Brevet FR2626659A1 — publié le 19890804

La présente invention concerne un échangeur-de chaleur à changement d'etat d'un fluide tel qu'un évaporateur pour une installation de climatisation, en particulier de véhicule automobile. -5 Un évaporateur ou un condenseur comporte, habituellement, 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 traversées par lesdits circuits en étant sensiblement perpendiculaires aux tubes et en étant en contact conducteur de chaleur avec ceux-ci, un dispositif distributeur de fluide, par -exemple un fluide frigorifique du type fluorocarbone, raccordé à l'une des extrémités desdits circuits et un dispositif collecteur de fluide raccordé A l'autre des extrémités. En outre, dans un tel évaporateur, les circuits tubulaires sont disposes de telle façon que les segments des tubes en U parallèles faisant partie desdits circuits sont groupés selon un arrangement tel que lesdits segments se trouvent soit en juxtaposition, soit en superposition l'un par rapport i l'autre. Cette disposition est nécessaire pour permettre un changement d'état du fluide frigorifique dans les circuits tubulaires tel que ledit fluide, après échange de chaleur avec un autre fluide, par exemple l'air ambiant traversant l'évaporateur, se trouve, à la sortie des circuits tubulaires, dans l'état désiré. Pour cela le dispositif distributeur de fluide comporte habituellement une tubulure d'arrivée raccordée par des tubes minces ou capillaires aux entrées des circuits tubulaires, d'une manière telle que ledit fluide soit distribué de façon sensiblement égale à chaque circuit. Le dispositif collecteur de fluide comporte un cylindre collecteur creux fermé aux extrémités, d'axe général perpendiculaire aux extrémités des sorties des circuits, et dont la paroi circonfêrentielle dudit cylindre présente, d'une part, des alésages recevant de manière fixe et étanche les sorties des circuits tubulaires et, d'autre part, un alésage recevant, également de manière fixe et étanche, une tubulure d'aspiration du fluide. C'est dans ce dispositif de sortie que l'on a pu déceler certains inconvénients. En effet, le fluide arrivant sous forme liquide aux entrées des circuits ressort sous forme gazeuse à la sortie desdits circuits et arrive dans le cylindre creux avec une vitesse élevée. en percutant la paroi interne dudit cylindre et, de ce fait, génère des bruits et des vibrations pouvant se répercuter sur l'évaporateur qui, disposé au voisinage de l'habitacle du véhicule, les transmet dans celui-ci. En outre un tel collecteur de fluide produit des pertes de charges.créant une perte de puissance et, à l'extrême, empêchant un changement d'état complet du fluide è la sortie en laissant subsister un mélange d'état du fluide, mélange qui est inadmissible. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients et propose à cet effet un évaporateur muni d'un dispositif de collecteur de fluide de construction simple, de production économique et permettant de procurer a l'évaporateur des performances maxima. Selon l'invention, l'échangeur de chaleur à changement d'état d'un fluide tel qu'un évaporateur permettant le changement d'état du fluide utilisé dans une installation de climatisation, en particulier de véhicule automobile, comportant des circuits tubulaires traversant des ailettes, un dispositif distributeur du fluide dans son état primaire, raccordant une tubulure d'arrivée de fluide aux entrées des circuits tubulaires et un dispositif collecteur du fluide après changement d'état, raccordant les sorties des circuits tubulaires à une tubulure d'aspiration, est caractérisé en ceque le 262-6659 dispositif collecteur est formé, dans le prolongement de la tubulure d'aspiration, d'une partie cylindrique,' de plus grande dimension radiale, disposée coaxialement aveC ladite tubulure. De ce fait le dispositif collecteur se trouve dans-le prolongement de la tubulure d'aspiration, ce qui évite une perte de charge au fluide sortant des circuits tubulaires et arrivant dans ladite tubulure. Selon une autre caractéristique, la partie cylindrique porte, sur la face d'extrémité, opposés à celle portant la tubulure, au moins deux alésages de réception pour les sorties et communiquant avec ladite tubulure. Belon une autre caractéristique, l'axe des alésages est sensiblement parallèle à celui de la partie cylindrique. Selon une autre caractéristique, les alésages comportent à leurs extrémités intérieures une partie conique dont la conicité vu en se réduisant-en direction de la face portant la tubulure. - Ainsi, grâce aux caractéristiques citées ci-dessus, le fluide ne vient plus percuter une surface cylindrique mais, au contraire, d'une part a une direction de circulation de fluide identique à la direction de la tubulure et, d'autre part, est dévié par les parties coniques vers ladite tubulure. Selon une autre caractéristique, la partie cylindrique est une partie tubulaire. Selon une autre caractéristique, ladite partie cylindrique présente un diamètre supérieur à celui de. la tubulure d'aspiration et en ce qu'une partie conique tubulaire est interposée entre ladite partie cylindrique et ladite partie conique. Ainsi, l'ensemble partie tubulaire et partie tubulaire conique permet d'avoir un dispositif collecteur de fluide de réalisation très simple et peu conteuse. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation montrant unéchangeur de chaleur comportant le dispositif collecteur selon l'invention; - la figure 2 est une vue de côté selon la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe partielle du dispositif collecteur selon l'invention suivant la ligne AA de la figure 1; - la figure 4 est une vue partielle en élévation du dispositif collecteur selon l'invention; - làa figure 5 est une vue en élévation montrant un échangeur de chaleur comportant une variante du dispositif collecteur selon l'invention; - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne B-B de la figure 5; - la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne C-C de la figure 5; - la figure 8 est une vue en coupe montrant une variante de la figure 7. On se réfère aux figure 1 et 2, sur lesquelles l'échangeur de chaleur 1, ici un évaporateur permettant le changement d'état d'un fluide frigorifique le parcourant tel que du fluorocarbone, est constitué d'une suite de tubes en U 2 parallèles entre eux et reliés par des sections de tubes cintrés 3 de façon à former un circuit tubulaire 4 ou serpentins, d'ailettes 5 traversées par au moins deux circuits tubulaires 4, ici quatre, en étant sensiblement perpendiculaires aux tubes et en étant en contact conducteur de chaleur avec ceux-ci. Ces circuits 4 comportent chacun, d'une part, une extrémité ou entrée 6 servant à l'admission du fluide frigorifique dans son premier état, admission qui se fait par un dispositif distributeur, non représenté sur la figure, comportant une tubulure d'arrivée et des tubes minces 7 ou capillaires raccordés aux entrées 6 et, d'autre part, une autre extrémité ou sortie 8 servant à l'évacuation du fluide, après changement d'état vers un dispositif collecteur 9 raccordé à la tubulure d'aspiration 10. Comme mieux visible sur les figures, le dispositif collecteur 9 est formé, dans le prolongement de la tubulure 10, d'une partie cylindrique il de plus grande dimension radiale que ladite tubulure et disposée coazialement avec celle-ci. Ce dispositif 9 raccorde, dans l'exemple de réalisation montré, les sorties 8 des circuits 4 à la tubulure d'aspiration 10, par des tubes 12, liés de manière fixe et étanche à celles-ci. Les figures 3 et 4 montrent un exemple de réalisation de l'invention selon laquelle la partie cylindrique Il est une pièce cylindrique 13 dont les faces d'extrémités parallèles et opposes 14,15 sont adaptées à recevoir respectivement la tubulure 10 et les tubes 12 liés aux sorties 8 de manière à faire communiquër lesdits tubes avec ladite tubulure. Cette pièce 13 porte, sur sa face 14, un premier- alésage 16, de profondeur et de diamètre adaptés à recevoir coaxialement, de manière fixe et étanche, la tubulure d'aspiration 10. Ce premier alésage se poursuit par un second alésage 17, de diamètre sensiblement égal au diamètre interne de la tubulure 10, et dont l'extrémité 18, de forme conique résultant de l'opération d'alésage, se situe à distance de la face 15. La face opposée 15 porte, elle, au mains deux alésages 19 identiques, ici quatre, d'axe.parallèle à l'axe de l'alésage 17 et situés, circonférentiellement et radialement, à égale distance les uns des autres par rapport à l'axe de l'alésage 17. Ces alésages, de dimensions adaptées à la réception, de manière fixe et étanche, des tubes 12, se poursuivent par des alésages 20, de diamètre sensiblement égal au diamètre interne déseits. tubes et comportent-à leurs extrémités intérieures une partie conique 21 dont la conicité vu en se réduisant en direction'de la face 14. En outre, en pratique le diamètre de l'alésage 17 est sensiblement égal à la somme des diamètres des alésages 20 Les alésages 20 et leurs parties coniques 21 réceptives sont situés circonférentiellement et radialement par rapport à l'axe de l'alésage 17 d'une manière telle que lesdits alésages et lesdites parties coniques.débouchent partiellement dans l'alésage 17, par des communications 22,23s, respectivement formée par :intersection partielle des alésages 20 avec l'alésage 17 et son extrémité 18 et des parties coniques 21 avec l'alésage 17. Ainsi, grâce à cette configuration, le fluide après changement d'état, généralement sous forme gazeuse, arrivant à l'entrée du dispositif collecteur et pénétrant dans les alésages 20, débouche dans l'alésage 17, d'une part par la communication 22 et, d'autre part, est dévié par les parties coniques 21 vers la communication 23. Grace à ceci, d'une part le fluide est dirigé vers la tubulure 10 sans avoir à effectuer un grand parcours, avantage améliorant la perte de charge dudit fluide et, d'autre part, celui-ci pénètre dans le dispositif collecteur 9 sans percuter une paroi perpendiculaire au sens d'écoulement mais au contraire parvient sur des parois inclinées par rapport au même sens d'écoulement en déviant celui-ci, vers la communication 23. Ces déviations, dues aux parties coniques 21, permettent de réduire les bruits engendrés habituellement par le fluide sur un dispositif collecteur. La figure 5 représente une variante de réalisation du dispositif collecteur 9 dans lequel la partie cylindrique 11, de plus grande dimension radiale et d'are identique à celui de la tubulure 10, est constituée par une partie tubulaire 24 raccordée à la tubulure 10 par une partie tubulaire conique 25 dont le rôle est sensiblement identique à celui des parties coniques 21 décrites ci-dessus. Avantageusement, les parties cylindriques tubulaires 24 et 25 sont issues directement de l'extrémité de la tubulure 10 par un procédé, dit d'évasage, permettant d'obtenir outre ces diverses parties, une partie conique 26 dont le rôle sera décrit plus loin. Comme mieux visible sur les figures 5 et 6, la partie 24 est apte à recevoir, de manière fixe et étanche,. les extrémités des tubes 12 liés aux sorties 8 des circuits tubulaires 4 et ce, d'une manière telle que les axes des extrémités des tubes soient parallèles à l'axe de ladite partie. A cet effet les extrémités des tubes 12 sont groupées selon une disposition selon laquelle la paroi externe de chaque extrémité est en contact ciraonférentîel à chaque fois avec la paroi externe des deux autres extrémités. Dans l'exemple décrit ci-dessus, les extrémités des tubes 12, au nombre de quatre, donnent la configuration selon laquelle les deux axes, passant respectivement par l'axe longitudinal d'une première extrémité et par l'axe longitudinal de chaque -extrémité en contact avec la première extrémité, s.ont sensiblement orthogonaux l'un à l'autre. Les extrémités des tubes 12 ainsi groupées sont présentées en face de la partie cylindrique tubulaire 24, et guidées par la partie conique 26, sont introduites dans ladite partie jusqu'au contact avec la paroi interne de la partie tubulaire conique 25. Une fois cette position atteinte, il suffit d'introduire, dans l'espace laissé libre entre la paroi interne de la partie tubulaire 24 et la paroi externe de l'extrémité de chaque tube 12, une matière adéquate pour lier entre elles ces diverses parties de manière fixe et étanche, cette matière pouvant tre par exemple de la brasure. De préférence, comme mieux visible sur les figures 7 et 8, et cela pour éviter un apport important de matière, les extrémités des tubes 12 sont conformées d'une façon telle que, bien que la paroi externe de chaque extrémité étant en contact circonférentiel à chaque fois avec la paroi externe de deux autres extrémités, l'espace laissé libre entre la paroi interne de la partie 24 et la paroi externe de chaque tube 12 est réduit au minimum. Pour ce faire, comme représentées sur la figure 7, les extrémités des tubes 12 introduites dans la partie 24, sont déformées en donnant, en section, deux parois planes perpendiculaires 27,28 de longueur sensiblement égale au rayon interne de la partie 24 et se rejoignant à une de leurs extrémités et dont les autres extrémités sont reliées entre elles par une portion de paroi cylindrique 29 dont le rayon externe est également sensiblement égal au rayon interne de la partie tubulaire 24. Ainsi les parois planes 27,28 d'une extrémité de tube 12 sont en contact sensiblement plan à chaque fois avec une des parois 28 ou 27 de deux autres extrémités du tube alors que la portion de paroi cylindrique 29 est en contact avec la paroi interne de la partie 24, les différentes parties et les parois étant ensuite liées entre elles de manière fixe et étanche. En variante, la figure 8 montre que la partie tubulaire 24 est, en section, de forme polygonale, ici un quadrilatère de forme carrée, de côtés 34,35,36,37 parallèles deux à deux, apte à recevoir les extrémités des tubes 12. Comme mieux visible sur la figure, les extrémités des tubes 12 sont, en section, de forme semblable à celle de la partie 24 et comporte donc des parois planes parallèles deux à deux 30,31,32,33 formant, en section, un carré. Ces parois planes 32,33 sont en contact sensiblement plan à chaque fois avec une des parois planes 33 ou 32 de deux autres extrémités de tubes alors que les parois 30,31 sont en contact sensiblement plan à chaque fois avec une des parois planes 34 ou 35 ou 36 ou 37 de la partie tubulaire 24. Comme précédemment -décrit, il suffit de lier ensemble les divers parois de manière fixe et étanche. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais englobe toutes variantes. Notamment la forme de la partie cylindrique tubulaire 24 peut être différente de celle décrite, telle que par exemple hexagonale, Dans ce cas-là, il peut être envisagé que les extrémités de tubes soient de forme semblable ou différentes à celle de la partie 24, ou que les extrémités des tubes soient, en totalité ou en partie, de formes différentes les uns des autres, telles que carré et triangulaire ou carré et hexagonal de façon à occuper au maximum le volume interne de la partie cylindrique 24. REVENDICATIONS 1) Echangeur de chaleur, à changement d'état d'un fluide tel qu'un évaporateur permettant le changement d'état du fluide utilisé dans une installation de climatisation, en particulier de véhicule automobile, comportant des circuits tubulaires (4) traversant des ailettes (5), un dispositif distributeur du fluide dans son État primaire, raccordant une tubulure d'arrivée de fluide aux entrées (6) des circuits tubulaires (4) et un dispositif collecteur du fluide après changement d'état, raccordant les sorties (8) des circuits tubulaires (4) à une tubulure d'aspiration (10), caractérisé en ce que le dispositif collecteur (9) est formé, dans le prolongement de la tubulure d'aspiration (10), d'une partie cylindrique (11), de plus grande dimension radiale, disposée coaxialement avec.ladite tubulure. 2) Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie cylindrique (11) porte, sur la face d'extrémité (15), opposée à celle de la face (13) portant la tubulure (10), au moins deux alésages (20) de réception pour les sorties (8) et communiquant avec ladite tubulure. 3) Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe des alésages (20) est sensiblement parallèle à celui de la partie cylindrique (11). 4) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les alésages (20) comportent à leurs extrémités intérieures une partie conique (21) dont la conicité va se réduisant en direction de la face (13) portant la tubulure (10). l' ) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en-ce que les alésages (20) sont disposés, radialement et circonférentiellement, à égales distances les uns des autres par rapport à v'axe de la partie cylindrique (11). 6) Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie cylindrique.(l> est une partie tubulaire (24). 7) Echangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite partie cylindrique (11) présente un diamètre supérieur à celui de la tubulure (10) et en ce qu'une partie conique tubulaire (24) est interposée entre ladite partie cylindrique et ladite tubulure. 8) Echangeur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les extrémités des tubes (12) reçues dans la partie tubulaire (24), sont conformées en donnant deux parois planes (27,28) perpendiculaires entre elles a une extrémité et reliées aux autres extréemités par une portion de paroi cylindrique (29). 9) Echangeur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la partie tubulaire (24) est-en section, de forme polygonale (34,35,36,37>. 10) Echangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les extrémités des tubes (12) sontr en section, de forme polygonale (30,31,32,33).