Brevet FR2758876A1 — publié le 19980731

Condenseur muni d'un réservoir de fluide réfrigérant pour circuit de climatisation L'invention concerne un condenseur pour le refroidissement et la condensation d'un fluide circulant à l'état liquide et à l'état gazeux, notamment d'un fluide réfrigérant dans une installation de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un réceptacle tubulaire allongé dans une direction longitudinale sensiblement verticale, à travers la paroi latérale duquel débouchent des tubes de circulation de fluide allongés sensiblement horizontalement et mutuel le ment alignés en une rangée selon ladite direction longitudinale, la rangée de tubes étant subdivisée en groupes d'au moins un tube chacun que le fluide parcourt en série, alternativement vers le réceptacle et depuis celui-ci, pour être d'abord refroidi jusqu'à une température de condensation, et condensé, dans un sous-ensemble supérieur des tubes formé par l'un au moins desdits groupes et débouchant dans au moins une première chambre collectrice du réceptacle, puis sous-refroidi, dans un sous-ensemble inférieur des tubes formé par le ou les groupes restants et débouchant dans au moins une seconde chambre collectrice du réceptacle, par échange de chaleur avec un flux gazeux balayant extérieurement les tubes, le condenseur comprenant également un réservoir de fluide interposé dans le circuit entre les première et seconde chambres collectrices. Des condenseurs de ce genre sont couramment utilisés dans les circuits de fluide réfrigérant des installations de climatisation de véhicules automobiles. Pour un circuit de fluide réfrigérant donné, la température du fluide à la sortie du condenseur est une fonction généralement décroissante de la masse de fluide contenu dans le circuit. Pour un fonctionnement correct, il est nécessaire que cette température soit inférieure de quelques degrés à la température d'équilibre liquide-gaz du fluide réfrigérant, afin d'assurer que ce fluide quitte le condenseur entièrement à l'état liquide. Lors de l'utilisation du circuit, la masse de fluide réfrigérant qu'il contient va généralement en diminuant par suite de légers défauts d'étanchéité et/ou de dégradations du fluide. La présence d'un palier dans la courbe de variation de la température de sortie en fonction de la masse de fluide permet de maintenir cette température malgré la diminution de la masse de fluide et d'allonger ainsi la durée d'utilisation du circuit avant une recharge de fluide. On a constaté l'absence d'un tel palier pour des condenseurs dont le réservoir communique avec le ou les secondes chambres collectrices par une forte section de passage. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient. L'invention vise notamment un condenseur du genre défini en introduction, et prévoit que le réservoir est constitué par un volume prévu à l'intérieur du réceptacle, isolé d'une communication directe avec les tubes par une première cloison sensiblement verticale s'étendant au moins sur la majeure partie de sa hauteur, la communication entre le réservoir et la seconde chambre se faisant par un orifice ménagé dans une seconde cloison, orifice dont la superficie ne dépasse pas la moitié de la section transversale interne du réceptacle. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Ladite seconde cloison s'étend transversalement, sur toute la section interne du réceptacle. - Ladite superficie est voisine de 50 mm2. - Ladite superficie est sensiblement égale à la section de passage d'une tubulure de sortie du condenseur. - La première cloison s'étend au moins sur la hauteur d'une première chambre collectrice. - Les tubes de circulation débouchent, à l'opposé du réceptacle, dans une boîte collectrice allongée sensiblement verticalement et séparée en différentes chambres collectrices par au moins une cloison transversale intermédiaire, les tubes de chaque groupe débouchant dans une même chambre collectrice du réceptacle et dans une même chambre collectrice de la boîte collectrice et les tubes de deux groupes consécutifs débouchant à une extrémité dans une même chambre collectrice et à l'autre extrémité dans deux chambres collectrices mutuellement adjacentes. - La boîte collectrice comprend une chambre collectrice d'entrée communiquant avec une tubulure d'entrée de fluide dans le condenseur, une chambre collectrice de sortie communiquant avec une tubulure de sortie de fluide du condenseur, et au moins une chambre collectrice intermédiaire. - Lesdites premières et seconde chambres collectrices du réceptacle comprennent au moins une première chambre amont communiquant avec ladite chambre d'entrée et avec une chambre intermédiaire de la boîte collectrice par des groupes de tubes respectifs, une première chambre aval recevant le fluide d'une chambre intermédiaire de la boîte collectrice via un groupe de tubes et délivrant le fluide directement au réservoir, et une seconde chambre amont adjacente à la seconde cloison, recevant le fluide du réservoir par ledit orifice et le renvoyant vers une chambre de la boîte collectrice. - Le réceptacle et la boîte collectrice possèdent chacun trois chambres collectrices, l'unique seconde chambre du réceptacle renvoyant le fluide vers ladite chambre de sortie. - La première chambre aval communique directement avec le réservoir sans interposition d'une cloison. 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 condenseur expérimental; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, relative à un condenseur selon l'invention; - les figures 3 et 4 sont des diagrammes montrant la variation de l'écart AT entre la température de condensation et la température de sortie du condenseur par rapport à la masse de fluide réfrigérant, pour des circuits de fluide comprenant respectivement un condenseur selon la figure 1 et un condenseur selon la figure 2. Chacun des condenseurs illustrés sur les figures 1 et 2 comprend une rangée de tubes 1 allongés horizontalement et mutuellement alignés verticalement. Chaque tube débouche par son extrémité droite, comme représenté sur les figures, dans une boîte collectrice 2 et par son extrémité gauche dans un réceptacle 3. La boîte collectrice 2 et le réceptacle 3 ont tous deux une forme générale tubulaire de section circulaire constante et sont allongés dans la direction verticale, le diamètre du réceptacle 3 étant plus grand que celui de la boîte 2. La boîte 2 et le réceptacle 3 sont fermés à leurs extrémités par des cloisons transversales supérieures et inférieures 2-1, 2-2, 3-1, 3-2. Le volume intérieur de la boîte 2 est subdivisé par deux cloisons transversales intermédiaires 4 et 5 en une chambre collectrice supérieure 6, comprise entre les cloisons 2-1 et 4, une chambre collectrice intermédiaire 7 comprise entre les cloisons 4 et 5 et une chambre collectrice inférieure 8 comprise entre les cloisons 5 et 2-2. Les chambres 6 et 8 communiquent respectivement avec une tubulure 9 d'entrée de fluide dans le condenseur et avec une tubulure 10 de sortie de fluide du condenseur, et constituent ainsi respectivement des chambres d'entrée et de sortie. Une cloison verticale 11 et une cloison horizontale 12 délimitent à l'intérieur du réceptacle 3 une chambre collec trice 13 adjacente à la cloison supérieure 3-1 et communiquant avec une partie des tubes 1. La cloison 12 se trouve à une hauteur intermédiaire entre les cloisons 4 et 5. Des intercalaires 14 maintiennent l'écartement mutuel des tubes, entre la boîte collectrice 2 et le réceptacle 3, et améliorent l'échange thermique entre les tubes et un flux d'air passant entre ceux-ci, perpendiculairement au plan des figures. Les tubes 1 forment, du haut en bas de la rangée, quatre groupes G1 à G4 dans lesquels les sens de circulation du fluide sont alternés. Le groupe G1 est formé des tubes situés plus haut que la cloison 4. Le fluide y circule de la chambre 6 vers la chambre 13. Le groupe G2 est formé des tubes situés plus bas que la cloison 4 et plus haut que la cloison 12. Le fluide y circule de la chambre 13 vers la chambre 7. Les tubes du groupe G3 sont situés au-dessous de la cloison 12 et au-dessus de la cloison 5. Le fluide y circule de la chambre 7 vers le volume du réceptacle 3 situé au-dessous de la cloison 12, et les tubes du groupe G4, situés plus bas que la cloison 5, sont parcourus par le fluide depuis ce même volume jusqu'à la chambre de sortie 8. Le nombre de tubes dans chaque groupe va en diminuant de haut en bas en raison de la diminution de volume liée à la condensation du fluide. Dans les groupes G1 à G3, le fluide est refroidi jusqu'à la température de condensation et condensé, et dans la groupe G4, il est "sous-refroidi" jusqu'à une température inférieure à la température de condensation. Dans le condenseur de la figure 1, la partie du volume interne du réceptacle 3 extérieure à la chambre 13 n'est partagée par aucune cloison et forme une chambre collectrice unitaire 15, communiquant avec les groupes de tubes G3 et G4 et située notamment au-dessous de la cloison 12, et un réservoir de fluide 16 s'étendant notamment en arrière de la cloison 11 par rapport à la chambre collectrice 13. La figure 3 montre la variation de la différence AT (en "C) entre la température de condensation et la température du fluide à la sortie du condenseur de la figure 1, en fonction de la masse m en grammes d'un fluide réfrigérant désigné sous la référence R134a, utilisé couramment dans les installations de réfrigération, contenue dans le circuit comprenant ce condenseur. AT varie constamment dans le même sens que m, et la courbe présente seulement un palier très peu marqué entre 570 g et 640 g environ. Le condenseur de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 par la présence d'une cloison horizontale 20 en travers du réceptacle 3, à la même hauteur que la cloison 5, la cloison 20 étant percée d'un orifice 21 d'une superficie de 50 mm2. Une chambre collectrice 22 est ainsi définie entre les cloison 12 et 20, dans laquelle débouchent les tubes du groupe G3 et qui communique sans restriction avec le réservoir 16, et une autre chambre collectrice 23 entre les cloisons 20 et 3-2, dans laquelle débouchent les tubes du groupe G4 et qui communique avec le réservoir exclusivement par l'intermédiaire de l'orifice 21. La superficie de 50 mm2 correspond à la section de passage de la tubulure de sortie 10. Le réservoir 16 est isolé d'une communication directe avec les tubes, par la cloison 11, sur plus des trois quarts de la hauteur comprise entre les cloisons 3-1 et 20. On a constaté que la présence de la cloison 20 a une influence sensible sur l'évolution de l'écart AT en fonction de la masse de fluide réfrigérant. La courbe correspondante est représentée sur la figure 4, et présente un palier qui s'étend depuis moins de 500 g jusqu'à plus de 700 g. La masse de fluide réfrigérant peut donc varier sur cet intervalle sans affecter l'efficacité du condenseur, ce qui permet d'espacer les opérations de maintenance du circuit. Il est possible, selon l'invention, de prolonger la cloison 11 vers le bas jusqu'à la cloison 20, séparant ainsi la chambre collectrice 22 et le réservoir 16 qui ne communiquent plus entre eux que par l'intermédiaire d'un orifice ménagé dans la cloison ainsi prolongée. Revendications 1. Condenseur pour le refroidissement et la condensation d'un fluide circulant à l'état liquide et à l'état gazeux, notamment d'un fluide réfrigérant dans une installation de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un réceptacle tubulaire (3) allongé dans une direction longitudinale sensiblement verticale, à travers la paroi latérale duquel débouchent des tubes de circulation de fluide (1) allongés sensiblement horizontalement et mutuellement alignés en une rangée selon ladite direction longitudinale, la rangée. e tubes étant subdivisée en groupes (G1-G4) d'au moins un tube chacun que le fluide parcourt en série, alternativement vers le réceptacle et depuis celui-ci, pour être d'abord refroidi jusqu'à une température de condensation, et condensé, dans un sous-ensemble supérieur des tubes formé par l'un au moins (G1-G3) desdits groupes et débouchant dans au moins une première chambre collectrice (13, 22) du réceptacle, puis sous-refroidi, dans un sous-ensemble inférieur des tubes formé par le ou les groupes restants (G4) et débouchant dans au moins une seconde chambre collectrice (23) du réceptacle, par échange de chaleur avec un flux gazeux balayant extérieurement les tubes, le condenseur comprenant également un réservoir de fluide (16) interposé dans le circuit entre les première et seconde chambres collectrices, caractérisé en ce que le réservoir est constitué par un volume prévu à l'intérieur du réceptacle, isolé d'une communication directe avec les tubes par une première cloison sensiblement verticale (11) s'étendant au moins sur la majeure partie de sa hauteur, la communication entre le réservoir et la seconde chambre se faisant par un orifice (21) ménagé dans une seconde cloison (20), orifice dont la superficie ne dépasse pas la moitié de la section transversale interne du réceptacle. 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite seconde cloison (20) s'étend transversalement, sur toute la section interne du réceptacle. 3. Condenseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite superficie est voisine de 50 mm2. 4. Condenseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite superficie est sensiblement égale à la section de passage d'une tubulure de sortie (10) du condenseur. 5. Condenseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première cloison (11) s'étend au moins sur la hauteur d'une première chambre collectrice (13). 6. Condenseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes de circulation (1) débouchent, à l'opposé du réceptacle, dans une boîte collectrice (2) allongée sensiblement verticalement et séparée en différentes chambres collectrices (6-8) par au moins une cloison transversale intermédiaire (4, 5), les tubes de chaque groupe (G1) débouchant dans une même chambre collectrice (13) du réceptacle et dans une même chambre collectrice (6) de la boîte collectrice et les tubes de deux groupes consécutifs (G1-G2) débouchant à une extrémité dans une même chambre collectrice (13) et à l'autre extrémité dans deux chambres collectrices (6, 7) mutuellement adjacentes. 7. Condenseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la boîte collectrice comprend une chambre collectrice d'entrée (6) communiquant avec une tubulure (9) d'entrée de fluide dans le condenseur, une chambre collectrice de sortie (8) communiquant avec une tubulure (10) de sortie de fluide du condenseur, et au moins une chambre collectrice intermédiaire (7). 8. Condenseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites premières et seconde chambres collectrices du réceptacle comprennent au moins une première chambre amont (13) communiquant avec ladite chambre d'entrée (6) et avec une chambre intermédiaire (7) de la boîte collectrice (2) par des groupes de tubes respectifs (G1-G2), une première chambre aval (22) recevant le fluide d'une chambre intermédiaire (7) de la boîte collectrice (2) via un groupe de tubes (G3) et délivrant le fluide directement au réservoir (16), et une seconde chambre amont (23) adjacente à la seconde cloison (20), recevant le fluide du réservoir (16) par ledit orifice (21) et le renvoyant vers une chambre (8) de la boîte collectrice (2). 9. Condenseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réceptacle (3) et la boîte collectrice (2) possèdent chacun trois chambres collectrices (13, 22, 23, 6, 7, 8), l'unique seconde chambre (23) du réceptacle (3) renvoyant le fluide vers ladite chambre de sortie (8). 10. Condenseur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la première chambre aval (22) communique directement avec le réservoir (16) sans interposition d'une cloison.