DISPOSITIVO DE EXPANSION MEJORADA PARA CIRCUITO DE CLIMATIZACION.

Dispositivo de expansión, destinado a ser instalado en un circuito de climatización que funciona con un fluido refrigerante (FR) de tipo supercrítico,

y que comprende un cuerpo (120) adecuado para ser atravesado por el fluido refrigerante, comprendiendo dicho cuerpo un compartimiento de entrada (1210) en el cual llega el fluido refrigerante y un compartimiento de salida (1230) por el cual sale el fluido refrigerante, comprendiendo el dispositivo de expansión además un conjunto de medios de expansión adecuados para hacer pasar el fluido refrigerante del compartimiento de entrada (1210) al compartimiento de salida (1230), comprendiendo los medios de expansión:

- medios de expansión variable (1211) que comprenden un primer orificio (34) y una aguja de válvula (134) capaz de hacer variar la sección de paso del primer orificio (34), estando los medios de expansión variable (1211) sometidos a la alta presión del fluido refrigerante que llega del compartimiento de entrada (1210),

- medios de expansión fijos que comprenden un segundo orificio (35) que tiene una sección de paso fija, caracterizado por el hecho de que los medios de expansión variable (1211) están conformados de manera que la sección de paso del primer orificio (34) varía con la alta presión del fluido refrigerante, según una ley generalmente creciente, cuando la alta presión del fluido refrigerante está sensiblemente comprendida entre 80 bares y 135 bares, y un elemento de obturación (1271) comprende un tercer orificio (37) y un obturador (137) capaz de obturar dicho tercer orificio, estando el elemento de obturación (1271) sometido a la alta presión del fluido refrigerante proveniente del compartimiento de entrada (1210)

Dispositivo de expansión mejorada para circuito de climatización.

La invención se refiere a un dispositivo de expansión y circuito de climatización, en especial para vehículos automóviles.

Un circuito de climatización clásico comprende un compresor, un refrigerador de gas, un dispositivo de expansión y un evaporador recorridos, en este orden, por un fluido refrigerante. El fluido refrigerante es comprimido en fase gaseosa y llevado a una presión elevada por el compresor. A continuación se enfría mediante el aire que atraviesa el refrigerador de gas, y luego padece una pérdida de presión pasando por el dispositivo de expansión. Entonces, el fluido se vaporiza parcialmente. A la salida del dispositivo de expansión, el fluido refrigerante está bajo la forma de una mezcla de vapor y de líquido a baja presión, que es transmitido al evaporador donde se transforma en fase gaseosa. También se puede prever un intercambiador interno dispuesto aguas arriba del dispositivo de expansión.

En realizaciones existentes, el dispositivo de expansión es un orificio calibrado. Un tal dispositivo de expansión puede ser fácilmente conectado al resto del circuito de climatización, teniendo en cuenta la simplicidad de su estructura. Sin embargo, las prestaciones de un orificio calibrado para regular el caudal de fluido refrigerante en función de las condiciones de cargas térmicas son a veces insuficientes y no permiten tener un coeficiente de operación óptimo. Entonces, se utiliza como complemento un acumulador a la salida del evaporador para impedir que llegue un caudal de fluido frigorígeno demasiado elevado al evaporador y para evitar los golpes de líquido al compresor. Este acumulador corresponde a una zona de almacenamiento de la carga no-circulante de fluido refrigerante. Esta zona de almacenamiento puede aumentar o disminuir en función de las condiciones de funcionamiento. Por lo tanto, el acumulador debe ser particularmente voluminoso, lo cual aumenta la ocupación de espacio de la instalación de climatización.

En otras realizaciones existentes, se utiliza un dispositivo de expansión con orificio variable. Se conocen en particular elementos de expansión en los cuales la sección de paso del dispositivo de expansión varía en función de la alta presión o en función de la diferencia entre la alta presión y la baja presión.

El documento JP56-74575 propone por ejemplo un dispositivo de expansión para un aparato de climatización recorrido por el fluido frigorígeno R134a. El dispositivo de expansión comprende una válvula cuyo grado de abertura varía en función de la diferencia entre la alta presión y la baja presión. Más concretamente, la válvula se abre cuando la diferencia entre la alta presión y la baja presión es elevada y se cierra cuando la diferencia entre la alta presión y la baja presión es reducida.

Un tal dispositivo de expansión tiene un coeficiente de operación óptimo que depende de la alta presión y también de la baja presión. De ello resulta una estructura costosa y compleja.

El documento US 5 081847 propone por ejemplo un aparato de climatización para vehículo automóvil, recorrido por un fluido refrigerante sub-crítico R134a en el cual el dispositivo de expansión es de orificio variable. El dispositivo de expansión comprende un orificio central principal siempre abierto, y al menos un orificio periférico que se abre o se cierra en función de la alta presión del fluido refrigerante con la finalidad de optimizar la refrigeración de la cabina.

En este caso el grado de abertura del dispositivo de expansión solo depende de la alta presión. Sin embargo, un tal dispositivo de expansión está concebido para funcionar con un fluido frigorígeno sub-crítico y está mal adaptado a los fluidos frigorígenos supercríticos.

Sin embargo, la utilización de fluidos frigorígenos supercríticos, en especial el fluido frigorígeno CO₂ (R744), se desarrolla en los circuitos de climatización de los vehículos para limitar los efectos nefastos de los fluidos frigorígenos en el entorno y por lo tanto es conveniente adaptar las instalaciones de climatización a estos fluidos.

En US-A-6 430 950 se describe un dispositivo de expansión según el preámbulo de la reivindicación 1.

Se conocen dispositivos de expansión adaptados para funcionar con el fluido frigorígeno CO₂. Sin embargo, estos dispositivos precisan generalmente de un mando electrónico de lo cual resulta un coste relativamente elevado que los hace mal adaptados a las instalaciones de climatización automóviles.

La invención se propone mejorar la situación.

Para ello propone un dispositivo de expansión que tiene las características reivindicadas en la reivindicación 1, destinado a ser instalado en un circuito de climatización que funciona con un fluido refrigerante de tipo supercrítico, y que comprende un cuerpo adecuado para ser atravesado por el fluido refrigerante. El cuerpo comprende un compartimiento de entrada al cual llega el fluido refrigerante y un compartimiento de salida por el cual sale el fluido refrigerante. El dispositivo de expansión comprende además un conjunto de medios de expansión adecuados para hacer pasar el fluido refrigerante del compartimiento de entrada al compartimiento de salida. Comprendiendo los medios de expansión, ventajosamente:

- medios de expansión variable que comprenden un primer orificio y una aguja de válvula capaz de hacer variar la sección de paso del primer orificio, y

- medios de expansión fijos que comprenden un segundo orificio que tiene una sección de paso fija.

A continuación se describen características opcionales de la invención, complementarias o de substitución:

- el primer orificio y el segundo orificio son adyacentes y están disjuntos.

- el primer orificio y el segundo orificio están dispuestos para formar un orificio común.

- Los medios de expansión están conformados de manera que la sección de paso mínima del dispositivo de expansión esté sensiblemente comprendida entre 0,07 mm² y 0, 16 mm².

- Los medios de expansión están dispuestos de manera que la sección de paso del dispositivo de expansión esté sensiblemente comprendida entre 0,45 mm² y 0,63 mm², cuando la presión del fluido refrigerante es sensiblemente del orden de 110 bares.

- Los medios de expansión están dispuestos de manera que la sección de paso del dispositivo de expansión esté sensiblemente comprendida entre 0,71 mm² y 0,95 mm², cuando la presión del fluido refrigerante es sensiblemente del orden de 135 bares.

- Los medios de expansión están dispuestos de manera que la sección de paso del dispositivo de expansión esté sensiblemente comprendida entre 2 mm² y 6,1 mm², cuando la presión del fluido refrigerante es sensiblemente superior o igual a 135 bares.

- La sección de paso del segundo orificio está sensiblemente comprendida entre 0,07 mm² y 0, 16 mm².

- la aguja de válvula está conformada para cerrar el primer orificio cuando la presión del fluido refrigerante es sensiblemente inferior a 80 bares y para abrir el primer orificio al menos parcialmente cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada es sensiblemente superior o igual a 80 bares.

- la aguja de válvula está conformada para hacer variar la sección de paso del primer orificio en función de la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada, según una ley generalmente creciente, cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada está sensiblemente comprendida entre 80 bares y 135 bares.

- la aguja de válvula está conformada para mantener una abertura máxima del primer orificio, cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada es sensiblemente superior o igual a 135 bares.

- Comprendiendo los medios de expansión además un elemento de obturación que comprenden un tercer orificio y un obturador capaz de obturar a dicho tercer orificio.

- El obturador está conformada para obturar el tercer orificio, cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada es sensiblemente inferior a 135 bares, y para abrir el tercer orificio, cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada es sensiblemente superior o igual a 135 bares.

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1. Dispositivo de expansión, destinado a ser instalado en un circuito de climatización que funciona con un fluido refrigerante (FR) de tipo supercrítico, y que comprende un cuerpo (120) adecuado para ser atravesado por el fluido refrigerante, comprendiendo dicho cuerpo un compartimiento de entrada (1210) en el cual llega el fluido refrigerante y un compartimiento de salida (1230) por el cual sale el fluido refrigerante, comprendiendo el dispositivo de expansión además un conjunto de medios de expansión adecuados para hacer pasar el fluido refrigerante del compartimiento de entrada (1210) al compartimiento de salida (1230), comprendiendo los medios de expansión:

- medios de expansión variable (1211) que comprenden un primer orificio (34) y una aguja de válvula (134) capaz de hacer variar la sección de paso del primer orificio (34), estando los medios de expansión variable (1211) sometidos a la alta presión del fluido refrigerante que llega del compartimiento de entrada (1210),

- medios de expansión fijos que comprenden un segundo orificio (35) que tiene una sección de paso fija, caracterizado por el hecho de que los medios de expansión variable (1211) están conformados de manera que la sección de paso del primer orificio (34) varía con la alta presión del fluido refrigerante, según una ley generalmente creciente, cuando la alta presión del fluido refrigerante está sensiblemente comprendida entre 80 bares y 135 bares, y un elemento de obturación (1271) comprende un tercer orificio (37) y un obturador (137) capaz de obturar dicho tercer orificio, estando el elemento de obturación (1271) sometido a la alta presión del fluido refrigerante proveniente del compartimiento de entrada (1210).

2. Dispositivo de expansión según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el primer orificio (34) y el segundo orificio (35) son adyacentes y están disjuntos.

3. Dispositivo de expansión según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el primer orificio (34) y el segundo orificio (35) están dispuestos para formar un orificio común.

4. Dispositivo de expansión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que los medios de expansión están conformados de manera que la sección de paso mínima del dispositivo de expansión (12) esté sensiblemente comprendido entre 0,07 mm² y 0, 16 mm².

5. Dispositivo de expansión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que los medios de expansión están dispuestos de manera que la sección de paso del dispositivo de expansión esté sensiblemente comprendido entre 0,45 mm² y 0,63 mm², cuando la presión del fluido refrigerante es sensiblemente del orden de 110 bares.

6. Dispositivo de expansión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que los medios de expansión están dispuestos de manera que la sección de paso del dispositivo de expansión esté sensiblemente comprendido entre 0,71 mm² y 0,95 mm², cuando la presión del fluido refrigerante es sensiblemente del orden de 135 bares.

7. Dispositivo de expansión según la reivindicación 1 a 6, caracterizado por el hecho de que los medios de expansión están dispuestos de manera que la sección de paso del dispositivo de expansión esté sensiblemente comprendido entre 2 mm² y 6,1 mm², cuando la presión del fluido refrigerante es sensiblemente superior o igual a 135 bares.

8. Dispositivo de expansión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la sección de paso del segundo orificio (35) está sensiblemente comprendida entre 0,07 mm² y 0, 16 mm².

9. Dispositivo de expansión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la aguja de válvula (134) está conformada para cerrar el primer orificio (34) cuando la presión del fluido refrigerante es sensiblemente inferior a 80 bares y para abrir el primer orificio (34) al menos parcialmente cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada (1210) es sensiblemente superior o igual a 80 bares.

10. Dispositivo de expansión según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que la aguja de válvula (134) está conformada para hacer variar la sección de paso del primer orificio (34) en función de la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada (1210), según una ley generalmente creciente, cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada (1210) está sensiblemente comprendida entre 80 bares y 135 bares.

11. Dispositivo de expansión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la aguja de válvula (134) está conformada para mantener una abertura máxima del primer orificio (34), cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada (1210) es sensiblemente superior o igual a 135 bares.

12. Dispositivo de expansión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que los medios de expansión comprenden además un elemento de obturación (1271) que comprende un tercer orificio (37) y un obturador (137) capaz de obturar dicho tercer orificio.

13. Dispositivo de expansión según la reivindicación 12 tomada en combinación con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por el hecho de que el obturador (137) está conformado para obturar el tercer orificio (37), cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada (1210) es sensiblemente inferior a 135 bares, y para abrir el tercer orificio (35), cuando la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada (1210) es sensiblemente superior o igual a 135 bares.

14. Dispositivo de expansión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que los medios de expansión variable (1211) comprenden además un sistema de muelle (350) dispuesto para ejercer una fuerza sobre la aguja de válvula (134) que se opone a la fuerza ejercida por la presión del fluido refrigerante en el compartimiento de entrada (1210).

15. Dispositivo de expansión según la reivindicación 14, caracterizado por el hecho de que los medios de expansión variable (1211) están dispuestos en un alojamiento (1212) del compartimiento de entrada y por el hecho de que la aguja de válvula (134) comprende un vástago de control (135) sensiblemente perpendicular al eje del primer orificio, fijado por uno de sus extremos al fondo del alojamiento, conectado mecánicamente a una pared de separación (340) sobre la cual se ejercen, por un lado, la fuerza del sistema de muelle (350) y por el otro lado, la fuerza debida a la presión del fluido refrigerante que llega, de manera que la aguja de válvula es capaz de desplazarse en translación, sensiblemente perpendicularmente al eje del orificio.

16. Dispositivo de expansión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el fluido refrigerante es el fluido R744.

17. Circuito de climatización, que funciona con un fluido refrigerante y que comprende un compresor (14), un refrigerador de gas (11), un dispositivo de expansión (12) y un evaporador (13), caracterizado por el hecho de que el dispositivo de expansión es tal como se define según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.