EP2216612B1 - Dispositif de stockage présentant un moyen destiné à provoquer des turbulences. - Google Patents

Dispositif de stockage présentant un moyen destiné à provoquer des turbulences. Download PDF

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EP2216612B1
EP2216612B1 EP10151858.7A EP10151858A EP2216612B1 EP 2216612 B1 EP2216612 B1 EP 2216612B1 EP 10151858 A EP10151858 A EP 10151858A EP 2216612 B1 EP2216612 B1 EP 2216612B1
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EP
European Patent Office
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storage area
pipe
cooling fluid
lubricant
chamber
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EP2216612A1 (fr
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Imed Guitari
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/18—Optimization, e.g. high integration of refrigeration components

Definitions

  • the present invention is in the field of air conditioning loops cooperating with a ventilation system, heating and / or air conditioning of a motor vehicle. It relates to a storage device participating in such a loop, better known as a bottle or accumulator. It also relates to an air conditioning loop comprising such a storage device.
  • a motor vehicle is commonly equipped with a ventilation, heating and / or air conditioning system to regulate the aerothermal parameters of the air contained inside the passenger compartment of the vehicle.
  • a ventilation, heating and / or air conditioning system to regulate the aerothermal parameters of the air contained inside the passenger compartment of the vehicle.
  • Such an installation cooperates with an air conditioning loop to cool a stream of air prior to the delivery of the latter inside the passenger compartment.
  • Said loop comprises a plurality of elements or components inside which circulates successively, that is to say in series, a component, such as a subcritical fluid, especially HF01234YF which is mixed with a known lubricant, for example under the reference IS0100PAG or IS0200PAG.
  • the index 100 or 200 qualifies the grade and thus the viscosity of the lubricant and PAG means PolyAlkylene Glycol.
  • ISO 100 corresponds to a kinematic viscosity close to 100mm 2 / s or cSt at 40 ° C, measured according to the international ISO standard.
  • the component and lubricant mixture forms the refrigerant fluid circulating in the air conditioning loop.
  • the components are at least one compressor, a condenser, an expansion member, an evaporator and an accumulator or a bottle.
  • the function of the lubricant is to lubricate the internal parts of the compressor.
  • the refrigerant flows from the compressor to the condenser, then through a bottle when the loop is equipped (instead of an accumulator), then to the expansion element, then through the evaporator, then to an accumulator when the loop is equipped (instead of the bottle) to return to the compressor.
  • the compressor is intended to receive the refrigerant fluid in the gaseous state and to compress it to bring it to high pressure and high temperature.
  • the condenser is able to cool the compressed refrigerant fluid at a relatively constant pressure, yielding heat to its environment.
  • the expansion member is able to lower the pressure of the refrigerant leaving the condenser by bringing it to the liquid state.
  • the evaporator is itself able to bring the cooling fluid arriving in the liquid state from the expansion element, at relatively constant pressure, into the gaseous state by taking heat from a stream of air. which passes through the evaporator. The vaporized refrigerant is then sucked by the compressor.
  • the accumulator or the bottle provides a storage function of a circulating coolant charge depending on the conditions of use of the air conditioning loop.
  • the accumulator also provides a separation function between a gaseous phase and a liquid phase of the refrigerant at the outlet of the evaporator.
  • Such an accumulator is known from the document FR-A-1415421 and document EP-A-1967800 .
  • the accumulator In its generality, the accumulator consists of an enclosure delimiting an internal volume used in part as a refrigerant storage zone. Thus, the coolant in the liquid state is accumulated by gravity in the storage or accumulation zone.
  • the oil return rate for a fixed displacement compressor or a variable displacement compressor is generally of the order of 5%.
  • the miscibility of the HFO1234YF component and the oil 100PAG or 200PAG is variable depending on the coolant temperature.
  • the refrigerant reaches a high temperature, especially 40 ° C at the condenser outlet, which greatly lowers the lubricant-component miscibility level to below the oil return rate of the compressor.
  • the compressor may receive less oil than necessary for its proper operation which at least will reduce its life and maxima will cause an immediate breakage of the latter.
  • a solution to this problem is the use of another component such as a fluorinated compound known as R134a, however R134a has a very negative impact on the terrestrial greenhouse effect, which is not the case of the component HF01234YF.
  • the object of the present invention is therefore to solve the problem of miscibility mentioned above by simple means whose establishment in the heart of an air conditioning loop does not interfere with the thermal performance of said loop.
  • the subject of the invention is therefore a device for storing a refrigerant fluid able to circulate in an air-conditioning loop having the features of claim 1.
  • the means intended to cause turbulence takes the form of a pipe which channels the refrigerant fluid from an intake chamber to the storage area.
  • This tubing is in the form of a conduit that concentrates the coolant in a jet.
  • the tubing is directly connected to the inlet tube and takes a semi-cylindrical shape, the free end of said tubular facing the storage area.
  • the arc formed by the semi-cylindrical shape directs the jet to the storage area so as to force the jet of coolant to hit the upper layer of the fluid stored in the storage area.
  • the tubing is distinct from the inlet tube, said tubing is carried by a plate which divides the internal volume of the storage device in a sealed manner into an intake chamber and said storage area. Separate means that the tubing and the inlet tube are not directly connected to each other.
  • the tubing and the inlet tube are coaxial, the inlet tube passing through an evacuation chamber separated from said storage area by a plate.
  • the tubing passes through said plate and opens into the storage area.
  • the diameter of the tubing is between four and eight millimeters.
  • the outlet tube communicates with the evacuation chamber and with the plenum.
  • the refrigerant fluid in the gaseous state is captured in the evacuation chamber and a small amount of refrigerant (component and lubricant) is captured in the plenum.
  • the device has a refrigerant permeable element placed in the internal volume of said device at the boundary between said storage zone and the plenum.
  • the permeable element is a grid or a filter.
  • the invention also relates to an air conditioning loop or circuit comprising a storage device comprising any one of the features set out above and in which circulates a refrigerant fluid composed of a mixture between the component and a lubricant, said component being a subcritical fluid known as the reference HF01234YF and the lubricant being an oil known under the reference 100PAG or 200PAG.
  • a refrigerant fluid composed of a mixture between the component and a lubricant
  • said component being a subcritical fluid known as the reference HF01234YF
  • the lubricant being an oil known under the reference 100PAG or 200PAG.
  • POE Polyol-ester
  • mineral oil is covered by the invention, more particularly in the case where the compressor used by the air conditioning loop is an electric compressor (POE lubricant).
  • a first advantage of the invention lies in maintaining a level of miscibility between a component and a lubricant above the return rate of a compressor to consider.
  • Another advantage lies in the possibility of using a refrigerant fluid in air conditioning loops, particularly for motor vehicles, a component with a small footprint on global warming.
  • Another significant advantage lies in the fact of mixing this component with a lubricant with proven characteristics and whose cost remains low.
  • the figure 1 illustrates the technical problem. It shows a two-dimensional graph in which the abscissa represents the percentage of lubricant in the refrigerant which changes from 0% on the left to 50% on the right. The ordinate of this graph represents the temperature of the coolant within the loop measured at the input of the storage device according to the invention.
  • the black curve entitled "COMPOUND + LUBRICANT” represents the behavior of a compound and lubricant mixture, for example for the component known by the acronym HF01234YF mixed with an oil or lubricant known under the reference 100PAG.
  • the percentage of oil in the refrigerant is 10%, which is higher than the value of oil return rate commonly known for a fixed displacement compressor, for example, 5% . It is therefore understood that the refrigerant fluid carries enough oil to prevent damage to the compressor.
  • the amount of lubricant in the coolant drops below the oil return rate, which results in a deterioration of the internal parts of the compressor and a breakage of the latter.
  • the figure 2 represents a first variant of an air conditioning loop that incorporates the storage device 1 according to the invention.
  • the loop comprises a compressor 2 which can be fixed displacement, equipped with an electromagnetic clutch which controls the rotation of the compressor.
  • the latter can also be variable displacement, internal or external control.
  • the compressor which compresses the coolant in the gaseous state and raises its temperature, is connected by a pipe to a condenser 3, the latter having the task of cooling the gas flowing therethrough by exchange with a flow of air outside the motor vehicle.
  • This condenser 3 has an output connected by a pipe to the input of the storage device 1.
  • this storage device is otherwise called bottle, especially desiccant when the latter is equipped with a dehydration module.
  • the storage device 1 is connected by an outlet to an expansion member 4, preferably a calibrated orifice, the function of which is to lower the pressure of the refrigerant (expansion) and thus lower its temperature.
  • the expansion member 4 is connected to an evaporator 5 where the coolant will exchange and cool air sent into the cabin of the motor vehicle.
  • the air conditioning loop is closed by return of the cooling fluid via a pipe connected between the evaporator 5 and an inlet of the compressor 2.
  • the figure 3 shows a second variant of air conditioning loop similar to the first variant illustrated in FIG. figure 2 except for the following points.
  • the storage device 1 is here an accumulator placed at the evaporator outlet 5 and upstream of the inlet of the compressor 2.
  • the expansion member 4 is a thermostatic expansion valve whose control is dependent on the temperature of the compressor. refrigerant at the outlet of the evaporator 5.
  • the figure 4 illustrates the storage device 1 according to a first embodiment.
  • This storage device 1 is delimited vis-à-vis the outside by a peripheral wall 6 which is in the form of a tube of circular section closed at its ends by, on one side an upper wall 7 and the other a lower wall 8.
  • the peripheral wall 6, the upper wall 7 and the bottom wall 8 surround an interior volume which is divided into an intake chamber 9, a storage zone 10 and a plenum 11.
  • the inlet chamber 9 is disposed in the upper part of the internal volume and receives the coolant in the liquid state when the latter comes from the condenser, that is to say when the storage device 1 is used as a bottle.
  • a plate 12 divides the internal volume in its upper part so as to separate the admission chamber 9 from the storage zone 10. This plate 12 is mounted in the internal volume in a sealed manner on the internal face of the peripheral wall 6, that is to say without communication between the inlet chamber 9 and the storage zone 10 outside that provided to create or cause turbulence.
  • the plate 12 has a means 16 intended to cause turbulence in the storage zone 10 which is materialized by a hole or hole made through the plate 12 and which forms a pipe 13 to allow the circulation of the refrigerant fluid of the chamber. admission 9 to the storage area 10.
  • the term tubing covers the hole made in the thickness of the plate 12 and also covers a pipette 14 whose free section is placed in the extension of the hole so as to channel the flow of fluid refrigerant, these provisions being collectively referred to as "means 16 for causing turbulence".
  • the tubing 13 is materialized by a hole, a pipette 14 or any means 16 of communication between the admission chamber 9 and the storage area 10 whose open section represents less than one-tenth of the section the peripheral wall 6 taken to the right of the plate 12 and which is likely to cause turbulence in the storage chamber so as to mix the lubricant and the component.
  • the pipette 14 is a hollow circular tubing with an internal diameter of between four and eight millimeters, this value range providing good performance to cause a mixture of lubricant and component within the storage area.
  • Said pipette 14 is advantageously welded to the plate 12 so as to match its hollow section with the hole made in said plate 12.
  • a plenum 11 is provided in the lower part of the storage device 1 and under the storage zone 10. This plenum 11 is therefore delimited by the bottom wall 8, a portion of the peripheral wall 6 and a member 15 permeable to the refrigerant fluid.
  • the function of the element 15 is to allow the refrigerant fluid to pass through to enable it to exit the device according to the invention while avoiding that the turbulence present in the storage zone 10 and caused by the means 16 according to the invention propagate in the the plenum 11.
  • the element 15 is in the form of a grid secured to the peripheral wall 6.
  • the element 15 takes the form of a filter.
  • the storage device comprises a filter 17 which takes place in the inlet chamber 9, above the plate 12. This filter 17 is traversed by the coolant in the liquid state.
  • the device according to the invention also comprises means for channeling the coolant from the outside of the device to the inlet chamber.
  • This means is an inlet tube 18 which passes through the peripheral wall 6 substantially next to the element 15 and continues forming a right-angle bend.
  • This inlet tube 18 passes through the plate 12 and the filter 17 to open into the inlet chamber 9 above the filter 17. This arrangement allows the refrigerant fluid to pass through the filter 17 from top to bottom before being injected in the storage area 10 through the means 16 to cause turbulence.
  • the storage device 1 also comprises means for evacuating the cooling fluid.
  • This means takes for example the form of an outlet tube 19 which passes through the peripheral wall 6 to the right of the plenum to put the latter in communication with the rest of the air conditioning loop.
  • the figure 5 illustrates the operation of the storage device 1 according to the invention.
  • the coolant arrives through the inlet tube 18 and flows in the liquid state into the inlet chamber 9.
  • This refrigerant comprising a component and a lubricant, passes through the filter 17 and accumulates on the plate 12.
  • the refrigerant then passes through the means 16 to be injected or sprayed in the storage zone 10.
  • the latter is filled with the refrigerant in the liquid state as is symbolized by the lines referenced 20 .
  • the lubricant and the component will separate to form two separate layers, the supernatant lubricant above the component.
  • the means 16, and in particular the pipette 14 causes a restriction which will increase the speed and the pressure of the refrigerant fluid so as to form a jet symbolized by the arrows referenced 21. This will cause a mixture between the lubricant and the component through a circulation (arrows 22) in the storage area 10 and the creation of bubbles 23 in the heart of the mixture. It follows that the refrigerant stored is permanently disturbed which prevents the separation between component and lubricant.
  • the permeable element 15 blocks this agitation so as to prevent the penetration of bubbles 23 into the plenum 11 and ensure that only the liquid state of the coolant is sent to the outlet tube 19 and then to the relaxation.
  • the figure 6 illustrates a second variant of the storage device 1 according to the invention.
  • This is still a bottle version but whose constitution is simplified. Indeed, there is no plate 12 or grid between the storage zone 10 and the plenum chamber 11.
  • the element 15 permeable to the refrigerant fluid here takes the form of the filter 17.
  • the invention therefore makes it advantage of the positioning of the filter 17 in the internal volume of the storage device, at the boundary of the storage zone 10 and the plenum 11, to give it an additional function, that is to say to prevent the passage of turbulence and / or bubbles in the plenum 11.
  • the inlet tube 18 ends with the means 16 intended to cause turbulence.
  • the tubing 13 has a semicircular or arcuate shape and comes connect or connect directly to the end 24 of the inlet tube 18. This arc formed by the pipe 13 allows to direct the flow of refrigerant fluid to the storage zone 10 so as to perform the function of mixing or disturbance according to the invention. It is thus clear that the free end 25 of the tubing 13 faces the storage area so as to force the refrigerant fluid to strike the surface of the refrigerant stored, and thus avoid a separation between component and lubricant.
  • the filter 17 is then traversed by the refrigerant before ending up in the plenum 11 to exit the device via the outlet tube 19.
  • the figure 7 shows a third variant of the invention adapted for use with the air conditioning loop of the figure 3 .
  • the storage device 1 is here an accumulator placed on the air conditioning loop between the outlet of the evaporator and the compressor inlet.
  • the internal volume of the device is distributed from the top of the diagram between an evacuation chamber 26, the storage zone 10 and the plenum 11.
  • the evacuation chamber 26 is separated from the storage area 10 by a plate 27 through which the inlet tube 18 passes.
  • the inlet tube 18 passes through the upper wall 7 and then the discharge chamber 26 to be secured by welding or brazing on the plate 27.
  • the inlet tube 18 terminates in the tubing 13, these two elements being advantageously coaxial.
  • the tubing 13 causes a jet of refrigerant fluid (in the two-phase state or gas) which causes turbulence in the refrigerant stored in the liquid state. This is accompanied by a mixture between the component and the lubricant. This mixture is found in the plenum 11 where its behavior is stabilized thanks to the presence of the permeable element, in this case the filter 17.
  • the outlet tube 19 has a general "U" shape and originates in the evacuation chamber 26 where its free end captures the refrigerant fluid in the gaseous state.
  • the outlet tube 19 passes through the plate 27, the storage zone 10 and the filter 17 so as to bathe in the plenum chamber 11.
  • a hole 28 is formed in the outlet tube 19 so as to capture a controlled portion of liquid refrigerant, at this stage a mixture of component and lubricant since the means 16 for causing turbulence has mixed the component and the lubricant.
  • the outlet tube 19 has a 180 ° curve to cross again the filter 17, the storage area 10, the plate 27, the discharge chamber 26 and finally pass through the upper wall 7 and connect to the air conditioning loop .
  • the figure 7 illustrates the phenomenon by the presence of bubbles 23 and a circulation 22 in the storage zone 10 and the absence of these same bubbles and circulation in the plenum 11.
  • the invention also covers an air conditioning loop in which the cooling fluid circulates, the latter consisting for example of the chemical compound HF01234YF mixed with a lubricant or oil known as 100PAG or 200PAG.
  • Said air conditioning loop comprises within the circuit a storage device as detailed above.

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Description

  • La présente invention est du domaine des boucles de climatisation coopérant avec une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile. Elle a pour objet un dispositif de stockage participant d'une telle boucle, plus connu sous le nom de bouteille ou accumulateur. Elle a aussi pour objet une boucle de climatisation comprenant un tel dispositif de stockage.
  • Un véhicule automobile est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour réguler les paramètres aérothermiques de l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Une telle installation coopère avec une boucle de climatisation pour refroidir un flux d'air préalablement à la délivrance de ce dernier à l'intérieur de l'habitacle. Ladite boucle comprend une pluralité d'éléments ou composants à l'intérieur desquels circule successivement, c'est-à-dire en série, un composant, tel qu'un fluide sous-critique, HF01234YF notamment auquel est mélangé un lubrifiant connu par exemple sous la référence IS0100PAG ou IS0200PAG. L'indice 100 ou 200 qualifie le grade et donc la viscosité du lubrifiant et PAG signifie PolyAlkylène Glycol. Par exemple, ISO 100 correspond une viscosité cinématique proche de 100mm2/s ou cSt à 40°C, mesuré selon la norme internationale ISO. Le mélange composant et lubrifiant forme le fluide réfrigérant qui circule dans la boucle de climatisation. Les composants sont au moins un compresseur, un condenseur, un organe de détente, un évaporateur et un accumulateur ou une bouteille. Le lubrifiant a pour fonction de lubrifier principalement les pièces internes du compresseur.
  • Le fluide réfrigérant circule depuis le compresseur vers le condenseur, puis au travers d'une bouteille quand la boucle en est équipée (au lieu d'un accumulateur), puis vers l'organe de détente, ensuite au travers de l'évaporateur, puis vers un accumulateur quand la boucle en est équipée (au lieu de la bouteille), pour retourner au compresseur.
  • Le compresseur est destiné à recevoir le fluide réfrigérant à l'état gazeux et à le comprimer pour le porter à haute pression et haute température. Le condenseur est apte à refroidir le fluide réfrigérant comprimé, à pression relativement constante, en cédant de la chaleur à son environnement. L'organe de détente est à même d'abaisser la pression du fluide réfrigérant sortant du condenseur en l'amenant à l'état liquide. L'évaporateur est quant à lui propre à faire passer à l'état gazeux le fluide réfrigérant arrivant à l'état liquide en provenance de l'organe de détente, à pression relativement constante, en prélevant de la chaleur à un flux d'air qui traverse l'évaporateur. Le fluide réfrigérant vaporisé est ensuite aspiré par le compresseur.
  • L'accumulateur ou la bouteille assure une fonction de stockage d'une charge circulante de fluide réfrigérant en fonction des conditions d'utilisation de la boucle de climatisation. L'accumulateur assure en plus une fonction de séparation entre une phase gazeuse et une phase liquide du fluide réfrigérant en sortie de l'évaporateur.
  • Un tel accumulateur est connu du document FR-A-1415421 et du document EP-A-1967800 .
  • Dans sa généralité, l'accumulateur est constitué d'une enceinte délimitant un volume interne utilisé en partie comme zone d'accumulation du fluide réfrigérant. Ainsi, le fluide réfrigérant à l'état liquide vient s'accumuler par gravité dans la zone de stockage ou d'accumulation.
  • Pour ne pas détériorer le compresseur, il est nécessaire que le pourcentage d'huile dans le fluide réfrigérant soit au moins égal aux besoins du compresseur, ces besoins étant connus sous le nom de taux de retour d'huile. Le taux de retour d'huile pour un compresseur à cylindrée fixe ou pour un compresseur à cylindrée variable est généralement de l'ordre de 5%.
  • Or, la miscibilité du composant HFO1234YF et de l'huile 100PAG ou 200PAG est variable en fonction de la température du fluide réfrigérant. Il arrive des situations où le fluide réfrigérant atteint une température importante, notamment de 40°C en sortie de condenseur, ce qui abaisse fortement le niveau de miscibilité lubrifiant-composant jusqu'à passer en dessous du taux de retour d'huile du compresseur. En d'autres termes, le compresseur risque de recevoir moins d'huile que nécessaire à son bon fonctionnement ce qui à minima réduira sa durée de vie et à maxima provoquera une casse immédiate de ce dernier. Une solution pour résoudre ce problème est l'utilisation d'un autre composant tel qu'un composé fluoré connu sous la référence R134a, cependant le R134a présente un impact très négatif sur l'effet de serre terrestre, ce qui n'est pas le cas du composant HF01234YF.
  • Le but de la présente invention est donc de résoudre le problème de miscibilité évoqué ci-dessus par des moyens simples dont la mise en place au coeur d'une boucle de climatisation ne perturbe pas les performances thermiques de ladite boucle.
  • L'invention a donc pour objet un dispositif de stockage d'un fluide réfrigérant apte à circuler dans une boucle de climatisation ayant les caractéristiques de la revendication 1.
  • Selon une première caractéristique de l'invention, le moyen destiné à provoquer des turbulences prend la forme d'une tubulure qui canalise le fluide réfrigérant en provenance d'une chambre d'admission vers la zone de stockage. Cette tubulure se présente sous la forme d'un conduit qui concentre le fluide réfrigérant en un jet.
  • Selon une deuxième caractéristique de l'invention, la tubulure est directement raccordée au tube d'entrée et prend une forme semi-cylindrique, l'extrémité libre de ladite tubulure faisant face à la zone de stockage. L'arc formé par la forme semi-cylindrique permet de diriger le jet vers la zone de stockage de sorte à forcer le jet de fluide réfrigérant à frapper la couche supérieure du fluide stocké dans la zone de stockage.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, la tubulure est distincte du tube d'entrée, ladite tubulure est portée par une plaque qui divise le volume interne du dispositif de stockage de manière étanche en une chambre d'admission et ladite zone de stockage. On entend par distincte le fait que la tubulure et le tube d'entrée ne sont pas liés directement l'une à l'autre.
  • Selon encore une caractéristique de l'invention, la tubulure et le tube d'entrée sont coaxiaux, le tube d'entrée traversant une chambre d'évacuation séparée de ladite zone de stockage par une plaque.
  • Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la tubulure traverse ladite plaque et débouche dans la zone de stockage.
  • Le diamètre de la tubulure est compris entre quatre et huit millimètres.
  • Le tube de sortie communique avec la chambre d'évacuation et avec la chambre de tranquillisation. Ainsi, le fluide réfrigérant à l'état gazeux est capté dans la chambre d'évacuation et une faible quantité de réfrigérant (composant et lubrifiant) est capté dans la chambre de tranquillisation.
  • Selon l'invention le dispositif a un élément perméable au fluide réfrigérant placé dans le volume interne dudit dispositif à la frontière entre ladite zone de stockage et la chambre de tranquillisation.
  • L'élément perméable est une grille ou un filtre.
  • L'invention vise également une boucle ou circuit de climatisation comprenant un dispositif de stockage comprenant l'une quelconque des caractéristiques énoncées ci-dessus et dans laquelle circule un fluide réfrigérant composé d'un mélange entre le composant et un lubrifiant, ledit composant étant un fluide sous-critique connu sous la référence HF01234YF et le lubrifiant étant une huile connue sous la référence 100PAG ou 200PAG. L'utilisation d'autres lubrifiants tels que le POE (Polyol-ester) ou une huile minérale est couverte par l'invention, plus particulièrement dans le cas ou le compresseur utilisé par la boucle de climatisation est un compresseur électrique (lubrifiant POE).
  • Un tout premier avantage selon l'invention réside dans le maintien d'un niveau de miscibilité entre un composant et un lubrifiant au dessus du taux de retour d'un compresseur considérer.
  • Un autre avantage réside dans la possibilité d'utiliser comme fluide réfrigérant dans les boucles de climatisation, notamment pour véhicules automobiles, un composant à faible empreinte sur le réchauffement climatique.
  • Un autre avantage non négligeable réside dans le fait de mélanger ce composant avec un lubrifiant aux caractéristiques éprouvées et le dont le coût reste faible.
  • 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 un graphique de miscibilité par rapport à la température entre le composé HF01234YF et un lubrifiant,
    • la figure 2 est une vue illustrant une boucle de climatisation dans une première variante,
    • la figure 3 est une vue schématique d'une boucle de climatisation selon une deuxième variante,
    • la figure 4 est une vue schématique d'une première variante de l'invention,
    • la figure 5 est une vue similaire à la figure 4 mais illustrant le phénomène,
    • la figure 6 est une vue schématique d'une deuxième variante de l'invention,
    • la figure 7 est une vue schématique d'une troisième variante de l'invention.
  • Les figures servent à la compréhension technique de l'invention mais pourront bien entendu servir à mieux délimiter l'invention, le cas échéant.
  • La figure 1 illustre le problème technique. Elle montre un graphique en deux dimensions dans lequel l'abscisse représente le pourcentage de lubrifiant dans le réfrigérant qui évolue de 0% à gauche vers 50% à droite. L'ordonnée de ce graphique représente la température du fluide réfrigérant au sein de la boucle mesuré en entrée du dispositif de stockage selon l'invention. La courbe en noir intitulée « COMPOSE + LUBRIFIANT » représente le comportement d'un mélange composé et lubrifiant, par exemple pour le composant connu sous l'acronyme HF01234YF mélangé à une huile ou lubrifiant connue sous la référence 100PAG. On constate qu'à 30°C, le pourcentage d'huile dans le réfrigérant est de 10%, ce qui est supérieur à la valeur de taux de retour d'huile communément connue pour un compresseur à cylindrée fixe par exemple, soit 5%. On comprend donc que le fluide réfrigérant transporte suffisamment d'huile pour éviter toute détérioration du compresseur. En revanche, pour un fonctionnement de la boucle de climatisation à des températures extérieures élevées (au dessus de 35°C) ou dans les embouteillages (au ralentie) au cours desquels un retour d'air chaud sur le condenseur provoque une augmentation de la température environnant ce dernier, la quantité de lubrifiant présente dans le fluide réfrigérant passe en dessous du taux de retour d'huile, ce qui se traduit par une détérioration des pièces internes au compresseur et à une casse de ces dernières.
  • La figure 2 représente une première variante d'une boucle de climatisation qui incorpore le dispositif de stockage 1 selon l'invention. La boucle comprend un compresseur 2 qui peut être à cylindrée fixe, équipé d'un embrayage électromagnétique qui commande la mise en rotation du compresseur. Ce dernier peut aussi être à cylindrée variable, à contrôle interne ou externe. Le compresseur, qui comprime le fluide réfrigérant à l'état gazeux et élève sa température, est connecté par une conduite à un condenseur 3, ce dernier ayant pour tâche de refroidir le gaz circulant à son travers par échange avec un flux d'air extérieur au véhicule automobile. Ce condenseur 3 présente une sortie connectée par une conduite à l'entrée du dispositif de stockage 1. Dans le cas de la figure 2, ce dispositif de stockage est autrement appelé bouteille, notamment déshydratante quand cette dernière est équipée d'un module de déshydratation.
  • Le dispositif de stockage 1 est raccordé par une sortie à un organe de détente 4, avantageusement un orifice calibré, dont la fonction est d'abaisser la pression du fluide réfrigérant (détente) et ainsi d'abaisser sa température. L'organe de détente 4 est connecté à un évaporateur 5 où le fluide réfrigérant va échanger et refroidir un air envoyé dans la cabine du véhicule automobile. La boucle de climatisation est fermée par retour du fluide réfrigérant via une conduite connectée entre l'évaporateur 5 et une entrée du compresseur 2.
  • La figure 3 montre une deuxième variante de boucle de climatisation similaire à la première variante illustrée à la figure 2 à l'exception des points suivants. Le dispositif de stockage 1 est ici un accumulateur placé en sortie d'évaporateur 5 et en amont de l'entrée du compresseur 2. L'organe de détente 4 est une vanne de détente thermostatique dont la commande est sous la dépendance de la température du fluide réfrigérant en sortie de l'évaporateur 5.
  • La figure 4 illustre le dispositif de stockage 1 selon une première variante de réalisation. Ce dispositif de stockage 1 est délimité vis-à-vis de l'extérieur par une paroi périphérique 6 qui se présente sous la forme d'un tube de section circulaire fermé à ses extrémités par, d'un côté une paroi supérieure 7 et de l'autre une paroi inférieure 8. La paroi périphérique 6, la paroi supérieure 7 et la paroi inférieure 8 cernent un volume intérieur qui se répartit en une chambre d'admission 9, une zone de stockage 10 et une chambre de tranquillisation 11.
  • La chambre d'admission 9 est disposée dans la partie supérieure du volume interne et reçoit le fluide réfrigérant à l'état liquide quand ce dernier provient du condenseur, c'est-à-dire quand le dispositif de stockage 1 est utilisé comme bouteille. Une plaque 12 divise le volume interne dans sa partie supérieure de sorte à séparer la chambre d'admission 9 de la zone de stockage 10. Cette plaque 12 est montée dans le volume interne de manière étanche sur la face interne de la paroi périphérique 6, c'est-à-dire sans communication entre la chambre d'admission 9 et la zone de stockage 10 en dehors de celle prévue pour créer ou provoquer des turbulences.
  • La plaque 12 présente un moyen 16 destiné à provoquer des turbulences dans la zone de stockage 10 qui se matérialise par un orifice ou trou pratiqué au travers de la plaque 12 et qui forme une tubulure 13 pour autoriser la circulation du fluide réfrigérant de la chambre d'admission 9 vers la zone de stockage 10. Le terme tubulure couvre le trou pratiqué dans l'épaisseur de la plaque 12 et couvre aussi une pipette 14 dont la section libre est placée dans le prolongement du trou de sorte à canaliser le flux de fluide réfrigérant, ces dispositions étant rassemblées sous l'expression « moyen 16 destiné à provoquer des turbulences ». En d'autres termes, la tubulure 13 se matérialise par un trou, une pipette 14 ou tout moyen 16 de communication entre la chambre d'admission 9 et la zone de stockage 10 dont la section ouverte représente moins d'un dixième de la section de la paroi périphérique 6 prise au droit de la plaque 12 et qui est susceptible de provoquer des turbulences dans la chambre de stockage de sorte à mélanger le lubrifiant et le composant.
  • Dans le cas représenté sur la figure 4, la pipette 14 est une tubulure circulaire creuse d'un diamètre interne compris entre quatre et huit millimètres, cette fourchette de valeur offrant de bonne performance pour provoquer un mélange entre lubrifiant et composant au sein de la zone de stockage. Ladite pipette 14 est avantageusement soudée sur la plaque 12 de sorte à faire correspondre sa section creuse avec le trou pratiqué dans ladite plaque 12.
  • Une chambre de tranquillisation 11 est prévue dans la partie basse du dispositif de stockage 1 et sous la zone de stockage 10. Cette chambre de tranquillisation 11 est donc délimitée par la paroi inférieure 8, une partie de la paroi périphérique 6 et un élément 15 perméable au fluide réfrigérant. L'élément 15 a pour fonction de laisser passer le fluide réfrigérant pour lui permettre de sortir du dispositif selon l'invention tout en évitant que les turbulences présentes dans la zone de stockage 10 et provoquées par le moyen 16 selon l'invention se propagent dans la chambre de tranquillisation 11. Dans le cas des figures 4 et 5, l'élément 15 se présente sous la forme d'une grille solidarisée à la paroi périphérique 6. Dans le cas des figures 6 et 7, l'élément 15 prend la forme d'un filtre.
  • Le dispositif de stockage selon la première variante comporte un filtre 17 qui prend place dans la chambre d'admission 9, au dessus de la plaque 12. Ce filtre 17 est traversé par le fluide réfrigérant à l'état liquide.
  • Le dispositif selon l'invention comprend aussi un moyen pour canaliser le fluide réfrigérant de l'extérieur du dispositif vers la chambre d'admission. Ce moyen est un tube d'entrée 18 qui traverse la paroi périphérique 6 sensiblement à côté de l'élément 15 et se poursuit en formant un coude à angle droit. Ce tube d'entrée 18 traverse la plaque 12 et le filtre 17 pour déboucher dans la chambre d'admission 9 au dessus du filtre 17. Cette disposition permet au fluide réfrigérant de traverser le filtre 17 du haut vers le bas avant d'être injecté dans la zone de stockage 10 grâce au moyen 16 pour provoquer des turbulences.
  • Le dispositif de stockage 1 comprend aussi un moyen pour évacuer le fluide réfrigérant. Ce moyen prend par exemple la forme d'un tube de sortie 19 qui traverse la paroi périphérique 6 au droit de la chambre de tranquillisation pour mettre en communication cette dernière avec le reste de la boucle de climatisation.
  • La figure 5 illustre le fonctionnement du dispositif de stockage 1 selon l'invention. Le fluide réfrigérant arrive par le tube d'entrée 18 et se déverse à l'état liquide dans la chambre d'admission 9. Ce fluide réfrigérant, comprenant un composant et un lubrifiant, traverse le filtre 17 et s'accumule sur la plaque 12. Le fluide réfrigérant passe alors par le moyen 16 pour être injecté ou projeté dans la zone de stockage 10. Cette dernière est remplie du fluide réfrigérant à l'état liquide comme cela est symbolisé par les traits référencés 20.
  • En l'absence de moyen 16 destiné à provoquer des turbulences, le lubrifiant et le composant vont se séparer pour former deux couches distinctes, le lubrifiant surnageant au dessus du composant. Le moyen 16, et en particulier la pipette 14, provoque une restriction qui va augmenter la vitesse et la pression du fluide réfrigérant de sorte à former un jet symbolisé par les flèches référencées 21. Ceci va provoquer un mélange entre le lubrifiant et le composant grâce à une circulation (flèches 22) dans la zone de stockage 10 et à la création de bulles 23 au coeur du mélange. Il s'ensuit que le fluide réfrigérant stocké est en permanence perturbé ce qui empêche la séparation entre composant et lubrifiant.
  • L'élément perméable 15 bloque cette agitation de sorte à empêcher la pénétration de bulles 23 dans la chambre de tranquillisation 11 et s'assurer que seul l'état liquide du fluide réfrigérant est envoyer vers le tube de sortie 19 puis vers l'organe de détente.
  • La figure 6 illustre une deuxième variante du dispositif de stockage 1 selon l'invention. Il s'agit toujours d'une version bouteille mais dont la constitution est simplifiée. En effet, il n'y a pas de plaque 12 ni de grille entre la zone de stockage 10 et la chambre de tranquillisation 11. L'élément 15 perméable au fluide réfrigérant prend ici la forme du filtre 17. L'invention met donc à profit le positionnement du filtre 17 dans le volume interne du dispositif de stockage, à la frontière de la zone de stockage 10 et de la chambre de tranquillisation 11, pour lui conférer une fonction supplémentaire, c'est-à-dire empêcher le passage des turbulences et/ou des bulles dans la chambre de tranquillisation 11.
  • Le tube d'entrée 18 se termine par le moyen 16 destiné à provoquer des turbulences. En pratique, la tubulure 13 présente une forme semi-circulaire ou en arc et vient se raccorder ou se connecter directement à l'extrémité 24 du tube d'entrée 18. Cet arc formé par la tubulure 13 permet de diriger le flux de fluide réfrigérant vers la zone de stockage 10 de sorte à réaliser la fonction de mélange ou de perturbation selon l'invention. On comprend donc que l'extrémité libre 25 de la tubulure 13 fait face à la zone de stockage de sorte à forcer le fluide réfrigérant pour qu'il vienne frapper la surface du fluide réfrigérant stocké, et ainsi éviter une séparation entre composant et lubrifiant.
  • Le filtre 17 est alors traversé par le fluide réfrigérant avant de se retrouver dans la chambre de tranquillisation 11 pour sortir du dispositif via le tube de sortie 19.
  • La figure 7 montre une troisième variante de l'invention adaptée à une utilisation avec la boucle de climatisation de la figure 3.
  • Le dispositif de stockage 1 est ici un accumulateur placé sur la boucle de climatisation entre la sortie de l'évaporateur et l'entrée de compresseur. Le volume interne du dispositif est réparti en partant du haut du schéma entre une chambre d'évacuation 26, la zone de stockage 10 et la chambre de tranquillisation 11.
  • La chambre d'évacuation 26 est séparée de la zone de stockage 10 par un plateau 27 au travers duquel le tube d'entrée 18 passe. Le tube d'entrée 18 traverse la paroi supérieure 7 puis la chambre d'évacuation 26 pour être solidarisé par soudage ou brasage sur le plateau 27. Il est prévu un espace entre le bord périphérique du plateau 27 et la face interne de la paroi périphérique 6 de sorte à autoriser la remontée du fluide réfrigérant à l'état gazeux dans la chambre d'évacuation 26 tout en interdisant la présence du fluide réfrigérant à l'état liquide dans la zone de stockage 10.
  • Le tube d'entrée 18 se termine par la tubulure 13, ces deux éléments étant avantageusement co-axiaux. La tubulure 13 provoque un jet de fluide réfrigérant (à l'état diphasique ou gazeux) ce qui provoque des turbulences dans le fluide réfrigérant stocké à l'état liquide. Ceci s'accompagne d'un mélange entre le composant et le lubrifiant. Ce mélange se retrouve dans la chambre de tranquillisation 11 où son comportement se stabilise grâce à la présence de l'élément perméable, en l'occurrence le filtre 17.
  • Le tube de sortie 19 présente une forme générale en « U » et prend naissance dans la chambre d'évacuation 26 où son extrémité libre capte le fluide réfrigérant à l'état gazeux. Le tube de sortie 19 traverse le plateau 27, la zone de stockage 10 et le filtre 17 de sorte à baigner dans la chambre de tranquillisation 11. Un trou 28 est pratiqué dans le tube de sortie 19 de sorte à capter une part contrôlée de liquide réfrigérant, à ce stade un mélange de composant et de lubrifiant puisque le moyen 16 destiné à provoquer des turbulences a mélangé le composant et le lubrifiant. Le tube de sortie 19 présente une courbe à 180° pour traverser à nouveau le filtre 17, la zone de stockage 10, le plateau 27, la chambre d'évacuation 26 et finalement traverser la paroi supérieure 7 et se raccorder à la boucle de climatisation.
  • La figure 7 illustre le phénomène par la présence de bulles 23 et d'une circulation 22 dans la zone de stockage 10 et l'absence de ces mêmes bulles et circulation dans la chambre de tranquillisation 11.
  • L'invention couvre aussi une boucle de climatisation dans laquelle circule le fluide réfrigérant, ce dernier étant constitué par exemple du composé chimique HF01234YF mélangé à un lubrifiant ou huile connu sous la référence 100PAG ou 200PAG. Ladite boucle de climatisation comprend au sein du circuit un dispositif de stockage tel que détaillé ci-dessus.

Claims (11)

  1. Dispositif de stockage (1) d'un fluide réfrigérant apte à circuler dans une boucle de climatisation, ledit dispositif comprenant au moins un tube d'entrée (18), un tube de sortie (19) et une zone de stockage (10) du fluide réfrigérant, le fluide réfrigérant étant formé par un mélange d'un composant et d'un lubrifiant caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (16) mélangeur destiné à provoquer des turbulences dans la zone de stockage (10) de sorte à éviter la stratification en couches du fluide réfrigérant, une chambre de tranquillisation (11) communiquant avec le tube de sortie (19) et un élément (15) perméable au fluide réfrigérant placé dans le volume interne dudit dispositif à la frontière entre ladite zone de stockage (10) et la chambre de tranquillisation (11).
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le moyen (16) destiné à provoquer des turbulences prend la forme d'une tubulure (13, 14) qui canalise le fluide réfrigérant en provenance d'une chambre d'admission (9) vers la zone de stockage (10).
  3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la tubulure (13, 14) est directement raccordée au tube d'entrée (18) et prend une forme semi-cylindrique, l'extrémité fibre (25) de ladite tubulure faisant face à la zone de stockage (10).
  4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la tubulure (13, 14) est distincte du tube d'entrée, ladite tubulure est portée par une plaque (12) qui divise le volume interne du dispositif de stockage de manière étanche en ladite chambre d'admission (9) et ladite zone de stockage (10).
  5. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la tubulure (13, 14) et le tube d'entrée (18) sont coaxiaux, le tube d'entrée (18) traversant une chambre d'évacuation (26) séparée de ladite zone de stockage (10) par un plateau (27).
  6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la tubulure (13, 14) traverse ledit plateau (27) et débouche dans la zone de stockage (10).
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément (15) perméable au fluide réfrigérant est une grille.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément perméable est un filtre (17).
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le diamètre de la tubulure (13, 14) est compris entre quatre et huit millimètres.
  10. Boucle de climatisation comprenant un dispositif de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et un fluide réfrigérant composé d'un mélange entre un composant et un lubrifiant.
  11. Boucle de climatisation selon la revendication 10, dans laquelle le lubrifiant est une huile 100PAG ou 200PAG et le composant est un composé chimique HFO1234YF.
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