Brevet FR2746907A1 — publié le 19971003

Condenseur pour installation de climatisation de véhicule automobile L'invention concerne les échangeurs de chaleur, et plus particulièrement les condenseurs faisant partie d'un circuit de réfrigération, par exemple d'une installation de climatisation pour véhicule automobile. Elle concerne encore plus particulièrement un condenseur propre à être parcouru par un fluide frigorigène et comprenant, d'une part, un faisceau de tubes monté entre deux boftes collectrices s'étendant dans une direction sensiblement verticale, l'intégralité du fluide frigorigène circulant d'une partie amont du faisceau vers une partie aval de celuici, et d'autre part, un réservoir relié au condenseur en sortie de la partie aval du faisceau, et propre à recevoir le fluide frigorigène condense. Dans ce type de circuit de réfrigération, le fluide frigorigène est d'abord comprimé afin de se trouver en phase vapeur surchauffée, puis envoyé vers le condenseur où il est successivement "désurchauffé", condensé en une phase liquide chaude, et refroidi en une phase liquide froide. Ensuite, il est envoyé, via un détendeur, vers un évaporateur où il échange de la chaleur avec un flux d'air destiné à l'habitacle du véhicule et se transforme en phase vapeur avant de regagner le compresseur, et ainsi de suite. On connaît d'après la Publication FR-2 709 344 de la Demanderesse (voir figure 1), un condenseur du type décrit ciavant, dans lequel la partie amont 5 du faisceau communique avec une chambre d'entrée 13 logée dans la partie supérieure 12 de l'une des boîtes collectrices 3, tandis que la partie aval 6 du faisceau communique avec une chambre de sortie 16 logée dans la partie inférieure de l'autre boîte collectrice 4. Le fluide frigorigène circule donc dans le faisceau du haut vers le bas et débouche en phase liquide condensée froide dans la partie inférieure 17 du réservoir, de laquelle il sort par une tubulure de sortie 23 pour se diriger vers le détendeur. Du fait que le fluide frigorigène débouche dans la partie inférieure du réservoir, il n'est pas possible, en sortie de la chambre de sortie, de dissocier totalement les résidus en phase gazeuse qui sont mélangés à la phase liquide utile au circuit de réfrigération. En conséquence, une partie de ces résidus gazeux pénètre dans le circuit de réfrigération, ce qui réduit son rendement. Par ailleurs, et toujours pour la même raison, il n'est pas possible d'effectuer la dessiccation du fluide directement dans le réservoir, ce qui nécessite un aménagement particulier du circuit de réfrigération. Un des buts de l'invention est donc de procurer un condenseur qui ne présente pas les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un condenseur du type défini en introduction, dans lequel, d'une part, la partie amont du faisceau débute dans une chambre d'entrée ménagée dans une partie inférieure de l'une des boîtes collectrices, et d'autre part, la partie aval du faisceau débouche dans une chambre de sortie ménagée dans une partie supérieure de l'une des deux botes collectrices et communiquant avec une partie supérieure du réservoir au travers d'une tubulure de raccordement. Le fluide frigorigène qui se présente en sortie de la chambre de sortie sous forme d'un mélange d'une phase liquide et d'un résidu de phase gazeuse, peut être efficacement dissocié, par effet gravitationnel lors de la traversée du réservoir du haut vers le bas. Les résidus gazeux sont alors concentrés dans la partie supérieure du réservoir tandis que la phase liquide utile au circuit de réfrigération se trouve concentrée dans la partie inférieure de ce réservoir. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie inférieure du réservoir comprend une sortie propre à évacuer le fluide frigorigène en phase liquide. De la sorte, le fluide qui est évacué est dans sa seule phase liquide, ce qui permet au circuit d'avoir un rendement sensiblement égal à son rendement théorique. Dans une première variante, le réservoir comprend dans sa partie inférieure une tubulure de sortie dont une extrémité forme la sortie d'évacuation. Dans cette variante, le fluide sort directement du réservoir, au niveau de sa partie inférieure, après l'avoir traversé de haut en bas. Cela permet de positionner la tubulure de sortie dans la partie inférieure du condenseur. Dans une seconde variante, le réservoir loge un conduit d'évacuation dont une première extrémité forme la sortie d'évacuation et une seconde extrémité se termine par une tubulure de sortie qui débouche à l'extérieur du réservoir au niveau de sa partie supérieure. Dans cette autre variante, le fluide est extrait, en phase liquide, de la partie inférieure du réservoir, puis il est contraint à sortir au niveau de la partie supérieure de ce réservoir après avoir circulé dans un conduit. Cela permet de positionner la tubulure de sortie dans la partie supérieure du condenseur. Préférentiellement, chaque boîte collectrice comprend au moins une chambre intermédiaire, les chambres intermédiaires communiquant entre elles par l'intermédiaire d'au moins une partie intermédiaire du faisceau. Dans une première forme de réalisation, les boîtes collectrices et le réservoir sont de configuration tubulaire d'axes parallèles, et le réservoir est fixé, de préférence par clipsage, à la boîte collectrice comportant la chambre de sortie et est relié directement à celle-ci par la tubulure de raccordement. Dans une seconde forme de réalisation, la boîte collectrice comportant la chambre de sortie est subdivisée en deux parties sensiblement parallèles et de même hauteur, une première partie comprenant la chambre intermédiaire superposée à la chambre de sortie et une seconde partie formant le réservoir. On réalise ainsi un condenseur à réservoir intégré. Selon une autre caractéristique de l'invention, le réservoir présente une section transversale plus grande que celle de la chambre de sortie. De la sorte, la vitesse du fluide est notablement réduite à l'intérieur du réservoir, permettant ainsi de renforcer la dissociation par effet gravitationnel des phases liquide et gazeuse du fluide frigorigène. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le réservoir loge des moyens de dessiccation du fluide frigorigène. Cela permet d'intégrer directement dans le réservoir la fonction de dessiccation du circuit de réfrigération, contribuant ainsi à sa simplification. Préférentiellement, le réservoir comporte des moyens permettant d'accéder aux moyens de dessiccation, en vue de leur remplacement. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant, en coupe transversale, un condenseur de l'art antérieur; - la figure 2 est un schéma illustrant, en coupe transversale, un condenseur selon l'invention, dans un premier mode de réalisation; - la figure 3 est une variante du condenseur de la figure 2; - la figure 4 et un schéma illustrant, en coupe transversale, un condenseur selon l'invention, dans une seconde forme de réalisation. On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire brièvement un condenseur de l'art antérieur. Ce condenseur comprend un faisceau formé d'une multiplicité de tubes 1 généralement plats, parallèles et horizontaux, entre lesquels sont placés des intercalaires 2 ondulés formant ailettes d'échange de chaleur. Le faisceau est monté entre deux boîtes collectrices 3 et 4 de forme tubulaire, parallèles et verticales. Il est subdivisé en une partie amont 5, une partie aval 6, et des parties intermédiaires 7 à 9. Seules les tubes 1 de la partie amont 5 ont été représentés sur la figure 1. Les différentes parties du faisceau communiquent entre elles par l'intermédiaire de chambres d'entrée 13, intermédiaires 14 et 15 et de sortie 16 qui sont réalisées dans les boîtes collectrices 3 et 4, et sont séparées les unes des autres par des cloisons 10. Les boîtes collectrices 3 et 4 sont fermées à leurs deux extrémités 11. Les chambres d'entrée 13 et de sortie 16 sont respectivement situées dans les parties supérieure 12 et inférieure 17 des boites collectrices 3 et 4. On réalise ainsi un faisceau multipasse pour la circulation d'un fluide frigorigène à l'intérieur des tubes, comme indiqué par les flèches. Le fluide frigorigène qui arrive en phase vapeur surchauffée, pénètre dans la chambre amont 13 de la boite collectrice 3 par une tubulure d'entrée 18 suivant la flèche (laquelle indique toujours le sens d'écoulement du fluide). Puis, il circule dans les parties du faisceau où il se refroidi (ou "désurchauffe") et se condense. Le fluide condensé et refroidi débouche alors dans la chambre de sortie 16 de la boîte collectrice 4, qui communique avec un réservoir 20 par l'intermédiaire d'une tubulure de raccordement 21 de faible longueur. Ce réservoir 20, de forme générale tubulaire, est solidarisé 22 parallèlement à la boite collectrice 4. L'évacuation du fluide frigorigène refroidi et condensé, dans le circuit de réfrigération (non représenté), s'effectue par une tubulure de sortie 23 réalisée dans la paroi de la partie inférieure 17 de la boîte collectrice 4. Comme expliqué dans l'introduction, le condensateur de la technique antérieure présente un inconvénient : le fluide qui circule de haut en bas dans le faisceau, se retrouve en sortie de la partie aval 6 du faisceau dans la partie inférieure 17 du réservoir 20, laquelle comprend également la tubulure de sortie 23. La distance qui sépare la sortie de la chambre de sortie 16 de la tubulure de sortie 23 est très faible, ce qui interdit la dissociation complète de la phase liquide et de la phase gazeuse résiduelle. En conséquence, le fluide qui sort par la tubulure de sortie 23 et se dirige vers le détendeur (non représenté), ne se trouve pas exclusivement en phase liquide, laquelle est la seule utile dans cette partie du circuit de réfrigération. L'invention qui va être décrite maintenant en référence aux figures 2 à 4 apporte des solutions à cet inconvénient. Les éléments identiques à ceux décrits en référence à la figure 1 portent les mêmes références et ne seront pas décrits de nouveau. La Demanderesse s'est aperçue qu'il était possible d'inverser totalement le sens de circulation du fluide dans le faisceau. Désormais, le fluide frigorigène circule de bas en haut. La boîte collectrice 3 comprend une unique chambre intermédiaire 14 superposée à la chambre d'entrée 13 située dans la partie inférieure 17 et munie de la tubulure d'entrée 18 par laquelle arrive le fluide frigorigène en phase gazeuse surchauffée. La boite collectrice 4 comprend, dans sa partie supérieure 12, une chambre de sortie 16 munie de la tubulure de raccordement 21 par laquelle arrive le fluide frigorigène en phase liquide refroidi et condensé, laquelle communique à étanchéité avec un réservoir 20 séparé, et superposée à une unique chambre intermédiaire 15. Dans un premier mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3, le réservoir 20 est solidarisé, par exemple par clipsage 22, à la boîte collectrice 4. Il est positionné parallèlement à celle-ci, de hauteur sensiblement identique, et possède, de préférence, une forme générale tubulaire à section transverse circulaire, laquelle est de plus grande surface que celle de la boîte collectrice 4. Le fluide frigorigène refroidi et condensé débouche dans la partie supérieure 12 du réservoir 20. Sa vitesse est alors notablement réduite en raison de la différence importante des surfaces des sections transverses du réservoir 20 et de la chambre de sortie 16. Puis, il est contraint par l'effet gravitationnel à descendre vers la partie inférieure 17 du réservoir 20. Pendant cette descente, les phases liquide et gazeuse résiduelle se séparent, ce qui permet de conserver dans la partie supérieure 12 les résidus gazeux et dans la partie inférieure 17 la phase liquide. Cet effet est encore renforcé par la présence dans le réservoir 20 de moyens de dessiccation 24 destinés à supprimer l'humidité du fluide, lesquels sont un obstacle pour les résidus gazeux. Il est donc désormais possible d'intégrer la fonction de dessiccation directement dans le réservoir 20. Pour permettre le remplacement des moyens de dessiccation 24, on peut prévoir dans la paroi du réservoir 20, une trappe 25 solidarisée à étanchéité de cette paroi par des pattes de fixation amovibles 26. L'évacuation du fluide frigorigène en phase liquide s'effectue par une sortie 27 située dans la partie inférieure 17 du réservoir 20. Cette sortie 27 forme l'extrémité interne de la tubulure de sortie 23, dont l'extrémité externe alimente le circuit de réfrigération. Selon l'invention, il est possible de faire déboucher l'extrémité externe de la tubulure de sortie 23 en n'importe quel endroit du réservoir 20, ce qui permet d'adapter le condenseur en fonction des contraintes d'encombrement du circuit de réfrigération. Dans une première variante, illustrée figure 2, la tubulure de sortie 23 se trouve située dans la partie inférieure 17 du réservoir 20, tandis que dans une seconde variante illustrée figure 3, la tubulure de sortie 23 se trouve située dans la partie supérieure 12 du réservoir 20. Dans la seconde variante, un long conduit d'évacuation 28 permet de raccorder la sortie 27 à la tubulure de sortie 23. L'invention propose également un second mode de réalisation du condenseur, identique au premier, mais dans lequel le réservoir (référencé désormais 30) est intégré à la boite collectrice 4 (voir figure 4). Pour ce faire, la boîte collectrice 4, qui comporte la chambre de sortie 16, est subdivisée en deux parties sensiblement parallèles et de même hauteur. Une première partie 31 comprend la chambre intermédiaire 15 superposée à la chambre de sortie 16, et une seconde partie 32 forme le réservoir 30. Une telle boite collectrice 4 peut être réalisée soit par imbrication de deux parties de formes générales tubulaires, soit par subdivision, à l'aide d'une cloison longitudinale 33, d'une boîte collectrice de forme générale tubulaire. Dans l'exemple illustré figure 4, l'évacuation du fluide frigorigène en phase liquide, hors du condenseur, s'effectue au niveau de la partie inférieure 17 du réservoir 30. Bien entendu, comme dans le premier mode de réalisation, on peut prévoir cette évacuation en n'importe quel autre endroit du réservoir 30. Dans les différentes formes de réalisation décrites, le condenseur est avantageusement réalisé par brasage à partir de composants en aluminium plaqués d'un revêtement de brasage. Il en va de même du réservoir, lorsqu'il n'est pas intégré à la boîte collectrice, et des moyens de fixation par clipsage. On réalise ainsi un ensemble monobloc obtenu par brasage et propre à être installé directement dans un circuit de climatisation de véhicule automobile. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, mais elle embrasse toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, le nombre de parties intermédiaires du faisceau, et par conséquent de chambres intermédiaires dans chaque boîte collectrice, pourra être différent de l'unité. Par ailleurs, le condenseur selon l'invention peut ne pas comprendre de moyens de dessiccation, tout comme il peut ne pas comprendre de moyens d'accès à ceux-ci dans le cas contraire. Enfin, dans toute la description il a été question d'un condenseur dans lequel les chambres d'entrée et de sortie se trouvent situées respectivement dans de première et seconde boîtes collectrices, mais on peut également envisager de positionner les deux chambres d'entrée et de sortie respectivement dans les parties inférieure et supérieure d'une unique boîte collectrice. Dans ce mode de réalisation, le réservoir serait par conséquent solidaire de la boîte collectrice contenant les deux chambres, ou bien ferait partie intégrante de celle-ci. Revendications 1. Condenseur pour un circuit de réfrigération parcouru par un fluide frigorigène, comprenant, d'une part, un faisceau de tubes (1) monté entre deux boîtes collectrices (3,4) s'étendant dans une direction sensiblement verticale, l'intégralité du fluide frigorigène circulant d'une partie amont (5) du faisceau vers une partie aval (6) de celui-ci, et d'autre part, un réservoir (20;30) relié au condenseur en sortie de la partie aval (6) du faisceau, et propre à recevoir le fluide frigorigène condensé, caractérisé en ce que la partie amont (5) du faisceau débute dans une chambre d'entrée (13) ménagée dans une partie inférieure (17) de l'une des boîtes collectrices (3), et en ce que la partie aval (6) du faisceau débouche dans une chambre de sortie (16) ménagée dans une partie supérieure (12) de l'une des deux boîtes collectrices (4) et communiquant avec une partie supérieure (12) du réservoir (20;30) au travers d'une tubulure de raccordement (21), ce qui permet de dissocier, par effet gravitationnel, les phases gazeuse résiduelle et liquide du fluide frigorigène en sortie de cette partie aval (6) du faisceau. 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie inférieure (17) du réservoir (20;30) comprend une sortie (27) propre à évacuer le fluide frigorigène en phase liquide. 3. Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir (20) comprend dans sa partie inférieure (17) une tubulure de sortie (23) dont une extrémité forme la sortie d'évacuation (27). 4. Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir (30) loge un conduit d'évacuation (28) dont une première extrémité forme la sortie d'évacuation (27) et une seconde extrémité se termine par une tubulure de sortie (23) qui débouche à l'extérieur du réservoir (30) au niveau de sa partie supérieure (12). 5. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les boîtes collectrices (20;30) comprennent en outre chacune au moins une chambre intermédiaire (14,15), les chambres intermédiaires communiquant entre elles par l'intermédiaire d'au moins une partie intermédiaire (7) du faisceau. 6. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les boîtes collectrices (3,4) et le réservoir (20;30) sont de configuration tubulaire d'axes parallèles, et en ce que le réservoir (20;30) est fixé à la boite collectrice (4) comportant la chambre de sortie (16) et est relié directement à celle-ci par la tubulure de raccordement (21). 7. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la boîte collectrice (4) comportant la chambre de sortie (16) est subdivisée en deux parties sensiblement parallèles et de même hauteur, une première partie (31) comprenant la chambre intermédiaire (15) superposée à la chambre de sortie (16) et une seconde partie (32) formant le réservoir (30). 8. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réservoir (20;30) présente une section transversale plus grande que celle de la chambre de sortie (16). 9. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réservoir (20;30) loge des moyens de dessiccation (24) du fluide frigorigène. 10. Condenseur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le réservoir (20;30) comporte des moyens d'accès (25,26) aux moyens de dessiccation (24).