Brevet FR2704939A1 — publié le 19941110

Circuit de fluide réfrigérant à rendement amélioré L'invention concerne un circuit de fluide réfrigérant compre- nant un compresseur pour faire passer le fluide en phase vapeur d'une basse pression à une haute pression, un conden- seur pour amener le fluide à haute pression de la phase vapeur à la phase liquide en cédant de la chaleur à un milieu extérieur, un détendeur pour faire passer le fluide en phase liquide de la haute pression à la basse pression, un évapora- teur pour amener le fluide à basse pression de la phase liquide à la phase vapeur en recevant de la chaleur d'un milieu extérieur, et des première, seconde, troisième et quatrième conduites pour transférer le fluide respectivement du compresseur au condenseur, du condenseur au détendeur, du détendeur à l'évaporateur et de l'évaporateur au compresseur. Des circuits de fluide de ce genre sont utilisés notamment dans les installations de climatisation de l'habitacle des véhicules automobiles. Dans un tel circuit, l'efficacité du condenseur et de l'évaporateur est imparfaite. Le fluide sortant du condenseur contient une fraction importante de vapeur, et celui sortant de l'évaporateur contient des résidus de liquide. Ces imperfections nuisent à leur tour au fonctionnement du détendeur et du compresseur. La présence de vapeur dans le fluide arrivant au détendeur entraîne une perte de rendement. La présence de liquide dans le fluide arrivant au compresseur provoque des phénomènes appelés coups de liquide et coups d'huile. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. L'invention vise notamment un circuit du genre défini en introduction, et prévoit un échangeur de chaleur pour transférer de la chaleur de la seconde conduite à la qua- trième conduite, par l'extérieur du circuit, de façon à condenser la vapeur résiduelle et/ou à vaporiser le liquide résiduel pouvant se trouver respectivement dans celles-ci. L'invention tire parti de l'échauffement du fluide provoqué par sa compression dans le compresseur, grâce auquel la température du fluide circulant dans la seconde conduite est supérieure à celle du fluide circulant dans la quatrième conduite. Le fluide de la seconde conduite constitue donc une source chaude qui peut fournir de la chaleur, en subissant une condensation complémentaire, et celui de la quatrième conduite constitue une source froide qui peut recueillir cette même chaleur en subissant une vaporisation complémen- taire. L'invention procure une amélioration du débit calorifique dégagé par le condenseur et/ou absorbé par l'évaporateur, toute chose égale par ailleurs, et permet donc de sous- dimensionner les éléments du dispositif de climatisation par rapport aux circuits connus. D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, de l'invention sont énoncées ci-après: - L'échangeur de chaleur comprend un boîtier définissant une chambre à haute pression et une chambre à basse pression dans lesquelles débouchent respectivement les seconde et quatrième conduites, en amont et en aval, et contenant des moyens propres à transmettre de la chaleur de l'une à l'autre par conduction et/ou par convection. - Lesdits moyens comprennent deux blocs d'ailettes disposés respectivement dans lesdites chambres, les ailettes de chaque bloc s'étendant dans la direction d'écoulement du fluide réfrigérant dans la chambre correspondante. - Chacune des seconde et quatrième conduites débouche dans deux espaces libres de la chambre correspondante situés respectivement en amont et en aval du bloc d'ailettes. - Lesdits moyens comprennent un réservoir contenant un fluide pouvant passer de la phase liquide à la phase vapeur, le réservoir étant adjacent aux deux chambres et en contact thermique avec celles-ci. - L'échangeur de chaleur comprend des moyens propres à trans- mettre de la chaleur de l'une à l'autre des seconde et quatrième conduites par conduction et/ou par convection. - Lesdits moyens comprennent au moins un bloc d'ailettes dont les ailettes sont traversées avec contact thermique par les seconde et quatrième conduites. - Lesdits moyens comprennent un réservoir contenant un fluide pouvant passer de la phase liquide à la phase vapeur, le réservoir étant en contact thermique avec les seconde et qua- trième conduites. - Le réservoir est en contact thermique avec les conduites par l'intermédiaire d'au moins un bloc d'ailettes. - Le réservoir est constitué par le boîtier, celui-ci contenant un bloc d'ailettes unique traversé par les deux conduites et en contact avec le fluide. - Le fluide réfrigérant s'écoule à travers l'échangeur de chaleur, dans les deux chambres ou dans les seconde et quatrième conduites, selon des trajets parallèles et de sens inverses. - Le trajet du fluide réfrigérant à basse pression est situé au-dessus du trajet du fluide réfrigérant à haute pression. - L'échangeur de chaleur est thermiquement isolé. - Le détendeur est du type monobloc en H et est traversé par la quatrième conduite, en amont de l'échangeur de chaleur. - L'échangeur de chaleur et le détendeur forment un ensemble rigide. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est une représentation schématique d'un circuit de fluide réfrigérant selon l'invention; - La figure 2 est une vue en coupe transversale, selon la ligne II-II de la figure 3, de l'échangeur de chaleur du circuit de la figure 1; - La figure 3 est une vue partielle du circuit, l'échangeur de chaleur étant représenté en coupe longitudinale; et - Les figures 4 à 6 sont des vues en coupe longitudinale de trois variantes de l'échangeur de chaleur. Le circuit illustré à la figure 1 comprend un compresseur 1, un condenseur 2, un détendeur 3 et un évaporateur 4, reliés entre eux par des première, seconde, troisième et quatrième conduites 5, 6, 7, 8. Une bouteille/déshydrateur 17 est interposée sur la conduite 6. Le condenseur 2 et l'évapora- teur 4 sont situés respectivement aux extrémités droite et gauche de la figure. Les conduites 6 et 7 sont disposées dans le prolongement l'une de l'autre selon une première ligne horizontale, le fluide y circulant de droite à gauche. Les conduites 8 et 5 sont placées dans le prolongement l'une de l'autre selon une seconde ligne horizontale, au- dessus de la première ligne horizontale, le fluide y circulant de gauche à droite. Le détendeur 3 est du type dit monobloc ou en H et est traversé par la conduite 8. De façon connue, il permet de réguler la pression du fluide à la sortie de l'évaporateur en détectant cette pression dans la conduite 8 pour moduler l'action de détente. Selon l'invention, la conduite 6, entre la bouteille/déshy- drateur 17 et le détendeur 3, et la conduite 8, entre la traversée du détendeur et le compresseur, sont interrompues par un échangeur de chaleur 9 contenu dans un boîtier 11, ici de forme parallélépipédique. Un réservoir 12 s'étend d'une extrémité à l'autre du boîtier 11, dans la direction longitudinale des conduites 6 et 8, et occupe une partie médiane de la hauteur et une partie médiane de la largeur du boîtier. Deux cloisons 20 orientées longitu- dinalement relient les parois latérales du réservoir 12 à celles du boîtier 11, délimitant ainsi dans celui-ci une chambre inférieure 21 et une chambre supérieure 22. La chambre 21 présente une ouverture amont 23 et une ouverture aval 24, par lesquelles débouche la conduite 6 respectivement du côté du condenseur 2 et du côté du détendeur 3. La chambre 22 communique par une ouverture amont 25 et une ouverture aval 26 avec la conduite 8, respectivement du côté de l'évaporateur 4 et du côté du compresseur 1. Deux blocs d'ailettes 27, 28 sont logés respectivement dans les chambres 21 et 22, chacun étant formé d'une multiplicité d'ailettes ou feuilles métalliques disposées selon des plans verticaux parallèles à la direction de l'écoulement du fluide dans les chambres, qui correspond à la direction des conduites 6 et 8. Chaque ailette s'étend de haut en bas de la chambre corres- pondante, sur une portion médiane de la longueur du boîtier 11, laissant subsister des espaces libres distributeurs 29, communiquant avec les ouvertures amont 23, 25 respective- ment, et des espaces libres collecteurs 31, 32 communiquant avec les ouvertures aval 24, 26 respectivement. Le fluide réfrigérant s'écoule donc du distributeur 29 au collecteur 31 en balayant les ailettes du bloc 27, et du distributeur 30 au collecteur 32 en balayant celles du bloc 28. Le réservoir 12 contient un fluide 13 qui se trouve pour partie en phase liquide et pour partie en phase vapeur. Les parois du réservoir 12 et les cloisons 20 sont en contact direct avec les ailettes des blocs 27 et 28. Ces dernières, par conduc- tion, et le fluide 13, par convexion et/ou par vaporisa- tion/condensation, coopèrent au transfert de chaleur du fluide contenu dans la chambre 21 à celui contenu dans la chambre 22. En variante, le réservoir 12 peut être élargi à la totalité de la largeur du boîtier 11, et être ainsi en contact avec l'ensemble des ailettes des deux blocs, les cloisons 20 étant supprimées. Dans une autre variante, le réservoir 12 est supprimé, le transfert de chaleur entre les deux conduites étant assuré exclusivement par les ailettes. Le boîtier 11 de l'échangeur de chaleur 9 est entouré d'une coque thermiquement isolante 15 par exemple en mousse synthétique. La figure 3 montre l'ensemble rigide formé par l'échangeur de chaleur 9 et le détendeur 3 illustrés schématiquement à la figure 1, réunis entre eux par des éléments de rigidification représentés schématiquement sous la référence 14. Les échangeurs de chaleur 9 illustrés aux figures 4 à 6 diffèrent de celui des figures 1 à 3 en ce que les conduites 6 et 8 ne sont pas interrompues, mais traversent le boîtier 11, et en ce que les ailettes sont disposées transversalement à l'écoulement du fluide et sont également traversées par les conduites. La variante de la figure 4 comporte un réservoir de fluide 12 semblable à celui des figures 1 et 2, qui traverse lui aussi les ailettes d'un bloc unique 10 occupant l'espace intérieur du boîtier 11. Ces ailettes assurent le transfert de chaleur entre les conduites 6 et 8, en partie directement et en partie par l'intermédiaire du fluide 13 contenu dans le réservoir 12. A la figure 5, le réservoir 12 est supprimé et le fluide 13 est introduit directement dans le boîtier 11, qui présente à cet effet un bouchon de remplissage 35. Le bloc d'ailettes 10 est semblable à celui de la figure 4, à ceci près qu'il ne présente pas d'évidement pour le passage du réservoir 12. Le fluide 13 est en contact direct avec les ailettes et avec les conduites 6 et 8. Le transfert de chaleur entre celles-ci est assuré, directement et en parallèle, par les ailettes et par le fluide 13. Enfin, la variante de la figure 6 diffère de celle de la figure 4 en ce que le réservoir 12 de fluide occupe toute la largeur du boîtier 11, séparant ainsi le bloc d'ailettes 10 en un bloc inférieur 27 assurant le transfert de chaleur entre la conduite 6 et le fluide 13, et un bloc supérieur 28 assurant le transfert de chaleur entre le fluide 13 et la conduite 8. Bien entendu, les échangeurs de chaleur des figures 4 à 6 peuvent être munis d'une coque thermiquement isolante analogue à celle des figures 2 et 3, et peuvent former un ensemble rigide avec un détendeur comme illustré à la figure 3. Par ailleurs, le boîtier 11 de l'échangeur de chaleur de la figure 4 sert uniquement à protéger le bloc d'ailettes, et peut être supprimé sans nuire au fonctionne- ment du dispositif. Revendications 1. Circuit de fluide réfrigérant comprenant un compresseur (1) pour faire passer le fluide réfrigérant en phase vapeur d'une basse pression à une haute pression, un condenseur (2) pour amener le fluide réfrigérant à haute pression de la phase vapeur à la phase liquide en cédant de la chaleur à un milieu extérieur, un détendeur (3) pour faire passer le fluide réfrigérant en phase liquide de la haute pression à la basse pression, un évaporateur (4) pour amener le fluide réfrigérant à basse pression de la phase liquide à la phase vapeur en recevant de la chaleur d'un milieu extérieur, et des première, seconde, troisième et quatrième conduites (5,6,7,8) pour transférer le fluide réfrigérant respective- ment du compresseur au condenseur, du condenseur au déten- deur, du détendeur à l'évaporateur et de l'évaporateur au compresseur, caractérisé en ce qu'un échangeur de chaleur (9) est prévu pour transférer de la chaleur de la seconde conduite (6) à la quatrième conduite (8), par l'extérieur du circuit, de façon à condenser la vapeur résiduelle et/ou à vaporiser le liquide résiduel pouvant se trouver respective- ment dans celles-ci. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur comprend un bottier (11) définissant une chambre à haute pression (21) et une chambre à basse pression (22) dans lesquelles débouchent respectivement les seconde et quatrième conduites, en amont et en aval, et contenant des moyens (12,13,27,28) propres à transmettre de la chaleur de l'une à l'autre par conduction et/ou par convection. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent deux blocs d'ailettes (27,28) disposés respectivement dans lesdites chambres, les ailettes de chaque bloc s'étendant dans la direction d'écoulement du fluide réfrigérant dans la chambre correspondante. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des seconde et quatrième conduites débouche dans deux espaces libres (29-32) de la chambre correspondante situés respectivement en amont et en aval du bloc d'ailettes. 5. Circuit selon l'une des revendications 2 à 4, caracté- risé en ce que lesdits moyens comprennent un réservoir (12) contenant un fluide (13) pouvant passer de la phase liquide à la phase vapeur, le réservoir étant adjacent aux deux chambres et en contact thermique avec celles-ci. 6. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est traversé par les seconde et quatrième conduites et comprend des moyens (10,12,13) propres à transmettre de la chaleur de l'une à l'autre par conduction et/ou par convection. 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent au moins un bloc d'ailettes (10) dont les ailettes sont traversées avec contact thermique par les seconde et quatrième conduites. 8. Circuit selon l'une des revendications 6 et 7, caracté- risé en ce que lesdits moyens comprennent un réservoir (12) contenant un fluide (13) pouvant passer de la phase liquide à la phase vapeur, le réservoir étant en contact thermique avec les seconde et quatrième conduites. 9. Circuit selon la revendication 7 et la revendication 8, caractérisé en ce que le réservoir est en contact thermique avec les conduites par l'intermédiaire d'au moins un bloc d'ailettes. 10. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réservoir est constitué par le boîtier (11), celui-ci contenant un bloc d'ailettes unique (10) traversé par les deux conduites et en contact avec le fluide (13). 11. Circuit selon l'une des revendications 2 à 10, caracté- risé en ce que le fluide réfrigérant s'écoule à travers l'échangeur de chaleur, dans les deux chambres (21,22) ou dans les seconde et quatrième conduites (6,8), selon des trajets parallèles et de sens inverses. 12. Circuit selon la revendication 11, caractérisé en ce que le trajet du fluide réfrigérant à basse pression est situé au-dessus du trajet du fluide réfrigérant à haute pression. 13. Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est thermique- ment isolé (15). 14. Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détendeur (3) est du type monobloc en H et est traversé par la quatrième conduite, en amont de l'échangeur de chaleur. 15. Circuit selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur et le détendeur forment un ensemble rigide.