FR2965607A1 - Dispositif de separation entre un lubrifiant et un fluide refrigerant et compresseur equipe d'un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de séparation 7 entre un lubrifiant et un fluide réfrigérant apte à être reçu par un compresseur 1 de climatisation, comprenant un réservoir de stockage du lubrifiant 10 et une chambre 13 partitionnée par un séparateur 15 en une chambre de séparation 16 et une chambre d'évacuation 17, caractérisé en ce que le réservoir de stockage de lubrifiant 10 est adjacent à la chambre d'évacuation 17. Application aux véhicules automobiles.

Description

i DISPOSITIF DE SEPARATION ENTRE UN LUBRIFIANT ET UN FLUIDE REFRIGERANT ET COMPRESSEUR EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF

Le secteur technique de la présente invention est celui des compresseurs de climatisation incorporant un dispositif pour séparer un lubrifiant d'un fluide réfrigérant circulant dans le compresseur. Le fluide qui circule dans un circuit de climatisation est en général un mélange d'un fluide réfrigérant avec un lubrifiant. Le fluide réfrigérant confère à ce mélange les propriétés thermodynamiques sur lesquelles se fonde le circuit de climatisation pour refroidir l'habitacle d'un véhicule. Le lubrifiant assure la lubrification des pièces en mouvement constitutives du circuit et tout particulièrement du compresseur. Ce dernier est le composant qui ne peut pas fonctionner durablement sans lubrifiant et c'est pourquoi il faut garantir la présence de ce lubrifiant dans le compresseur. D'un autre côté, il est également nécessaire de limiter au maximum la circulation de ce lubrifiant dans le reste du circuit constitué d'un refroidisseur de gaz ou condenseur, d'un organe de détente et d'un évaporateur. En effet, la présence de lubrifiant dans le reste du circuit présente un impact négatif sur le rendement du circuit de climatisation, notamment par une augmentation de la perte de charge dans ce circuit.

On comprend donc qu'il est intéressant de cantonner le lubrifiant au niveau du compresseur et d'éviter que ce lubrifiant ne sorte de ce compresseur. Le document publié sous le numéro US2010/0095702 divulgue un dispositif de séparation entre une huile et un fluide réfrigérant installé dans un compresseur. Le mélange passe au travers d'un séparateur et l'huile ainsi séparée est stockée dans une pluralité de chambres de stockage alors que le fluide réfrigérant est évacué. Cette huile stockée dans la chambre de stockage comprend encore des bulles de fluide réfrigérant à l'état gazeux qui s'accumulent et il est nécessaire d'évacuer ce fluide réfrigérant à l'état gazeux. Pour ce faire, ce document montre un canal qui circule périphériquement autour du compresseur pour mettre en communication la chambre de stockage avec une chambre d'évacuation. L'inconvénient d'une telle structure réside dans la complexité de forme que ce canal revêt. En effet, la longueur de ce canal est importante alors que sa section est relativement petite. Par ailleurs, son cheminement est tortueux. Ceci a pour conséquence de créer une perte de charge à l'intérieur de ce canal relativement important et cette perte de charge ralentit l'évacuation du fluide réfrigérant contenu dans la chambre de stockage d'huile. Un autre inconvénient réside dans la difficulté de réalisation d'un tel canal périphérique, ce dernier nécessitant des canaux d'entrée et de sortie qui sont difficiles à réaliser. Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus principalement en conformant un dispositif de séparation entre un lubrifiant et un fluide réfrigérant de sorte que le fluide réfrigérant à l'état gazeux présent dans l'huile stockée soit évacué aisément en aval du séparateur selon le sens de circulation du fluide réfrigérant dans le dispositif de séparation. L'invention a donc pour objet un dispositif de séparation entre un lubrifiant et un fluide réfrigérant apte à être reçu par un compresseur de climatisation, comprenant un réservoir de stockage du lubrifiant et une chambre partitionnée ou divisée par un séparateur en une chambre de séparation et une chambre d'évacuation, caractérisé en ce que le réservoir de stockage de lubrifiant est adjacent à la chambre d'évacuation. On comprend donc que le moyen qui permet d'évacuer le fluide réfrigérant présent dans le réservoir de stockage du lubrifiant établit une communication directe et franche, par exemple sans changement de direction, entre ce réservoir et une zone de dispositif de séparation située après le séparateur, autrement dit au niveau d'un orifice de sortie du dispositif de séparation. Avantageusement, le réservoir de stockage de lubrifiant et la chambre d'évacuation sont immédiatement adjacents, c'est-à-dire sans aucun autre élément entre eux que la paroi qui les sépare. Selon une première caractéristique de l'invention, la chambre d'évacuation est délimitée par une paroi qui délimite également le réservoir de stockage de lubrifiant. On s'assure ainsi que la distance qui sépare le réservoir de la chambre d'évacuation est réduite au minimum, c'est-à-dire réduite à une paroi servant de frontière entre ces deux zones sans autres éléments intermédiaires. Selon une deuxième caractéristique de l'invention, le réservoir de stockage de lubrifiant présente une partie supérieure et une partie inférieure, la chambre d'évacuation étant en communication avec la partie supérieure par l'intermédiaire d'un conduit pratiqué au travers de la paroi. Ce dernier forme ainsi un passage au travers duquel le fluide réfrigérant s'échappe du réservoir. Il s'agit ici d'une solution particulièrement simple à mettre en oeuvre. Selon une deuxième caractéristique de l'invention, le conduit est rectiligne.

Les pertes de charge sont ainsi réduites, ce qui permet d'une part d'évacuer le fluide réfrigérant de manière efficace et d'autre part de réduire l'encombrement dimensionnel de ce conduit, sa section pouvant être notablement réduite. L'épaisseur de la paroi entre le réservoir de stockage de lubrifiant et la chambre d'évacuation est comprise entre 1 mm et 7 mm.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le séparateur est conformé pour centrifuger le lubrifiant. Autrement dit, le séparateur présente un moyen apte à conférer au mélange qui le pénètre une circulation cyclonique où le lubrifiant est propulsé vers une périphérie interne du séparateur alors que le fluide réfrigérant circule en son centre.

Avantageusement, le séparateur comprend un support sur lequel est fixé un tube, la chambre étant partitionnée ou séparée ou divisée par le support. Ce dernier forme la limite entre la chambre de séparation et la chambre d'évacuation. Ce support s'étend dans le travers de la chambre et présente en son centre un trou qui communique avec un volume interne délimité par le tube.

L'invention couvre également un compresseur de climatisation comprenant un dispositif de séparation entre un lubrifiant et un fluide réfrigérant selon l'une quelconque des caractéristiques présentées ci-dessus. Dans ce compresseur, la chambre est délimitée par une paroi avantageusement cylindrique, ladite paroi étant interposée entre le réservoir de stockage de lubrifiant et une chambre de déchargement du compresseur. On comprend que la paroi est constitutive du séparateur puisque son caractère cylindrique favorise l'effet cyclonique tout en formant une frontière ou paroi étanche entre le réservoir et une chambre de décharge dans laquelle le fluide comprimé est envoyé.

Avantageusement, le réservoir de stockage de lubrifiant est délimité au moins par la paroi et une paroi externe d'un boîtier constituant le compresseur. On trouve ainsi une manière très simple de réaliser le réservoir ce qui évite des opérations de fabrication compliquées.

Dans un exemple de réalisation, la chambre, plus particulièrement la chambre de séparation, présente un fond à proximité duquel débouche un canal qui met en communication la chambre de séparation avec le réservoir de stockage du lubrifiant, ledit fond étant formé par la paroi externe du boîtier. Dans une telle configuration, la paroi délimitant la chambre traverse diagonalement de part en part le compresseur, plus spécifiquement une culasse arrière du compresseur, ce qui permet de fabriquer la chambre d'une manière simple, par exemple par une opération de perçage. Enfin, le compresseur objet de l'invention comprend un orifice de sortie qui 10 est confondu avec la chambre d'évacuation. Un tout premier avantage de l'invention réside dans l'efficacité du dispositif de séparation selon l'invention. En effet, l'organisation visant à rendre adjacent le réservoir avec la chambre d'évacuation limite la distance à parcourir par le fluide réfrigérant retenu dans le réservoir ce qui augmente l'efficacité globale du 15 dispositif, favorisant ainsi le dégazage de l'huile. Un autre avantage réside dans la simplicité de réalisation d'un tel dispositif de séparation quand ce dernier est intégré à un compresseur de climatisation. 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 20 avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de la fonction séparation d'un lubrifiant et d'un fluide réfrigérant dans une boucle de climatisation comprenant un compresseur équipé du dispositif de séparation selon l'invention, - la figure 2 illustre un exemple de réalisation d'un tel dispositif de séparation. 25 II faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée, lesdites figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. La figure 1 illustre un exemple d'organisation d'un dispositif de séparation selon l'invention, installé dans un compresseur 1. Un orifice d'admission 2 du compresseur 1 permet à un mélange 3 de lubrifiant et de fluide réfrigérant d'entrer 30 dans le compresseur. Ce mélange a préalablement circulé dans des composants du circuit de climatisation symbolisés sous la référence 4 parmi lesquels on trouve un refroidisseur de gaz ou condenseur, un organe de détente tel qu'un orifice tube ou un détendeur thermostatique, un échangeur de chaleur interne, un évaporateur et une bouteille ou le cas échéant un accumulateur. Le mélange 3 pénètre alors dans un mécanisme de compression 5 où la pression et la température de ce mélange passent de la pression et la température d'aspiration du compresseur à la pression et température de refoulement dudit compresseur, ces dernières étant plus élevées que ces premières. Ce mécanisme de compression 5 contient des pièces en mouvement qu'il convient de lubrifier au moyen du mélange 3 auquel est additionné une quantité d'huile référencée 8. L'ensemble formé par le mélange 3 et la quantité d'huile 8 ainsi comprimé porte la référence 6 et circule en direction d'un dispositif de séparation 7. Ce dispositif de séparation 7 divise cet ensemble 6 en une partie qui forme à nouveau le mélange 3 et une partie 9 contenant le lubrifiant et le fluide réfrigérant. Cette partie 9 est conduite puis stockée dans un réservoir de stockage de lubrifiant 10. Ce réservoir de stockage de lubrifiant 10 fournit la quantité d'huile 8 nécessaire au mécanisme de compression 5. Ce réservoir est également conformé pour envoyer le fluide réfrigérant référencé 12 après le dispositif de séparation 7, c'est-à-dire en aval de ce dernier selon le sens de circulation du mélange dans le compresseur. Plus particulièrement, cette partie de fluide réfrigérant à l'état gazeux qui est présente dans le réservoir est envoyée vers une chambre d'évacuation constitutive du dispositif de séparation. Dans le cas de cette figure, ce fluide réfrigérant 12 est envoyé en sortie de compresseur, par exemple par mise en communication avec un orifice de sortie 11 qui permet au mélange ainsi qu'à ce fluide réfrigérant 12 de circuler en direction des composants 4 du circuit et ainsi former une boucle fermée, caractéristique des circuits de climatisation. Le compresseur 1 est par exemple un compresseur à cylindrée fixe mais il peut s'agir aussi d'un compresseur à cylindrée variable, son contrôle pouvant être interne ou externe. Ces types de compresseurs sont par exemple des compresseurs à pistons ou à palettes mais l'invention trouve une application particulière pour un compresseur à spirale. L'entraînement de ce compresseur peut être mécanique ou électrique.

Le mélange 3 contient le fluide réfrigérant et une quantité de lubrifiant déterminée par un taux de circulation de lubrifiant propre à la technologie de chaque compresseur. On notera tout particulièrement que le fluide réfrigérant 12 prisonnier du réservoir de stockage de lubrifiant 10 n'est pas envoyé dans le dispositif de séparation 7 en des zones où la séparation du lubrifiant et du fluide réfrigérant n'a pas été effectuée. Au contraire, ce fluide réfrigérant 12 est envoyé après la phase de séparation ce qui évite de perturber cette phase par addition d'un flux supplémentaire. La figure 2 montre un exemple de réalisation de l'invention. Le dispositif de 1 o séparation 7 a pour fonction de séparer le lubrifiant par rapport au fluide réfrigérant. Ce dispositif de séparation 7 comprend le réservoir de stockage de lubrifiant 10 ainsi qu'une chambre 13. Cette dernière est délimitée par une paroi 14 qui est commune au réservoir de stockage de lubrifiant 10. La chambre 13 comprend un séparateur 15 qui divise la chambre 13 en une 15 chambre de séparation 16 et une chambre d'évacuation 17. La paroi 14 délimitant la chambre 13 délimite également la chambre d'évacuation 17 si bien que cette dernière est adjacente au réservoir de stockage du lubrifiant 10. On comprend ainsi que cette chambre d'évacuation 17 et ce réservoir 10 sont côte-à-côte ou autrement dit immédiatement à côté l'un de l'autre. 20 Le réservoir de stockage de lubrifiant comprend une partie supérieure 18 dans laquelle le fluide réfrigérant 12, piégé dans le réservoir, s'accumule. Ce réservoir comprend encore une partie inférieure 19 placée selon une position plus basse que la partie supérieure 18 par rapport à un axe vertical 20. La partie inférieure 19 reçoit le lubrifiant 21 dont le niveau haut est symbolisé par la 25 référence 22. La partie supérieure 18 est en communication fluidique avec la chambre d'évacuation 17 par l'intermédiaire d'un conduit 23 fabriqué ou pratiqué dans la paroi 14. Ce conduit 23 s'étend de manière perpendiculaire par rapport à l'endroit de la paroi 14 dans lequel il est fabriqué. On comprend ainsi que ce conduit 30 traverse de part en part cette paroi 14. La paroi 14 située entre la chambre d'évacuation 17 et le réservoir de stockage de lubrifiant présente une épaisseur comprise entre 1 mm et 7 mm, ce qui permet de garantir une bonne résistance mécanique de l'ensemble et une bonne compacité du dispositif de séparation 7. Selon un exemple de réalisation, le conduit 23 s'étend selon un axe ou une direction rectiligne. La forme de sa section peut être circulaire, ovoïde ou parallélépipédique.

La partie inférieure 19 du réservoir de stockage de lubrifiant 10 comprend un passage 24 qui permet d'alimenter en lubrifiant 8 le mécanisme de compression 5. On notera que ce passage 24 est formé par un trou pratiqué en un point bas du réservoir, c'est-à-dire un point qui baigne constamment dans le lubrifiant quelque soit le niveau 22 de lubrifiant 21.

On notera que la chambre 13 s'étend de manière rectiligne sur un axe référencé 25, la chambre d'évacuation 17 est ainsi dans le prolongement de la chambre de séparation 16. La chambre 13 est divisée par le séparateur 15 qui est conformé pour centrifuger le lubrifiant par effet cyclonique. Le mélange comprimé par le mécanisme de compression pénètre dans la chambre de séparation 16 par un orifice 26, et le lubrifiant 21 séparé de la majorité du fluide réfrigérant s'accumule dans une partie inférieure de la chambre de séparation 16. Cette dernière est en communication fluidique avec le réservoir de stockage de lubrifiant 10 via un canal 27 qui prend la forme d'un trou pratiqué dans la paroi 14 qui délimite communément la chambre de séparation 16 et le réservoir de stockage de lubrifiant 10. A titre illustratif, on notera que l'axe dans lequel s'étend le conduit 23 est perpendiculaire à l'axe 25 dans lequel s'étend la chambre 13. On notera également que l'axe dans lequel s'étend le canal 27 est perpendiculaire à l'axe 25 dans lequel s'étend la chambre 13. Le séparateur 15 comprend un support 28 qui prend la forme d'une bague dont la périphérie externe correspond à la périphérie interne de la chambre 13. On comprend donc que ce support est monté dans un fût formé par la chambre 13 de manière étanche de sorte que le mélange ne puisse pas circuler entre le support 28 et la paroi interne de la chambre 13. Ce support comprend un évidement central au travers duquel circule le mélange 3 débarrassé de l'excédent de lubrifiant 8. Au droit de cet évidement est fixé un tube creux 29 qui s'étend dans la chambre de séparation 16 selon un axe parallèle à l'axe 25 de la chambre 13. Ce tube 29 présente un diamètre extérieur inférieur au diamètre interne du fût formant la chambre de séparation 16 de sorte à libérer un passage où l'effet cyclonique peut prendre place. Selon une alternative, le support 28 et le tube creux 29 peuvent former une seule et même pièce unitaire.

L'orifice 26 s'étend selon un axe qui tangente le diamètre interne du fût constitutif de la chambre de séparation 16. L'effet cyclonique est ainsi créé par le débit et la vitesse du mélange qui pénètrent dans la chambre de séparation 16. Cet effet cyclonique a pour conséquence de projeter le lubrifiant contre le diamètre interne du fût délimitant la chambre de séparation 16, ce lubrifiant descendant ensuite par capillarité vers la partie inférieure de la chambre de séparation 16. Le fluide réfrigérant ainsi débarrassé du lubrifiant passe dans la partie creuse du tube 29, traverse l'évidement du support puis débouche dans la chambre d'évacuation 17 où il se mélange avec le fluide réfrigérant 12 issu du réservoir de stockage de lubrifiant 10. Bien entendu, le dispositif de séparation 7 selon l'invention trouve une application toute particulière dans un compresseur de climatisation. La chambre 13 est délimitée par la paroi 14 et cette paroi présente une forme avantageusement cylindrique, par exemple circulaire ou ovoïde. Cette paroi 14 entoure donc la chambre 13, c'est-à-dire la chambre d'évacuation 17 et la chambre de séparation 16. Le compresseur 1, et de manière préférentielle une culasse arrière du compresseur, comprend un boîtier périphérique 30 qui le délimite par rapport au milieu extérieur qui l'entoure. Ce boîtier contient ainsi au moins le dispositif de séparation 7 mais il peut aussi contenir le mécanisme de compression ainsi qu'un moteur électrique qui entraîne le mécanisme de compression. Le mécanisme de compression comprime le mélange 3 et le décharge dans une chambre de déchargement 31, cette dernière étant en communication fluidique avec la chambre de séparation 16 par l'intermédiaire de l'orifice 26. La paroi 14 est intercalée ou interposée entre le réservoir de stockage de lubrifiant 10 et la chambre de déchargement. La chambre 13 et la paroi 14 qui la délimite sont donc à la frontière entre le réservoir de stockage de lubrifiant et la chambre de déchargement 31.

Le réservoir de stockage de lubrifiant est délimité par la paroi 14 de la chambre d'évacuation 17 de sorte à être adjacent à cette dernière mais il est également délimité par le boîtier périphérique 30 du compresseur, c'est-à-dire le boîtier externe de ce compresseur.

La chambre 13 présente aussi un fond 32 constitué au moins en partie par le boîtier périphérique externe 30 du compresseur. On comprend ainsi que la chambre 13 est un fût rectiligne qu'il est aisé de fabriquer, par exemple par une simple opération de perçage. Le canal 27 est pratiqué de manière immédiatement adjacente au fond 32. io Enfin, l'orifice de sortie 11 est avantageusement confondu avec la chambre d'évacuation 17, ces deux éléments étant au moins alignés sur un même axe, par exemple l'axe 25 de la chambre 13.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de séparation (7) entre un lubrifiant et un fluide réfrigérant apte à être reçu par un compresseur (1) de climatisation, comprenant un réservoir de stockage du lubrifiant (10) et une chambre (13) partitionnée par un séparateur (15) en une chambre de séparation (16) et une chambre d'évacuation (17), caractérisé en ce que le réservoir de stockage de lubrifiant (10) est adjacent à la chambre d'évacuation (17).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la chambre d'évacuation (17) est délimitée par une paroi (14) qui délimite également le réservoir de stockage de lubrifiant (10).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le réservoir de stockage de lubrifiant (10) présente une partie supérieure (18) et une partie inférieure (19), la chambre d'évacuation (17) étant en communication avec la partie supérieure (18) par l'intermédiaire d'un conduit (23) pratiqué au travers de la paroi (14).
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le conduit (23) est rectiligne.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel l'épaisseur de la paroi (14) entre le réservoir de stockage de lubrifiant (10) et la chambre d'évacuation (17) est comprise entre 1 mm et 7 mm.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le séparateur (15) est conformé pour centrifuger le lubrifiant par effet cyclonique.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le séparateur (15) comprend un support (28) sur lequel est fixé un tube (29), la chambre (13) étant partitionnée par le support (28).
8. 8. Compresseur (1) de climatisation comprenant un dispositif de séparation (7) entre un lubrifiant et un fluide réfrigérant selon l'une quelconque des revendications précédentes.
9. 9. Compresseur selon la revendication 8, dans lequel la chambre (13) est délimitée par une paroi (14) avantageusement cylindrique, ladite paroi (14) étant interposée entre le réservoir de stockage de lubrifiant (10) et une chambre de déchargement (31) du compresseur (1).
10. 10. Compresseur selon la revendication 9, dans lequel le réservoir de stockage de lubrifiant (10) est délimité au moins par la paroi (14) et par un boîtier 2965607 ii périphérique (30) constitutif du compresseur (1).
11. 11. Compresseur selon la revendication 10, dans lequel la chambre (13) présente un fond (32) à proximité duquel débouche un canal (27) qui met en communication la chambre de séparation (16) avec le réservoir de stockage du 5 lubrifiant (10), ledit fond (32) étant formé par le boîtier périphérique (30) du compresseur (1).
12. 12. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, comprenant un orifice de sortie (11) qui est confondu avec la chambre d'évacuation (17). 10