Brevet FR2545910A1 — publié le 19841116

VALEO 245 Dispositif pour améliorer l'efficacité d'un Échangeur de chaleur dans un boîtier d'une installation de climatisation, et boîtier de cette installation- - L'invention concerne un dispositif pour améliorer l'effica- cité d'un échangeur de chaleur monté dans un boîtier d'une installation de climatisation, en particulier pour le chauf- fage et/ou le refroidissement de l'habitacle d'un véhicule automobile, ainsi qu'un tel boîtier comprenant ce dispositif. Un botter dans lequel est monté un échangeur de chaleur fai- sant partie d'une installation de climatisation de l'habita- cle d'un véhicule comprend, de façon connue, un logement recevant l'échangeur et laissant libres les deux grandes faces du faisceau de tubes de celui-ci, ainsi que des conduits d'amenée et de sortie d'air qui débouchent dans le logement en regard des grandes faces du faisceau, et des volets ou organes analogues permettant, d'une part, de régler la tem- pérature de l'air admis dans l'habitacle par réglage du débit d'air à travers le faisceau de l'échangeur et, d'autre part, de répartir l'air vers les différentes bouches ou ouïes d'admission d'air dans l'habitacle L'encombrement général du bottier et les dispositions relatives des différents éléments dans le boîtier sont imposés, par la place disponi- ble dans le compartiment moteur, les contraintes de liaison de l'échangeur à un circuit de fluide caloporteur ou frigo- rigène, les emplacements des bouches d'admission d'air dans l'habitacle, etc. Il en résulte en pratique que les conduits d'amenée et de sortie d'air qui débouchent sur les grandes faces du fais- ceau de l'échangeur sont très souvent orientés en oblique par rapport à ces grandes faces et que l'alimentation en air du faisceau est loin d'être uniforme sur toute l'étendue du faisceau, la vitesse de l'air à travers le faisceau étant, dans ces conditions, la plus grande dans une partie du faisceau qui est en général voisine d'une de ses extré- mités, et beaucoup plus faible au voisinage de l'extrémité opposée du faisceau Ce défaut d'uniformité de l'alimentation en air du faisceau provoque, pour un débit d'air fixé, une diminution de la puissance thermique de l'échangeur de cha- leur et, de façon générale,uune perte d'efficacité On peut ainsi définir un coefficient d'adaptation de l'échangeur dans un boîtier, comme le rapport de la puissance thermique de l'échangeur sur un banc d'essai (le faisceau de l'échan- geur étant alors alimenté en air de façon uniforme), et de la puissance thermique du même échangeur monté dans le boî- tier Ce coefficient d'adaptation est en général voisin de 0,9 et traduit une perte d'efficacité d'environ 10 % de l'échangeur de chaleur, résultant de son montage dans le boîtier L'invention a pour but de réduire notablement cet inconvé- nient en améliorant d'environ 5 % le coefficient d'adapta- tion d'un échangeur de chaleur dans un boîtier donné, et cela sans modifier l'échangeur ni les orientations relatives des conduits d'amenée et de sortie d'air par rapport aux grandes faces du faisceau de l'échangeur. L'invention propose à cet effet un dispositif pour amélio- rer l'efficacité d'un échangeur de chaleur logé dans un boîtier d'une installation de climatisation, en particulier de l'habitacle d'un véhicule automobile, cet échangeur com- prenant un faisceau de tubes traversé par l'air destiné à être admis dans l'habitacle, caractérisé en ce qu'il com- prend des moyens propres à créer une perte de charge de l'écoulement d'air en aval du faisceau de l'échangeur et au voisinage immédiat de ce faisceau, en regard d'une partie du faisceau o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus grande. L'invention propose également un boîtier pour échangeur de chaleur dans une installation de climatisation, en particu- lier de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un logement recevant l'échangeur, deux conduits d'amenée et de sortie d'air débouchant dans le logement chacun en regard d'une grande face du faisceau de l'échangeur, le gui- dage de l'air arrivant sur la face amont du faisceau étant tel que la vitesse de l'air traversant le faisceau varie d'une partie du faisceau à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi ou cloison s'étendant le long de la face aval du faisceau et au voisinage immédiat de celle-ci, en regard d'une partie du faisceau o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus grande. De façon surprenante, la disposition d'une cloison ou d'une paroi en regard d'une partie de la face aval du faisceau, o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus grande, permet, en créant une perte de charge dans cette zone, d'uniformiser l'alimentation du faisceau en air, de diminuer la perte de charge globale de l'appareil, et, simultanément, d'augmenter la puissance thermique de l'échan- geur ainsi que le débit d'air à travers le faisceau. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, les moyens créant une perte de charge s'étendent à partir d'une extré- mité de la face aval du faisceau sur toute ou partie de la hauteur de la partie du faisceau o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus grande et sur une largeur comprise entre 10 et 20 % environ de la dimension correspon- dante du faisceau dans la même direction. L'invention permet d'améliorer d'environ 5 % le coefficient d'adaptation de l'échangeur dans le bottier, et d'augmenter d'environ 10 % le débit d'air a travers le faisceau Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la distance entre la face aval du faisceau et la cloison précitée est inférieure à la moitié de la largeur de la cloison. L'invention prévoit également, en amont du faisceau et au voisinage de la face amont de ce faisceau, des aubes direc- trices fixes pour le guidage de l'air vers la partie du faisceau o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus faible. Cette caractéristique de l'invention, en combinaison avec la cloison précitée, permet d'améliorer encore le coefficient d'adaptation de l'échangeur dans le boîtier sans diminuer le débit d'air à travers le faisceau. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un bottier selon l'invention; la figure 2 est une vue semblable à la figure 1, pour une variante de réalisation de l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1, dans laquelle la réfé- rence 10 désigne un boîtier faisant partie d'une installa- tion de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile et comprenant un-logement destiné à recevoir un échangeur de chaleur 12 format par exemple radiateur de chauffage, d'un type classique dans l'industrie automobile, qui comprend un faisceau de tubes 14 rectilignes et parallèles (s'étendant perpendiculairement au plan du dessin en figure 1) qui sont munis d'ailettes planes et parallèles 16, s'étendant-perpen- diculairement àla direction des tubes 14 Des boites à eau comprenant les moyens de liaison de l'échangeur à un cir- cuit de liquide caloporteur sont prévues aux extrémités du faisceau pour faire circuler ce liquide dans les tubes 14. Le logement de l'échangeur 12 dans le bottier 10 comprend deux parois parallèles 18 et 20, qui sont perpendiculaires aux ailettes 16, et éventuellement au moins une autre paroi, parallèle au plan du dessin et s'étendant entre les parois 18 et 20 Les deux grandes faces 22 et 24 du faisceau de l'échangeur 12 sont libres, quand l'échangeur est en place dansson logement du bottier 10, ce dernier présentant un conduit 26 d'amenée d'air et un conduit 28 de sortie d'air qui débouchent chacun sur une grande face 22, 24 respective- ment du faisceau de l'échangeur Dans le bottier 10 est éga- lement prévu un volet 30 monté pivotant autour d'un axe 32 à une extrémité de la paroi 20 du bottier, de façon à pouvoir être déplacé entre deux positions extrêmes dont l'une est représentée en trait plein en figure 1 (position de chauffage maximum) et dont l'autre est représentée en trait d'axe (po- sition de chauffage nul). Le déplacement du volet entre ces deux positions permet de régler la température de l'air admis dans l'habitacle. Le conduit 26 du bottier est relié à la volute de sortie d'une soufflante ou d'un autre moyen quelconque de mise en circulation de l'air, ou bien fait partie de cette volute de sortie, et est orienté en oblique par rapport à la face amont 22 du faisceau de l'échangeur de telle sorte que l'air arrivant par le conduit 26 (quand le volet 30 est dans la position représentée en traint plein) n'est pas réparti de façon uniforme sur toute la surface de la face amont 22 du faisceau et traverse ce faisceau avec une distribution de vitesse très irrégulière, cette vitesse étant maximale dans la partie du faisceau qui est voisine de la paroi 20, tandis qu'elle est minimale à l'extrémité opposée du faisceau, au voisinage de la paroi 18. Ce défaut d'uniformité de la vitesse de l'air à travers le faisceau est encore aggravé lorsque, comme représenté en figure 1, le conduit 26 forme avec la paroi 18 du bottier un becquet 34 qui s'étend en regard d'une partie de la face amont 22 du faisceau de l'échangeur, pour servir de butée au volet 30 lorsque celui-ci est amené dans sa position corres- pondant à un chauffage nul La disposition d'un tel becquet 34 permet de réduire la longueur du volet 30 qui, quand elle est trop importante, pose des problèmes de tenue en rigidité et aux vibrations. Lorsque le réglage de la température de l'air est réalisé au moyen d'un robinet de réglage du débit de fluide calopor- teur ou frigorigène alimentant l'échangeur de chaleur, le volet 30 n'existe pas et est remplacé par une paroi fixe qui occupe la position du volet représentée en trait plein Dans ce cas, le becquet 34 est inutile. Le conduit 28 dans lequel pénètre l'air quand il sort du faisceau de l'échangeur par la face aval 24, est également orienté en oblique par rapport à cette face aval et rejoint, après un coude, un ou plusieurs orifices 36 de sortie d'air, en amont desquels sont prévus des volets (non représentés) de répartition vers les différentes bouches de distribution d'air débouchant dans l'habitacle du véhicule. Cette disposition particulière des conduits 26 et 28 et de l'échangeur 12 dans le boîtier 10, que l'on rencontre très souvent en pratique et qui est imposée par les contraintes d'encombrement, de liaison, etc, fait que l'air circule à grande vitesse dans la partie du faisceau voisine de la cloi- son 20 et ne s'échauffe que faiblement, tandis qu'il circule à très faible vitesse dans la partie opposée du faisceau avec un échauffement important. Il en résulte en pratique une diminution de la puissance thermique de cet échangeur, par rapport au cas o l'échangeur est sur un banc d'essai et que l'air circule à travers le faisceau de façon régulière et uniforme. De façon surprenante, l'invention permet d'augmenter le débit d'air à travers le faisceau et la puissance thermique de l'échangeur, en prévoyant une cloison 38 qui s'étend le long de la face aval 24 du faisceau de l'échangeur, sur toute ou partie de la hauteur de ce faisceau et dans la zone o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus grande, c'est-à-dire, dans le cas représenté, à partir de l'extrémité du fàisceaucoopérant à étanchéité avec la paroi 20 du boîtier. On a constaté qu'il suffisait que la cloison 38 s'étendant par exemple sur toute la hauteur du faisceau ait une largeur com- prise entre 10 et 20 % de la dimension correspondante de la face aval 24 du faisceau, c'est-à-dire de la longueur d'une ailette 16 De préférence, la largeur de la cloison 38 est égale à 15 % de cette longueur. Il est préférable également que la cloison 38 ne soit pas à distance trop grande de la face aval 24 du faisceau, mais s'étende parallèlement à cette-face 24, à une distance infé- rieure à la moitié de la largeur de cette cloison. La cloison 38 peut être une partie intégrante de la paroi 20 du bottier 10 et alors formée par un rebord de celle-ci, ou bien peut être rapportée ou fixée dans le bottier 10 par tout moyen approprié. En fonctionnement, cette cloison 38 forme une perte de charge sur la face aval 24 du faisceau, dans la partie de ce fais- ceau o la vitesse de l'air est maximale, ce qui permet, d'une part, de réduire la vitesse de l'air dans cette partie du faisceau et d'augmenter sa température en sortie de l'échangeur et, d'autre part, d'augmenter également la vitesse de l'air dans l'autre partie du faisceau et donc d'augmenter le débit d'air traversant le faisceau au voisi- nage de la paroi 18. Il en résulte, de façon globale, une augmentation d'environ % du coefficient d'adaptation de l'échangeur dans le bottier et d'environ 10 % du débit d'air à travers le faisceau de l'échangeur 12, toutes autres choses étant par ailleurs égales. Pour fixer les idées, on précisera que, quand le coefficient d'adaptation d'un échangeur 12 dans le boîtier 10 est égal à 0,91 et que le débit massique de l'airâ travers le faisceau de l'échangeur est égal à 100 lorsque le bottier 10 ne com- prend pas la cloison 38, le coefficient d'adaptation devient égal à 0,96 quand le bottier 10 contient la cloison 38 stétendant sur toute la hauteur du faisceau et sur une largeur d'environ 20 mm, et le débit massique d'air devient égal à 108 (unité de masse/unité de temps) pour la même pression en amont du conduit 26. Le coefficient d'adaptation peut encore être amélioré si l'on prévoit des aubes directrices fixes 49 en regard de la face amont 22 du faisceau de l'échangeur, pour guider l'air vers la partie du faisceau voisine de la paroi 18 Dans l'exemple cité plus haut, la combinaison de la cloison 38 et des aubes 40 permet de faire passer le coefficient d'adaptation de 0, 91 à 0,97 alors que la disposition des aubes 40 seules ne permet d'obtenir qu'un coefficient d'adap- tation de 0,95 et provoque une diminution du débit d'air qui devient égal à 98 unité de masse/unité de temps. On se réfère maintenant à la&figure 2, qui représente une variante de réalisation de l'invention, différant de la réa- lisation de la figure 1 en ce que les tubes 14 du faisceau de l'échangeur 12 sont maintenant parallèles au plan du dessin tandis que les ailettes 16 sont perpendiculaires à ce plan Dans ce cas, il est préférable que la cloison 42, correspondant à la cloison 38, s'étende obliquement par rapport à la face aval 24 du faisceau de l'échangeur et s'écarte progressivement de celle-ci à partir du bord d'ex- trémité du faisceau dans la zone duquel la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus grande. On voit en figure 2 les deux boîtes à eau 44 et 46 qui sont montées aux extrémités du faisceau de l'échangeur de chaleur. Selon des variantes, non représentées, de l'invention, les moyens créant la perte de charge sont une cloison ou paroi portée par l'échangeur de chaleur et qui peut être fixée sur les boites à eau ou bien venir de celles-ci, ou encore être fixée par encliquetage ou collage sur le faisceau de l'échangeur Cette cloison ou Waroi peut également être for- mée par une nervure de boîte à eau. D'une autre façon, les moyens créant la perte de charge sont obtenus par déformation locale du faisceau et par exemple par pliage, écrasement ou tassement des bords des ailettes du faisceau de l'échangeur. Bien entendu, tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ou représentés, ainsi que ceux qui sont à la portée de l'homme du métier, rentrent dans le cadre de l'invention. Revendications. 1 Dispositif pour améliorer l'efficacité d'un échangeur de chaleur logé dans un boîtier d'une installation de clima- tisation, en particulier de l'habitacle d'un véhicule auto- mobile, l'échangeur ( 12) comprenant un faisceau de tubes ( 14) traversé par l'air destiné à être admis dans l'habi- tacle du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 38,42) propres à créer une perte de charge de l'écoulement d'air en aval du faisceau de l'échangeur et au voisinage immédiat de ce faisceau, en regard d'une partie du faisceau o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus grande - 2 Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que, lorsque la direction de l'écoulement d'air arrivant sur la face amont ( 22) du faisceau fait un angle aigu avec cette face, les moyens créant une perte de charge s'étendent à partir d'une extrémité de la face aval( 24)du faisceau, sur au moins une partie de la hauteur de la partie du faisceau o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus gran- de et sur une largeur comprise entre 10 et 20 % environ de la dimension correspondante du faisceau dans la même direction. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par une cloison ou paroi présentée par l'échangeur. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite cloison est portée par au moins une boite à eau de l'échangeur. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite cloison est formée par une nervure de botte à eau. 6 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce 1 1 que ladite cloison est fixée sur le faisceau de l'échangeur, par exemple par collage ou encliquetage. 7 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens sont obtenus par déformation locale du faisceau. 8 Bottier pour échangeur de chaleur dans une installation de climatisation, en particulier de l'habitacle d'un véhi- cule automobile, comprenant un logement recevant l'échangeur et deux conduits ( 26, 28) d'amenée et de sortie d'air débou- chant dans ce logement chacun en regard d'une grande face ( 22, 24) respectivement du faisceau de l'échangeur, le gui- dage de l'air arrivant sur la face amont ( 22) du faisceau étant tel que la vitesse de l'air à travers le faisceau varie d'une partie du faisceau à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi ou cloison ( 38, 42) s'étendant le long de la face aval ( 24) du faisceau et au voisinage immédiat de celle-ci, en regard d'une partie du faisceau o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus grande. 9 Bottier selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite cloison ( 38, 42) s'étend à partir d'une extrémité de la face'aval ( 24) du faisceau et sur toute la longueur de cette extrémité. Boîtier selon la revendication 9, caractérisé en ce que, le faisceau étant formé de rangées de tubes ( 14) recti- lignes et parallèles et d'ailettes planes ( 16) perpendicu- laires aux tubes ( 14), ladite cloison ( 38) est parallèle à la face aval ( 24) du faisceau lorsque l'extrémité de cette face dont part ladite cloison ( 38) est parallèle à la direction des tubes ( 14). 11 Bottier selon la revendication 10, caractérisé en ce que la distance entre la face aval ( 24) du 'faisceau et la cloison ( 38) est inférieure à la moitié de la largeur de la cloison. 12 Bottier selon la revendication 9, caractérisé en ce que, le faisceau étant formé de rangées de tubes ( 14) rectilignes et parallèles et d'ailettes planes ( 16) perpen- diculaires aux tubes, la cloison ( 42) s'étend obliquement par rapport à la face aval ( 24) du faisceau et s'écarte progressivement de celle-ci à partir de ladite extrémité de cette face, lorsque cette extrémité est perpendiculaire aux tubes;. 13 Bottier selon l'une des revendications 8 à 12, caracté- risé en ce qu'il comprend, en amont du faisceau et au voisi- nage de la face amont ( 22) de celui-ci, des aubes directrices fixes ( 40) de guidage de l'air vers la partie du faisceau o la vitesse de l'air à travers le faisceau est la plus faible. 14 Boîtier selon l'une des revendications 8 à 13, caractéri- sé en ce que ladite cloison ( 38, 42) fait partie intégrante du bottier ( 10) dans lequel est logé l'échangeur de chaleur ( 12). Bottier selon l'une des revendications 8 à 13, caracté- risé en ce que ladite cloison ( 38, 42) est rapportée sur le bottier ( 10) -