Brevet FR2629577A3 — publié le 19891006

FR 2629577 A3 19891006 FR 8804272 A 19880331 La présente invention concerne un échangeur de chaleur à boîte de raccordement pour le changement d'état d'un fluide, notamment un évaporateur utilisé pour une installation de climatisation de véhicule automobile.. Comme décrit par exemple dans la demande FR-A-2.509.447 publiée le 14 janvier 1983, un évaporateur est constitué d'une multiplicité de circuits tubulaires constitués d'une suite de tubes en U parallèles liés entre eux par des sections de tubes cintrés de façon à former, pour chaque circuit tubulaire, un serpentin, des ailettes en contact conducteur de chaleur avec ceux-ci et une boîte de raccordement sur laquelle les entrées et sorties des circuits tubulaires sont fixés à étanchéité en débouchant respectivement dans une boîte distributrice et une boîte collectrice. Pour permettre la distribution régulière d'un fluide, par exemple un fluide frigorifique du type fluorocarbone, la boîte distributrice comprend un distributeur à Venturi qui divise le fluide frigorigène en plusieurs flux partiels que des canaux, prévus sur un corps réalisé sous la forme d'un tiroir disposé à l'intérieur de ladite bote, dirigent ensuite du Venturi vers les entrées des circuits tubulaires. Cette disposition est nécessaire pour permettre un changement d'état du fluide frigorifique dans les circuits tubulaires tel que ledit fluide, après échange avec un autre fluide tel que de l'air ambiant traversant l'échangeur en balayant les.ailettes, se trouve, à la sortie des circuits tubulaires et plus particulièrement dans la boîte collectrice, dans l'état désiré. Cependant, il a pu être observé certains inconvénients nuisibles au bon fonctionnement de l'ensemble. Ainsi, il est nécessaire de positionner angulairement le tiroir dans le boîte distributricede façon à ce que les canaux puissent déboucher vers les entrées des circuits tubulaires et de positionner angulairement le distributeur à Venturi par rapport audit tiroir. Ainsi, lors de l'assemblage pour le positionnement angulaire et compte tenu des tolérances dimensionnelles de ces diverses pièces, il peut se produire qu'un canal ne puisse pas se trouver en concordance avec l'entrée d'un circuit tubulaire et perturbe de ce fait la distribution du fluide et, voire même, l'empêche dans le cas où le canal se situe en dehors de ladite entrée. De même si les sorties du distributeur à Venturi ne se trouvent pas en concordance avec les entrées des canaux, il se produit une perte d'admission du fluide dans les canaux et, de ce fait, une diminution de performance de l'échangeur de chaleur considéré. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients en proposant un évaporateur de constitution simple et dont la boîte de raccordement permet d'assurer une distribution régulière et fiable du fluide en assurant une puissance frigorifique régulièrement répartie dans les circuits tubulaires. Selon l'invention, l'échangeur de chaleur pour la transformation d'état d'un fluide, notamment évaporateur comportant des séries de tubes en U munis d'ailettes et raccordés à une boîte de raccordement par au moins deux extrémités formant entrée et sortie des circuits tubulaires, ladite boîte comportant un canal distributeur et un canal collecteur du fluide, est caractérisé en ce que le canal distributeur est muni de moyens de détente et de moyens d'injection du fluide. Selon une autre caractéristique, les moyens de détente consistent en des orifices calibrés prévus à partir du canal et débouchant dans les entrées des circuits tubulaires. Selon une autre caractéristique, les moyens d'injection du fluide sont constitués par les orifices calibrés. Grâce à ces dispositions, le fluide est injecté de façon équitable aux entrées des circuits tubulaires sans pour cela disposer d'un canal distributeur de réalisation compliqué tout en optimisant la puissance d'échange thermique de l'échangeur. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre en se référant aux dessins annexés sur lesquels - La figure 1 est une vue en élévation d'un échangeur de chaleur comportant la boîte de raccordement selon l'invention. - La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1. - La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne B-B de la figure 1. - La figure 4 est une variante de réalisation de l'invention. - La figure 5 est une coupe suivant la ligne C-C de la figure 4. - La figure 6. est une vue en coupe partielle de la figure 4. On se réfère maintenant aux figures 1, 2 et 3 sur lesquelles l'échangeur 1, ici un évaporateur permettant le changement d'état d'un fluide frigorifique le parcourant, par exemple du fluorocarbone, est constitué de circuits tubulaires formés d'au moins deux séries de tubes en U 2 et 2', disposées frontalement l'une à côté de l'autre, les tubes de chaque série étant parallèles entre eux, d'ailettes 3 traversées par les séries de tubes 2 et 2' en étant sensiblement perpendiculaires auxdits tubes et en étant en contact conducteur de chaleur avec ceux-ci. Les extrémités 5,5', 6,6' des séries de tubes 2,2' sont engagées à étanchéité, tel que par collage ou assemblage mécanique, dans une plaque collectrice, par exemple en matière synthétique d'une manière telle que les extrémités de chaque série se trouvent situées dans une même direction en formant quatre rangs d'extrémités parallèles entre eux. I1 peut être envisagé que les ailettes 3 soient des éléments dissipateurs, telles que des bandes ondulées parallèles au sens longitudinal des tubes en étant liées à ceux-ci par exemple par brasage. De même il peut être aussi envisagé que les extrémités des tubes 5,5', 6,6' soient décalées longitudinalement de façon à obtenir une configuration générale en forme de quinconce desdites extrémités dans la plaque collectrice 4. La plaque collectrice 4 est recouverte par une boite de raccordement 7 en étant fixée l'une à l'autre de manière étanche telle que par soudage par friction ou collage. Comme mieux visible sur les figures et à titre d'exemple, la boîte de raccordement 7 comporte intérieurement un canal 8 de forme générale cylindrique ouvert à une de ses extrémités 11, formant embouchure, ledit canal étant situé au voisinage du fond 9 et du bord longitudinal 10 en étant parallèle à ceux-ci et un canal 12 également de forme générale cylindrique ouvert à une de ses extrémités 13, formant embouchure, et parallèle au canal 8 en étant situé d'une manière identique à celui-ci mais au voisinage du bord 14 de la boîte de raccordement 7. permettre une bonne répartition du fluide, lors du fonctionnement qui sera explicité plus loin, le canal 8, tout en étant de même longueur que le canal 12, possède une dimension radiale plus petite, donc un volume moindre, que celle du canal 12. Entre ces deux canaux, et parallèlement à ceux-ci, est prévue une cavité 15 parallèle au fond 9 de forme générale parallélipipédique rectangle dont l'une des grandes faces débouche sur le fond 9 de la boîte 7. Ainsi, comme mieux visible sur la figure 1, le canal 8 est situé en vis-à-vis des extrémités 5, le canal 12 en vis-à-vis des extrémités 5', et la cavité 15 en vis-à-vis des extrémités 6,6' des séries de tubes 2,2'. Dans cette configuration la cavité 15 permet aux extrémités des tubes 6,6' de pouvoir communiquer les unes avec les autres et procure ainsi une continuité entre la série de tubes 2 et la série de tubes 2' en créant un circuit en forme de serpentin, dénommé circuit tubulaire, les extrémités 5 servant d'entrée des circuits tubulaires et les extrémités 5' de sortie. Le canal 8, formant canal distributeur, comporte des moyens de détente du fluide dans son état primaire et des moyens d'injection de celui-ci à l'entrée 5 des circuits tubulaires. Le moyen de détente consiste ici en des orifices calibrés 17 disposés radialement à partir du canal distributeur 8 et vers le fond 9 de la boîte 7 en débouchant en vis-à-vis des entrées 5, les orifices 17 servant, dans ce cas, en même temps d'orifice d'injection du fluide vers lesdites entrées en étant disposés coaxialement avec les axes desdites entrées. Le canal 12, formant canal collecteur, comporte des orifices 18 disposés radialement à partir de celui-ci et débouchant en vis-à-vis des sorties 5 des circuits tubulaires et en étant situés coaxialement avec celles-ci. L'échangeur 1 fonctionne de la manière suivante Le fluide, dans son état primaire, arrivant par l'embouchure 11, pénètre dans le canal 8 et, grâce aux moyens de détente, les orifices calibrés 17, est détendu pour être injecté par les mêmes orifices calibrés 17 aux entrées 5, le fluide parcoure la première série de tubes 2 dans le sens indiqué par la flèche en commençant son changement d'état puis, grâce à la cavité 15, pénètre dans la seconde série de tubes 2' en la parcourant dans le sens indiqué par la flèche et en parachevant sa transformation pour ensuite arriver aux sorties 5', à l'état désiré. Grâce aux orifices 18, le fluide ainsi transformé pénètre dans le canal collecteur 12 pour être injecté par son embouchure 12 dans le circuit de climatisation que comporte l'échangeur 1. Les figures 4, 5 et 6 représentent une variante de réalisation dans laquelle la boîte de raccordement et la plaque collectrice forme un seul bloc 20, intitulé ci-dessous boîte de raccordement. Dans ce cas, les extrémités 5,5', 6,6' des séries de tubes 2,2' sont montées à étanchéité, tel que par collage, dans des orifices 21 prévus à partir du fond 22 de la boîte de raccordement 20 et les orifices calibrés 17 ainsi que les orifices 18 débouchent au-delà-dudit fond. Les dispositions du canal distributeur avec ses moyens de détente et d'injection ainsi que du canal collecteur avec ses orifices sont sensiblement identiques à celles décrites précédemment et ne sont pas explicitées ici plus en détail, mais les références les concernant sont portées sur les figures pour aider à la clarté de ce qui va suivre. La cavité 23, située comme précédemment décrit pour la cavité 15, ne comporte pas de face ouverte vers le fond, mais est une cavité de forme générale parallélipipédique débouchant par une de ses extrémités 23' sur la face de la boîte 20 comportant les extrémités 11,13 des canaux 8,12 et dont une de ses faces 24, la plus proche du fond 22, comporte des orifices 25 permettant de faire communiquer ladite cavité avec les extrémités 6,6' des séries de tubes 2,2' de façon à ce que lesdites extrémités communiquent entre elles. L'extrémité 23' de la cavité 23 est fermée par un flasque plan 26 lié à la boîte 20 par tous moyens appropriés, tel que par collage ou assemblage mécanique. De préférence, le flasque 26 s'étend sur toute la surface considérée de la boîte en portant des alésages 27,28 coaxiaux aux canaux 8,12 en étant de même diamètre. Le fonctionnement de l'échangeur 1 est identique à celui précédemment décrit. Dans les exemples dé réalisations décrits ci-dessus, il peut être envisagé que les cavités soient munies de cloisons de séparation. Ainsi, dans le cas des figures 1, 2 et 3, les cloisons 30 sont issues directement de la face 31 de lacavité 15 en saillant orthogonalement à celle-ci jusqu'au niveau du fond 9 de la boîte de raccordement 7. Comme mieux visible sur la figure 3, ces cloisons sont de longueur identique à celle de la largeur de la cavité 15 et sont disposées parallèlement les unes aux autres de façon telle qu'une cloison sépare conjointement les extrémités 6,6' d'un premier rang de tubes 2,2' des extrémités 6,6' d'un autre rang de tubes 2,2'. Grâce à cette disposition, le fluide sortant d'une extrémité 6 ne peut que pénétrer dans l'extrémité 6' voisine. Dans le cas des figures 2, 3 et 4, il est prévu un tiroir 40 de dimension et de forme sensiblement identiques à la cavité 23 et situé à l'intérieur de celle-ci. Ce tiroir comporte, comme mieux visible sur ia figure 5, une paroi plane horizontale 41 située sur la face de la cavité opposée à celle dont sont issus les orifices 25, ladite paroi plane se poursuivant par deux parois 42,43 orthogonales venant aboutir sur la face 24 de la cavité 23. A l'intérieur du volume délimité par les parois 41,42,43 sont prévues des cloisons 44 de forme et de disposition identiques à celles décrites pour la figure 3. I1 peut être envisagé que le tiroir 40 puisse comporter d'une seule pièce avec l'une de ses extrémités le flasque 26. Bien entendu, ce tiroir peut être appliqué à la cavité 15 des figures 1, 2 et 3 et, pour cela, il est dépourvu de flasque de fermeture et est de forme et de dimension identiques à ladite cavité. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits, mais englobe toutes variantes. I1 peut être envisager, notamment, que le canal 8 comporte, à son embouchure, un moyen de détente constitué d'un détendeur par exemple par un orifice calibré porté par un bouchon fermant ladite embouchure en permettant la détente du fluide frigorigène.et injectant le fluide ainsi détendu dans le canal distributeur qui comporte à partir de celui-ci et radialement dirigés vers les entrées des orifices d'injection permettant d'injecter le fluide dans les entrées des circuits tubulaires. De plus, il peut être prévu que les extrémités 6,6'des séries de tubes 2,2' soient raccordées entre elles par des sections de tubes cintrées de façon à former un serpentin. Dans ce cas, les fonctions restantes de la boîte de raccordement, à savoir la distribution du fluide et la collecte de celui-ci après transformation, peuvent être dissociées en prévoyant un bloc en vis-à-vis des entrées 5 et comportant le canal 8 et un deuxième bloc en vis-à-vis des sorties'5' et comportant le canal 12, lesdits blocs pouvant être raccordés aux entrées et sorties concernées avec la possibilité d'interposer une plaque collectrice constituée de deux parties distinctes, une partie utilisée pour les entrées 5 et une autre partie pour les sorties 5'. REVENDICATIONS 1) Echangeur de chaleur pour la transformation d'état d'un fluide, notamment évaporateur (1) comportant des séries de tubes en U (2,2') munis d'ailettes (3) et raccordés à une boîte de raccordement (7,20) par au moins deux extrémités (5,5') formant entrée (5) et sortie (5') des circuits tubulaires, ladite boîte comportant un canal distributeur (8) et un canal collecteur (12) du fluide, caractérisé en ce que le canal distributeur (8) est muni de moyens de détente et de moyens d'injection-du fluide. 2) Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détente consistent en des orifices calibrés (17) prévus à partir du canal (8) et débouchant dans les entrées (5) des circuits tubulaires. 3) Echangeur selon l'une aes revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'injection du fluide sont constitués par les orifices calibrés (17). 4) Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détente consistent en un détendeur disposé dans l'embouchure (11) du canal distributeur (8). 5) Echangeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'injection consistent en des orifices, de dimension radiale sensiblement identique aux orifices (18) du canal collecteur (12), prévus à partir du canal (8) et débouchant dans les entrées (5). 6) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boîte de raccordement (7,20) présente une cavité (15,23) permettant la communication des extrémités (6,6') des séries de tubes (2,2'). 7) Echangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cavité (15,23) est muni de cloisons de séparation (30,44). 8) Echangeur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les cloisons (30,44) sont rapportées à l'aide d'un tiroir (40). 9) Echangeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le tiroir (40) comporte un flasque (26) de fermeture de l'extrémité (23) de la cavité (21). 10)Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc de raccordement (7) est associé à une plaque collectrice (4) pour au. moins deux extrémités (5,5') des séries de tubes en U (2,2').