01234yf.
  • the refrigerant circuit 1 may comprise an internal exchanger (not shown) charged
  • the refrigerant is circulated by a compressor 2, for example driven by an electric motor, in particular integrated in a compressor housing 2.
  • the function of the latter is to increase the pressure and temperature of the refrigerant.
  • the compressor 2 can also be driven by a pulley set in motion by an internal combustion engine mounted on the vehicle, in particular via a belt.
  • the refrigerant circuit 1 comprises an internal heat exchanger 3 housed in a ventilation, heating and / or air conditioning system that equips the vehicle.
  • a heat exchanger is called “interior” in that it is intended to change the temperature of an interior air flow 4 sent into the passenger compartment, for example by means of a blower 5.
  • This Inner heat exchanger 3 is thus arranged to perform a heat exchange between the interior air flow 4 and the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 1 and
  • the refrigerating fluid transmits its calories to the interior air flow 4.
  • This internal heat exchanger 3 is installed downstream of the internal heat exchanger. compressor, at least when the refrigerant circuit is operating in the heating mode.
  • a control system 5 Downstream of this inner heat exchanger 3 in the direction of movement of the refrigerant fluid, there is a control system 5 according to the invention.
  • Such a control system 5 performs an expansion of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 1. This expansion consists of a flexible lowering of the pressure of this refrigerant fluid.
  • the control system thus shares the refrigerant circuit 1 in a so-called high pressure portion, which extends between an output of the compressor 2 and an input of the control system 5, and a so-called low pressure portion that extends between an output of the control system 5 and an input of the compressor 2.
  • the control system 5 comprises an active part, that is to say which implements the expansion of the refrigerant fluid, and a detection and control part capable of measuring certain parameters of the refrigerant fluid within the fluid circuit. refrigerant 1 and control the active part.
  • the so-called active part is constituted by an expansion device 7, while the detection and control part is formed by a control device 8. It should be noted that this control device 8 is of the mechanical type, in that it acts on the detent 7 by a movement whose origin comes from a control fluid embedded in the control device 8.
  • This heat exchanger Downstream of the control system 5, that is to say in the low-pressure portion of the refrigerant circuit 1, there is the external heat exchanger 6.
  • This heat exchanger is described as “outside”, in that in that it is arranged to carry out a heat exchange between a flow of air outside the passenger compartment of the vehicle and the refrigerant flowing in the refrigerant circuit 1.
  • Such an external heat exchanger 6 can be used as a
  • the outside air flow 9 can be set in motion by the movement of the vehicle and / or by a motor-fan unit 10 installed in the immediate vicinity of the external heat exchanger 6.
  • a first parameter symbolized by the reference 1 1
  • a second parameter symbolized by the reference 14
  • a second parameter symbolized by the reference 14 is the temperature of the outside air flow 9 upstream of the external heat exchanger 6, that is to say before it It does not cross this exchanger.
  • FIG. 2 shows in detail the structure of a control system 5 according to the invention.
  • a control system 5 comprises an expansion member 7 and a control device 8 of the expansion member 7.
  • the expansion member 7 is mainly formed by a body 19 in which is provided a first channel 20 for circulating the refrigerant, and a second channel 21 for circulating the refrigerant.
  • the first channel 20 is bordered by a first inlet orifice 28 connected to an outlet of the internal heat exchanger 3. This first channel 20 is also terminated by a first orifice
  • the second refrigerant circulation channel 21 is bordered by a second inlet orifice 30 connected to an outlet of the external heat exchanger 6.
  • the second channel 21 is also terminated by a second outlet orifice 31, through which the refrigerant passes to join the compressor inlet.
  • control device 8 comprises a
  • Enclosure 15 divided into a first chamber 16 and a second chamber 17 by a movable membrane 18. The latter thus ensures a seal between the two chambers, while being able to move inside the enclosure 15.
  • the control device 8 is arranged to be subjected to the low pressure of the refrigerant fluid, in particular by placing the second chamber 17 in communication with the low-pressure portion of the refrigerant circuit. The pressure of this refrigerant fluid thus generates a force on the membrane 18, which 5 participates in controlling the detent member 7. More specifically, the enclosure 15 is secured to the body 19 and the latter comprises a passage 22 arranged between the second channel 21 and the second chamber 1 7.
  • the body 19 of the expansion member 7 also houses a rod 23 which extends between the membrane 18 and a member 24 generating the expansion of the refrigerant fluid and installed on the refrigerant path in the first channel 20 of the refrigerant circulation.
  • a rod 23 is thus arranged in the body 19 to translate under the effect of the displacement of the membrane 18.
  • the element 24 generating the trigger is formed by a seat 25 formed in the body and against which is placed a needle or a ball 26, the latter being able to translate under the effect of the displacement of the rod 23.
  • control device 8 is placed under the control of a temperature of the outside air flow 9 measured upstream of the external heat exchanger 6. Such a dependence is operated by a setting
  • This communication is of hydraulic order, since a control fluid 34 fills a volume of the first chamber 16 and a volume of the temperature detector 32.
  • the temperature detector 32 is in particular a bulb filled with control fluid 34.
  • the pressure of the control fluid 34 is directly dependent on the temperature of the outside air flow 9 detected at the temperature detector 32.
  • the position of the membrane 18, and correlatively of the rod 23 and the ball 26, is influenced by the pressure of the control fluid 34 existing in the control device 8.
  • the temperature detector 32 and the enclosure 15 are separated from one another by a non-zero distance.
  • This temperature detector 32 and the enclosure 15 are nevertheless connected by a pipe 33 containing the control fluid 34. This is a case where the enclosure 15 can not be swept by the outside air flow 9 .
  • the control fluid 34 is a refrigerant.
  • the control fluid 34 is chosen for the temperature range of the outside air flow between -20 ° C. and 5 ° C.
  • the control fluid 34 is thus a fluid having a saturation pressure in the range of values mentioned above. In one example, when the cooling loop is stopped, the pressure of
  • FIG 3 shows an alternative embodiment of the control system 5 according to the invention.
  • the structure of the expansion member 7 is here identical to that described with reference to Figure 2, and reference is made to the description in connection with the latter to know the implementation.
  • the difference with the embodiment of FIG. 2 lies in the positioning of the temperature detector 32. This is secured to the enclosure 15 and in direct hydraulic communication with the volume of the first chamber 16. In such a situation , at least the enclosure 15 is disposed of to be exposed to the outside air flow 9.
  • FIG. 4 shows a mode of implementation of the regulation system 5 according to the invention on a front face 35 of a motor vehicle.
  • the control system 5 as described in FIGS. 2 or 3 can advantageously be made integral with the external heat exchanger 6. This combination facilitates the detection of the temperature of the outside air flow 9 which passes through the external heat exchanger 6
  • the expansion member 7 is integral with a lateral face of this external heat exchanger 6, whereas the temperature detector 32 is placed at a bundle of tubes. constituting the heat exchange body of this exchanger.
  • the temperature detector 32 is connected hydraulically to the enclosure 15 via the conduit 33
  • FIG. 4 also illustrates the presence of a heat exchanger 36, which may for example be a cooling radiator for an electric motor or an internal combustion engine fitted to the motor vehicle. It is here
  • the temperature detector 32 detects the temperature of the air flow 9 situated immediately upstream of the external heat exchanger 6. Such an organization makes it possible to take into account the thermal influence of the heat exchanger 36 on the behavior of the external heat exchanger 6. This is how the temperature detector 32
  • the temperature detector 32 is downstream of the heat exchanger 36 and upstream of the external heat exchanger 6, according to the direction of movement of the air flow 9.

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Abstract

L'invention concerne un système de régulation 5 d'une détente d'un fluide réfrigérant circulant dans un circuit de fluide réfrigérant 1 et apte à partager ledit circuit en une portion haute pression et une portion basse pression dans laquelle un échangeur thermique extérieur 6 traversé par un flux d'air extérieur 9 est installé, comprenant un organe de détente 7 piloté par un dispositif de contrôle 8, ledit dispositif de contrôle 8 étant agencé pour être soumis à la basse pression du fluide réfrigérant, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle 8 est placé sous la dépendance d'une température du flux d'air extérieur 9 mesurée en amont de l'échangeur thermique extérieur 6.

Description

SYSTEME DE REGULATION D'UNE DETENTE D'UN FLUIDE
REFRIGERANT
Le secteur technique de la présente invention est celui des systèmes de 5 régulation d'une détente d'un fluide réfrigérant qui circule à l'intérieur d'un circuit de fluide réfrigérant. Un tel système est tout particulièrement adapté pour mettre en œuvre la détente du fluide réfrigérant lorsque le circuit de fluide réfrigérant est opéré en mode de chauffage, autrement appelé pompe à chaleur. î o Un véhicule automobile est classiquement équipé d'une boucle ou circuit de climatisation à l'intérieur duquel circule un fluide frigorigène. Cette boucle comprend classiquement un compresseur, un condenseur, un premier détendeur, un second détendeur et un évaporateur parcourus par le fluide frigorigène. L'évaporateur est monté dans une installation de ventilation, chauffage et/ou
15 climatisation généralement placée dans l'habitacle du véhicule pour fournir à ce dernier un flux d'air chaud ou un flux d'air froid en fonction d'une demande de l'utilisateur du véhicule. Le condenseur est quant à lui classiquement installé en face avant du véhicule pour être traversé par le flux d'air extérieur au véhicule.
20 Cette boucle de climatisation peut être utilisée en mode de refroidissement ou en mode de chauffage. En mode de refroidissement, le fluide réfrigérant est envoyé vers le condenseur où le fluide réfrigérant est refroidi par le flux d'air extérieur. Puis, le fluide réfrigérant circule vers le premier détendeur où il subit un abaissement de sa pression avant d'entrer dans l'évaporateur. Le fluide réfrigérant 25 traversant l'évaporateur est alors chauffé par le flux d'air entrant dans l'installation de ventilation, ce qui se traduit corrélativement par un refroidissement de ce flux d'air dans le but de climatiser l'habitacle du véhicule. Le circuit étant une boucle fermée, le fluide réfrigérant retourne alors vers le compresseur.
30 En mode de chauffage, le fluide est mis en circulation par le compresseur qui l'envoie vers l'évaporateur. Ce dernier se comporte alors comme un condenseur, où le fluide réfrigérant est refroidi par l'air circulant dans l'installation de ventilation. Cet air se chauffe donc au contact de l'évaporateur et apporte ainsi des calories à l'habitacle du véhicule. Après passage dans l'évaporateur, le fluide réfrigérant est détendu par le second détendeur avant d'arriver dans le condenseur. Le flux d'air extérieur chauffe alors le fluide réfrigérant. Le flux d'air extérieur est par conséquent plus froid après son passage dans le condenseur comparé à sa 5 température avant son passage au travers du condenseur. Le fluide réfrigérant retourne ensuite vers le compresseur.
Le premier détendeur utilisé en mode refroidissement pilote la détente du fluide réfrigérant en fonction de la température du fluide réfrigérant en sortie de î o l'évaporateur. Un tel premier détendeur, utilisé pour la mise ne œuvre du mode de refroidissement, ne peut pas être transposé pour une utilisation dans le mode de chauffage, car l'amplitude de température en sortie de l'évaporateur, en mode de chauffage, n'est pas suffisamment importante. Une telle insuffisance ne permet donc pas de piloter de manière satisfaisante la détente du fluide réfrigérant en
15 mode de chauffage.
En ce qui concerne le second détendeur, il est connu de piloter ce dernier de manière électrique en fonction de plusieurs paramètres influençant la boucle de climatisation. Une telle technologie implique l'emploi de plusieurs capteurs 20 électriques de mesure de pression ou de température disposés dans la boucle de climatisation, ou aux abords de celle-ci.
Cette solution technique présente plusieurs inconvénients. En premier lieu, un détendeur piloté électriquement est un composant qui présente un coût élevé, 25 un tel coût étant difficilement compatible avec une production en masse, telle qu'elle existe dans le secteur automobile. L'emploi de plusieurs capteurs électriques est également générateur du même inconvénient.
Par ailleurs, certains de ces capteurs doivent mesurer directement l'état du 30 fluide frigorigène à l'intérieur de la boucle de climatisation. Ceci implique des piquages qui sont générateurs de complications techniques, en particulier des fuites de fluide frigorigène. Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus principalement en proposant un organe de détente de conception simple, par exemple à pilotage mécanique, qui met en œuvre une détente du fluide réfrigérant dépendante d'un nombre restreint de paramètres, 5 particulièrement simples à mesurer, de telles mesures étant opérées de manière hydraulique. Un tel système de régulation de la détente en mode pompe à chaleur n'utilise donc pas de capteur électrique.
L'invention a donc pour objet un système de régulation d'une détente d'un î o fluide réfrigérant circulant dans un circuit de fluide réfrigérant et apte à partager ledit circuit en une portion haute pression et une portion basse pression dans laquelle un échangeur thermique extérieur traversé par un flux d'air extérieur est installé, comprenant un organe de détente piloté par un dispositif de contrôle, ledit dispositif de contrôle étant agencé pour être soumis à la basse pression du fluide 15 réfrigérant, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle est placé sous la dépendance d'une température du flux d'air extérieur mesurée en amont de l'échangeur thermique extérieur.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif de contrôle comprend une
20 enceinte partagée en une première chambre et une deuxième chambre par une membrane déplaçable, la première chambre étant en communication avec un détecteur de la température du flux d'air extérieur installé en amont de l'échangeur thermique extérieur.
25 Dans une telle situation, la première chambre et le détecteur de température contiennent un fluide de contrôle. On comprend ici qu'il s'agit d'un même fluide de contrôle qui est présent dans la première chambre et dans le détecteur de température, ces deux composants étant reliés hydrauliquement.
30 Dans le système selon l'invention, le fluide de contrôle peut être pour une température du flux d'air extérieur inférieure à 15 °C, par exemple pour une plage de valeurs entre -20 °C et 5°C. La deuxième chambre est apte à contenir le fluide réfrigérant soumis à la basse pression. C'est ainsi que le dispositif de contrôle est dépendant de la pression du fluide réfrigérant en aval de l'échangeur thermique extérieur.
5 Selon un exemple de réalisation, l'organe de détente comprend au moins un corps dans lequel est placée une tige agissant sur un élément générateur de la détente du fluide réfrigérant, un déplacement de la tige étant opéré par un déplacement de la membrane. î o Dans un tel cas, le corps comprend au moins un premier canal dont une circulation de fluide réfrigérant est placée sous la dépendance de l'élément générateur de la détente du fluide réfrigérant, ainsi qu'un deuxième canal en communication avec la deuxième chambre.
15 Selon une variante, le détecteur de température est solidaire de l'enceinte.
Dans un tel cas, le système de régulation selon l'invention est adapté pour qu'au moins l'enceinte soit balayée par le flux d'air extérieur.
Alternativement, le détecteur de température est distant de l'enceinte et
20 raccordé à celle-ci par une conduite.
L'invention concerne également un échangeur thermique d'un circuit de fluide réfrigérant apte à être installé sur un véhicule de manière à être traversé par un flux d'air extérieur, un tel échangeur thermique formant support d'un système 25 de régulation tel qu'évoqué ci-dessus. Dans un tel cas, le système de régulation peut être solidaire de l'échangeur thermique.
L'invention couvre aussi un circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un échangeur thermique extérieur, un compresseur, un échangeur thermique
30 intérieur et un système de régulation tel que présenté ci-dessus.
Un tel circuit est agencé pour mettre en œuvre un mode de refroidissement où l'échangeur thermique extérieur est un condenseur et l'échangeur thermique intérieur est un évaporateur, et pour mettre en œuvre un mode de chauffage dans lequel l'échangeur thermique extérieur est un évaporateur et l'échangeur thermique intérieur est un condenseur, le système de régulation étant agencé dans le circuit de fluide réfrigérant pour opérer la détente du fluide réfrigérant en 5 mode de chauffage. Selon une variante, un tel circuit de fluide réfrigérant peut être pourvu d'un organe de détente distinct du système de régulation et qui génère la détente du fluide réfrigérant en mode de refroidissement.
Enfin, l'invention vise un véhicule automobile comprenant un circuit de fluide î o réfrigérant tel que détaillé précédemment.
Un tout premier avantage selon l'invention réside dans la possibilité d'opérer une détente du fluide réfrigérant pour le mode de chauffage de manière simple et fiable. Le coût de la fonction de détente du fluide réfrigérant peut ainsi être 15 abaissé, rendant son utilisation compatible avec les contraintes du secteur automobile.
Un autre avantage réside dans la réduction du nombre de capteurs intrusifs, c'est-à-dire installés directement au contact du fluide réfrigérant. Le risque de fuite
20 peut ainsi être abaissé.
Enfin, un autre avantage réside dans la simplicité du système de régulation de la détente selon l'invention. En effet, la détente opérée par un tel système est dépendante uniquement de deux paramètres, c'est-à-dire la pression du fluide 25 réfrigérant en sortie de l'échangeur thermique extérieur et la température du flux d'air extérieur qui pénètre dans cet échangeur thermique extérieur. Aucune autre mesure n'est nécessaire pour opérer une détente satisfaisante du fluide réfrigérant lorsque le circuit de fluide réfrigérant est opéré en mode de chauffage.
30 D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de fluide réfrigérant dans lequel est installé un système de régulation selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe d'un système de régulation selon l'invention,
5 - la figure 3 est une vue en coupe d'une variante de réalisation d'un système de régulation selon l'invention,
- la figure 4 est une vue schématique d'une face avant d'un véhicule automobile. î o II faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. Les termes amont et aval sont employés dans la description qui suit. Ceux-ci doivent s'analyser par rapport au sens de circulation du fluide concerné.
15
La figure 1 illustre de manière symbolique un circuit de fluide réfrigérant 1 qui peut être utilisé en mode de refroidissement, c'est-à-dire pour refroidir un flux d'air envoyé dans un habitacle d'un véhicule, ou en mode de chauffage, en vue de chauffer le flux d'air envoyé dans l'habitacle.
20
Le circuit de fluide réfrigérant 1 est une boucle fermée à l'intérieur de laquelle un fluide réfrigérant circule. Le fluide réfrigérant est du type d'un fluide supercritique, tel que du dioxyde de carbone, par exemple, connu sous l'appellation R744. Le fluide réfrigérant est de préférence un fluide sous-critique, tel que
25 l'hydrofluorocarbone, connu sous l'acronyme R134a, ou un fluide frigorigène à faible nuisance sur l'effet de serre, c'est-à-dire qui soit en mesure d'offrir une solution durable pour les climatiseurs automobiles, connu sous la dénomination HF01234yf. Pour les deux types de fluide évoqué ci-dessus, le circuit de fluide réfrigérant 1 peut comprendre un échangeur interne (non représenté) chargé
30 d'améliorer les performances du circuit par échange thermique entre le fluide réfrigérant soumis à haute température - haute pression et ce même fluide réfrigérant soumis à basse température - basse pression. Le fluide réfrigérant est mis en circulation par un compresseur 2, par exemple entraîné par un moteur électrique, notamment intégré dans un boîtier du compresseur 2. La fonction de ce dernier est d'augmenter la pression et la température du fluide réfrigérant. On notera que le compresseur 2 peut également 5 être entraîné par une poulie mise en mouvement par un moteur à combustion interne monté sur le véhicule, notamment via une courroie.
Le circuit de fluide réfrigérant 1 comprend un échangeur thermique intérieur 3 logé dans une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation qui équipe î o le véhicule. Un tel échangeur de chaleur est qualifié « d'intérieur » en ce sens qu'il est destiné à modifier la température d'un flux d'air intérieur 4 envoyé dans l'habitacle, par exemple au moyen d'un pulseur 5. Cet échangeur thermique intérieur 3 est ainsi agencé pour réaliser un échange thermique entre le flux d'air intérieur 4 et le fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant 1 et
15 au travers de l'échangeur thermique intérieur 3. Ainsi, quand le circuit de fluide réfrigérant 1 fonctionne en mode de chauffage, le fluide réfrigérant transmet ses calories au flux d'air intérieur 4. Cet échangeur thermique intérieur 3 est installé en aval du compresseur, au moins lorsque le circuit de fluide réfrigérant fonctionne en mode de chauffage.
20
En aval de cet échangeur thermique intérieur 3 selon le sens de déplacement du fluide réfrigérant, on trouve un système de régulation 5 conforme à l'invention. Un tel système de régulation 5 réalise une détente du fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant 1 . Cette détente consiste en 25 un abaissement modulable de la pression de ce fluide réfrigérant. Le système de régulation partage ainsi le circuit de fluide réfrigérant 1 en une portion dite de haute pression, qui s'étend entre une sortie du compresseur 2 et une entrée du système de régulation 5, et une portion dite basse pression qui s'étend entre une sortie du système de régulation 5 et une entrée du compresseur 2.
30
Selon le mode de chauffage, l'échangeur thermique intérieur 3 fait partie de la portion haute pression, alors qu'un échangeur thermique extérieur 6 fait partie de la portion basse pression. Le système de régulation 5 comprend une partie active, c'est-à-dire qui met en œuvre la détente du fluide réfrigérant, et une partie de détection et de pilotage capable de mesurer certains paramètres du fluide réfrigérant au sein du circuit de 5 fluide réfrigérant 1 et de piloter la partie active. La partie dite active est constituée par un organe de détente 7, alors que la partie de détection et de pilotage est formé par un dispositif de contrôle 8. On notera que ce dispositif de contrôle 8 est de type mécanique, en ce sens qu'il agit sur l'organe de détente 7 par un mouvement dont l'origine provient d'un fluide de contrôle embarqué dans le î o dispositif de contrôle 8.
En aval du système de régulation 5, c'est-à-dire dans la portion basse pression du circuit de fluide réfrigérant 1 , on trouve l'échangeur thermique extérieur 6. Cet échangeur de chaleur est qualifié « d'extérieur », en ce sens qu'il 15 est agencé pour réaliser un échange thermique entre un flux d'air extérieur 9 à l'habitacle du véhicule et le fluide réfrigérant qui circule dans le circuit de fluide réfrigérant 1 .
Un tel échangeur thermique extérieur 6 peut être utilisé en tant que
20 refroidisseur de gaz ou condenseur quand le circuit de fluide réfrigérant est opéré en mode de refroidissement du flux d'air envoyé dans l'habitacle. Ce même échangeur peut également être utilisé en tant qu'évaporateur quand le circuit de fluide réfrigérant est opéré en mode chauffage du flux d'air envoyé dans l'habitacle.
25
Le flux d'air extérieur 9 peut être mis en mouvement par le déplacement du véhicule et/ou par un groupe moto-ventilateur 10 installé au voisinage immédiat de l'échangeur thermique extérieur 6.
30 Le fluide réfrigérant ayant parcouru l'échangeur thermique extérieur 6, il retourne au compresseur 2. On notera que les composants du circuit de fluide réfrigérant 1 exposés ci-dessus sont raccordés les uns aux autres par des conduites de transport de fluide réfrigérant appropriées. L'organe de détente 7 est piloté par le dispositif de contrôle 8. Ce dernier réagit à deux paramètres qui influencent le fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 1 . Un premier paramètre, symbolisé par la référence 1 1 , est la pression 5 du fluide réfrigérant dans la portion basse pression, et plus particulièrement dans une partie du circuit de fluide réfrigérant 1 qui s'étend entre une sortie 12 de l'échangeur thermique extérieur 6 et une entrée 13 du compresseur 2. Un second paramètre, symbolisé par la référence 14, est la température du flux d'air extérieur 9 en amont de l'échangeur thermique extérieur 6, c'est-à-dire avant que celui-ci ne î o traverse cet échangeur.
La figure 2 montre en détails la structure d'un système de régulation 5 selon l'invention. Comme évoqué ci-dessus, un tel système de régulation 5 comprend un organe de détente 7 et un dispositif de contrôle 8 de l'organe de détente 7. 15 L'organe de détente 7 est principalement formé par un corps 19 dans lequel est ménagé un premier canal 20 de circulation du fluide réfrigérant, ainsi qu'un deuxième canal 21 de circulation du fluide réfrigérant. Le premier canal 20 est bordé par un premier orifice d'entrée 28 raccordé à une sortie de l'échangeur thermique intérieur 3. Ce premier canal 20 est aussi terminé par un premier orifice
20 de sortie 29, par lequel le fluide réfrigérant détendu passe pour rejoindre une entrée de l'échangeur thermique extérieur 6.
Le deuxième canal 21 de circulation du fluide réfrigérant est bordée par un deuxième orifice d'entrée 30 raccordé à une sortie de l'échangeur thermique 25 extérieur 6. Le deuxième canal 21 est également terminé par un deuxième orifice de sortie 31 , au travers duquel le fluide réfrigérant passe pour rejoindre l'entrée du compresseur.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif de contrôle 8 comprend une
30 enceinte 15 partagée en une première chambre 16 et une deuxième chambre 17 par une membrane déplaçable 18. Cette dernière assure ainsi une étanchéité entre les deux chambres, tout en pouvant se déplacer à l'intérieur de l'enceinte 15. Le dispositif de contrôle 8 est agencé pour être soumis à la basse pression du fluide réfrigérant, notamment en mettant en communication la deuxième chambre 17 avec la portion basse pression du circuit de fluide réfrigérant. La pression de ce fluide réfrigérant génère ainsi une force sur la membrane 18, qui 5 participe au pilotage de l'organe de détente 7. De manière plus précise, l'enceinte 15 est solidarisée sur le corps 19 et ce dernier comprend un passage 22 ménagé entre le deuxième canal 21 et la deuxième chambre 1 7.
Le corps 19 de l'organe de détente 7 loge également une tige 23 qui s'étend î o entre la membrane 18 et un élément 24 générateur de la détente du fluide réfrigérant et installé sur le trajet du fluide réfrigérant dans le premier canal 20 de circulation de fluide réfrigérant. Une telle tige 23 est ainsi agencée dans le corps 19 pour translater sous l'effet du déplacement de la membrane 18.
15 L'élément 24 générateur de la détente est formé par un siège 25 ménagé dans le corps et contre lequel vient se poser un pointeau ou une bille 26, cette dernière pouvant translater sous l'effet du déplacement de la tige 23.
En l'absence de force générée par la tige 23, la bille 26 ou le pointeau
20 repose contre le siège 25, par exemple au moyen d'un ressort 27 qui exerce une force opposée à la force générée par la membrane 18. Dans le cas où la tige est soumise à une force en provenance de la membrane supérieure à la force du ressort 27, un espace est libéré entre la bille 26 et le siège 25 qui autorise le passage d'une quantité limitée de fluide réfrigérant, ce qui se traduit par un 25 abaissement de la pression de ce même fluide.
Selon l'invention, le dispositif de contrôle 8 est placé sous la dépendance d'une température du flux d'air extérieur 9 mesurée en amont de l'échangeur thermique extérieur 6. Une telle dépendance est opérée par une mise en
30 communication entre la première chambre 16 et un détecteur de température 32.
Cette mise en communication est d'ordre hydraulique, puisqu'un fluide de contrôle 34 remplit un volume de la première chambre 16 et un volume du détecteur de température 32. Le détecteur de température 32 est notamment un bulbe remplit du fluide de contrôle 34. La pression du fluide de contrôle 34 est directement dépendante de la température du flux d'air extérieur 9 détectée au niveau du détecteur de 5 température 32. Ainsi, la position de la membrane 18, et corrélativement de la tige 23 et de la bille 26, est influencée par la pression du fluide de contrôle 34 existante dans le dispositif de contrôle 8.
Selon l'exemple de la figure 2, le détecteur de température 32 et l'enceinte î o 15 sont séparés l'un de l'autre par une distance non-nulle. Ce détecteur de température 32 et l'enceinte 15 sont néanmoins reliés par une conduite 33 contenant le fluide de contrôle 34. Il s'agit d'un cas où l'enceinte 15 ne peut pas être balayée par le flux d'air extérieur 9.
15 Le fluide de contrôle 34 est un fluide frigorigène. A titre d'exemple, le fluide de contrôle 34 est choisi de pour la plage de température du flux d'air extérieure entre -20 °C et 5°C. Le fluide de contrôle 34 est ainsi un fluide présentant une pression de saturation comprise dans la plage de valeurs évoquée ci-dessus. Selon un exemple, lorsque la boucle frigorifique est arrêtée, la pression de
20 saturation du fluide 34 a la même pression que la pression à la sortie de l'évaporateur. Donc, le détendeur est fermé. Si la boucle frigorifique fonctionne, la pression à la sortie de l'évaporateur diminue, il y a création de la différence de pression sur la membrane, et le détendeur s'ouvre.
25 La figure 3 montre une variante de réalisation du système de régulation 5 selon l'invention. La structure de l'organe de détente 7 est ici identique à celle décrite en référence à la figure 2, et on se reportera à la description en rapport avec cette dernière pour en connaître la mise en œuvre.
30 La différence avec le mode de réalisation de la figure 2 réside dans le positionnement du détecteur de température 32. Celui-ci est solidaire de l'enceinte 15 et en communication hydraulique directe avec le volume de la première chambre 16. Dans une telle situation, au moins l'enceinte 15 est disposée de manière à être exposée au flux d'air extérieur 9.
La figure 4 montre un mode d'implantation du système de régulation 5 selon l'invention sur une face avant 35 d'un véhicule automobile. Le système de 5 régulation 5 tel que décrit aux figures 2 ou 3 peut avantageusement être rendu solidaire de l'échangeur thermique extérieur 6. Cette combinaison facilite la détection de la température du flux d'air extérieur 9 qui traverse l'échangeur thermique extérieur 6. î o Selon l'exemple illustré sur la figure 4, l'organe de détente 7 est solidaire d'une face latérale de cet échangeur thermique extérieur 6, alors que le détecteur de température 32 est placé au niveau d'un faisceau de tubes constituant le corps d'échange thermique de cet échangeur. Dans un tel cas, le détecteur de température 32 est raccordé hydrauliquement à l'enceinte 15 par la conduite 33
15 qui chemine le long du corps d'échange.
Cette figure 4 illustre également la présence d'un échangeur de chaleur 36, qui peut par exemple être un radiateur de refroidissement d'un moteur électrique ou d'un moteur à combustion interne équipant le véhicule automobile. Il est ici
20 intéressant de remarquer que le détecteur de température 32 détecte la température du flux d'air 9 situé immédiatement en amont de l'échangeur thermique extérieur 6. Une telle organisation permet de prendre en compte l'influence thermique de l'échangeur de chaleur 36 sur le comportement de l'échangeur thermique extérieur 6. C'est ainsi que le détecteur de température 32
25 est interposé entre l'échangeur de chaleur 36 et l'échangeur thermique extérieur 6. En d'autres termes, le détecteur de température 32 est en aval de l'échangeur de chaleur 36 et en amont de l'échangeur thermique extérieure 6, selon le sens de déplacement du flux d'air 9.
30

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de régulation (5) d'une détente d'un fluide réfrigérant circulant dans un circuit de fluide réfrigérant (1 ) et apte à partager ledit circuit en une
5 portion haute pression et une portion basse pression dans laquelle un échangeur thermique extérieur (6) traversé par un flux d'air extérieur (9) est installé, comprenant un organe de détente (7) piloté par un dispositif de contrôle (8), ledit dispositif de contrôle (8) étant agencé pour être soumis à la basse pression du fluide réfrigérant, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (8) est placé sous î o la dépendance d'une température du flux d'air extérieur (9) mesurée en amont de l'échangeur thermique extérieur (6).
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de contrôle (8) comprend une enceinte (15) partagée en une première chambre (16) et une
15 deuxième chambre (17) par une membrane déplaçable (18), la première chambre (16) étant en communication avec un détecteur de la température (32) du flux d'air extérieur (9) installé en amont de l'échangeur thermique extérieur (6).
3. Système selon la revendication 2, dans lequel la première chambre (16) et
20 le détecteur de température (32) contiennent un fluide de contrôle (34).
4. Système selon la revendication 3, dans lequel le fluide de contrôle (34) est choisi pour une température du flux d'air extérieur (9) inférieure à 15°C, de préférence entre -20 °C et 5°C.
25
5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la deuxième chambre (17) est apte à contenir le fluide réfrigérant soumis à la basse pression.
30 6. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l'organe de détente (7) comprend au moins un corps (19) dans lequel est placée une tige (23) agissant sur un élément (24) générateur de la détente du fluide réfrigérant, un déplacement de la tige (23) étant opéré par un déplacement de la membrane (18).
7. Système selon la revendication 6, dans lequel le corps (19) comprend au moins un premier canal (20) dont une circulation de fluide réfrigérant est placée
5 sous la dépendance de l'élément (24) générateur de la détente du fluide réfrigérant, ainsi qu'un deuxième canal (21 ) en communication avec la deuxième chambre (17).
8. Système selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel le î o détecteur de température (32) est solidaire de l'enceinte (15).
9. Système selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel le détecteur de température (32) est distant de l'enceinte (15) et raccordé à celle-ci par une conduite (33).
15
10. Echangeur thermique (6) d'un circuit de fluide réfrigérant apte à être installé sur un véhicule de manière à être traversé par un flux d'air extérieur (9), formant support d'un système de régulation (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
20
11. Circuit de fluide réfrigérant (1 ) comprenant au moins un échangeur thermique extérieur (6), un compresseur (2), un échangeur thermique intérieur (3) et un système de régulation (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
25 12. Circuit de fluide réfrigérant (1 ) selon la revendication 1 1 , agencé pour mettre en œuvre un mode de refroidissement où l'échangeur thermique extérieur (6) est un condenseur et l'échangeur thermique intérieur (3) est un évaporateur, et pour mettre en œuvre un mode de chauffage dans lequel l'échangeur thermique extérieur (6) est un évaporateur et l'échangeur thermique intérieur (3) est un
30 condenseur, le système de régulation (5) étant agencé dans le circuit de fluide réfrigérant (1 ) pour opérer la détente du fluide réfrigérant en mode de chauffage.
13. Véhicule automobile comprenant un circuit de fluide réfrigérant (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 1 ou 12.
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