Brevet FR2753782A1 — publié le 19980327

Condenseur à réservoir intégré pour un circuit de réfrigération. notamment de véhicule automobile L'invention concerne un condenseur à réservoir intégré pour un circuit de réfrigération, en particulier pour la climatisation d'un véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un condenseur du type comprenant un faisceau de tubes dont une première extrémité communique avec une première boîte collectrice à direction générale verticale et dont une seconde extrémité communique avec une seconde boîte collectrice et avec un réservoir à direction générale verticale, et dans lequel le faisceau de tubes comporte une partie supérieure pour la condensation du fluide frigorigène et une partie inférieure pour le sousrefroidissement du fluide frigorigène condensé. Dans un circuit de réfrigération de ce type, le fluide frigorigène est d'abord comprimé au moyen d'un compresseur 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. Le fluide en phase liquide froide est ensuite 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. Le réservoir contient un produit desséchant destiné à absorber l'humidité existant dans le fluide. On connaît déjà, d'après la Demande de brevet français No 96 04881, un condenseur de ce type dans lequel le réservoir est intégré au condenseur, tout en étant séparé de la seconde boîte collectrice. Cet échangeur de chaleur connu permet de réaliser une circulation du fluide frigorigène en plusieurs passes et, par conséquent, d'améliorer les performances thermiques du condenseur par rapport aux condenseurs de la technique antérieure. Ce condenseur connu permet notamment d'améliorer les performances par rapport au condenseur du Brevet US 4 972 683, dans lequel le fluide frigorigène circule en une seule passe. Le but principal de l'invention est d'améliorer encore la performance thermique d'un condenseur à circulation multipasse, du type décrit dans la Demande de brevet français précitée, notamment d'améliorer la séparation des phases gazeuse et liquide contenues dans le fluide frigorigène avant le sous-refroidissement. Elle propose à cet effet un condenseur pour un circuit de réfrigération parcouru par un fluide frigorigène, du type défini précédemment, dans lequel le réservoir comprend un compartiment supérieur situé au-dessus de la seconde boîte collectrice, un compartiment inférieur situé au-dessous de la seconde boîte collectrice et un passage vertical faisant communiquer le compartiment supérieur avec le compartiment inférieur, de sorte que le compartiment supérieur du réservoir reçoit le fluide frigorigène condensé issu de la partie supérieure du faisceau, que le passage vertical favorise la séparation des phases gazeuse et liquide du fluide frigorigène par effet de gravitation, et que le compartiment inférieur du réservoir envoie le fluide frigorigène condensé vers la partie inférieure du faisceau de tubes. L'invention permet ainsi de renforcer la séparation des phases gazeuse et liquide par l'effet de gravitation qui s'exerce sur le fluide condensé lors de son déplacement du compartiment supérieur vers le compartiment inférieur du réservoir, en passant par le passage vertical. On bénéficie ainsi des avantages conjoints d'une bonne séparation des phases gazeuse et liquide du fluide condensé, et d'une bonne performance thermique résultant de l'utilisation d'une circulation du fluide condensé en plusieurs passes dans le faisceau de tubes. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la première boîte collectrice est divisée intérieurement par des cloisons transversales pour permettre une circulation en plusieurs passes du fluide frigorigène dans la partie supérieure du faisceau de tubes, tandis que le compartiment supérieur du réservoir communique avec une sous-partie de la partie supérieure du faisceau de tubes, dans laquelle s'écoule la dernière passe. Dans une forme de réalisation de l'invention, la première boîte collectrice comprend une chambre d'entrée placée en partie intermédiaire, une chambre intermédiaire placée en partie supérieure et une chambre de sortie placée en partie inférieure, ce qui permet de réaliser une circulation en trois passes du fluide frigorigène dans la partie supérieure du faisceau, à savoir successivement de la chambre d'entrée vers la seconde boîte collectrice, de cette seconde boîte collectrice vers la chambre intermédiaire, et de cette chambre intermédiaire vers le compartiment supérieur du faisceau, ainsi qu'une circulation en une passe du fluide frigorigène dans la partie inférieure du faisceau, à savoir depuis le compartiment inférieur du réservoir jusqu'à la chambre de sortie. Ceci permet de réaliser un condenseur de structure compacte, dans lequel la chambre d'entrée et la chambre de sortie sont disposées adjacentes dans la première boîte collectrice. De façon avantageuse, le réservoir (compartiment supérieur, compartiment inférieur et passage vertical) ainsi que la seconde boîte collectrice sont formés dans un même boîtier. Avantageusement, le boîtier est de forme générale cylindrique et il comprend une cloison longitudinale qui s'étend sur une partie de la hauteur du boîtier pour délimiter, d'un côté, la seconde boîte collectrice et, d'un autre côté, le passage vertical, ainsi que deux cloisons transversales placées aux deux extrémités de la cloison longitudinale pour séparer la seconde boîte collectrice des compartiments supérieur et inférieur du réservoir. La cloison longitudinale est avantageusement une cloison pliée en U, qui est raccordée au boîtier le long de deux génératrices de celui-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier, la cloison longitudinale et les cloisons transversales sont des tôles métalliques, avantageusement en alliage d'aluminium, et sont assemblées entre elles par brasage. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un condenseur selon l'invention; et - la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle du condenseur de la figure 1. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un condenseur comprenant un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes 12 parallèles et horizontaux, de préférence à section non circulaire, entre lesquels sont placés des intercalaires ondulés 14 formant ailettes d'échange de chaleur. Le faisceau de tubes communique, à une première extrémité, avec une première boîte collectrice 16 qui s'étend dans une direction généralement verticale et qui comprend une paroi cylindrique 18, dans l'exemple à section circulaire, dans laquelle débouchent les tubes 12 à l'une de leurs extrémités. La boîte collectrice 16 comprend deux parois d'extrémité 20 et 22 placées respectivement en partie supérieure et en partie inférieure, et deux cloisons intermédiaires 24 et 26. La boîte collectrice 16 est ainsi divisée en trois chambres, à savoir une chambre d'entrée 28 placée en partie intermédiaire, une chambre intermédiaire 30 placée en partie supérieure et une chambre de sortie 32 placée en partie inférieure. La chambre d'entrée 28 et la chambre de sortie 32 sont munies respectivement de tubulures 34 et 36 pour permettre respectivement l'entrée d'un fluide frigorigène en phase vapeur ou gazeuse (flèche F1) et la sortie du même fluide en phase liquide (flèche F2), après condensation. Le faisceau de tubes peut être divisé en deux parties, à savoir une partie supérieure PS et une partie inférieure PI qui, dans l'exemple, comprennent respectivement 26 et 4 tubes. Du côté de l'autre extrémité des tubes 12, le condenseur comprend une seconde boîte collectrice 38 et un réservoir 40, formés à l'intérieur d'un boîtier 42 présentant une paroi cylindrique circulaire 44 dans laquelle débouchent les tubes 12 par leur autre extrémité. La seconde boîte collectrice 38 s'étend sur une partie de la hauteur du faisceau de tubes et est complètement séparée du réservoir 40 qui s'étend sur toute la hauteur du faisceau de tubes. La boîte collectrice 18 est délimitée, à l'intérieur du boîtier 42, par une cloison longitudinale 46 (figures 1 et 2) qui s'étend sur une partie de la hauteur du boîtier 42. Cette cloison longitudinale 46 est réalisée sous la forme d'une tôle métallique, de préférence en alliage d'aluminium, pliée en U et raccordée intérieurement au boîtier 42 le long de deux génératrices 48 et 50 (figure 2). La boîte collectrice 18 est en outre limitée, en partie supérieure et en partie inférieure, respectivement par deux cloisons transversales 52 et 54 (figure 1). Le réservoir 40 comporte ainsi un compartiment supérieur 56 situé au-dessus de la boîte collectrice 38 et dans lequel débouche une sous-partie PSS de la partie supérieure PS du faisceau qui, dans l'exemple, comprend six tubes. Le réservoir 40 comprend en outre un compartiment inférieur 58 situé au-dessous de la seconde boîte collectrice 38 et dans lequel débouchent les tubes de la partie inférieure PI du faisceau qui, dans l'exemple, sont au nombre de quatre. Les compartiments 56 et 58 communiquent entre eux par un passage vertical 60 qui s'étend le long de la boîte collectrice 38 et qui présente la même hauteur que cette dernière. Le boîtier 40 est en outre délimité en partie supérieure et en partie inférieure par des cloisons d'extrémité 62 et 64. La paroi 44 du boîtier 42 est avantageusement une paroi cylindrique circulaire, réalisée en une tôle métallique, de préférence en une tôle d'alliage d'aluminium. La paroi 44, ainsi que la cloison longitudinale 46, les deux cloisons transversales 52 et 54, et les cloisons d'extrémité 62 et 64 sont avantageusement formées dans la même matière métallique et assemblées entre elles par brasage. Le condenseur de la figure 1 est destiné à être monté dans un circuit de réfrigération, par exemple d'une installation de climatisation de véhicule automobile, comprenant en outre un compresseur, un détendeur et un évaporateur (non représentés). Le fluide frigorigène est d'abord comprimé par le compresseur afin de se trouver en phase gazeuse surchauffée. I1 pénètre ensuite dans la chambre d'entrée 28 de la boîte collectrice 16, circule dans une sous-partie de la partie supérieure PS du faisceau 10 (dans l'exemple formée de douze tubes), pour gagner la seconde boîte collectrice 18. Ensuite, le fluide frigorigène circule en sens inverse dans une autre sous-partie de la partie supérieure PS du faisceau 10 (dans l'exemple formé de huit tubes) pour gagner la chambre intermédiaire 30. Ensuite, le fluide frigorigène circule en sens inverse dans la sous-partie PSS de la partie supérieure PS du faisceau pour gagner le compartiment supérieur 56 du réservoir 40. Ainsi, le fluide frigorigène circule dans la partie supérieure PS du faisceau 10 en trois passes successives, pendant lesquelles il subit une condensation pratiquement totale. Le fluide frigorigène ainsi condensé parvient dans le compartiment supérieur 56 du réservoir 40. Le fluide frigorigène ainsi condensé se déplace ensuite vers le bas, via le passage 60, pour gagner le compartiment inférieur 58 du réservoir 40. Au cours de ce mouvement descendant, le fluide frigorigène préalablement condensé subit l'effet de la gravitation, ce qui permet de séparer les phases gazeuse et liquide qu'il contient. La phase gazeuse, plus légère, tend à rester en haut du réservoir, tandis que la phase liquide, plus lourde, descend vers le compartiment inférieur 58 du réservoir. Le fluide frigorigène en phase liquide, ainsi condensé, circule ensuite, en une seule passe, du compartiment inférieur 58 du réservoir 40 vers la chambre de sortie 32. Au cours de sa circulation dans la partie inférieure PI du faisceau 10, le fluide frigorigène condensé est sous-refroidi par échange thermique avec l'air balayant le faisceau. Le condenseur de l'invention permet ainsi d'obtenir une bonne performance thermique grâce à la circulation du fluide frigorigène en plusieurs passes dans la partie supérieure PS du faisceau. En outre, la séparation des phases liquide et gazeuse du fluide frigorigène est favorisée par la présence du passage 60 faisant communiquer la partie supérieure 56 et la partie inférieure 58 du réservoir 40. L'effet de séparation est d'autant meilleur que la hauteur de ce passage est plus importante. Comme on peut le remarquer sur la figure 1, les tubulures 34 et 36 servant respectivement à l'entrée et à la sortie du fluide frigorigène sont situées l'une près de l'autre, dans la partie inférieure du réservoir, alors que dans les condenseurs traditionnels, la tubulure d'entrée est située en partie supérieure et la tubulure de sortie en partie inférieure. L'invention permet ainsi de grouper les tubulures d'entrée et de sortie dans une même région du condenseur, et d'éviter ainsi le recours à des canalisations. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes, notamment en ce qui concerne la réalisation de la seconde boîte collectrice et du réservoir. Le condenseur de l'invention est destiné principalement à être utilisé dans un circuit de réfrigération faisant partie d'une installation de climatisation de véhicule automobile. Revendications 1. Condenseur pour un circuit de réfrigération parcouru par un fluide frigorigène, comprenant un faisceau (10) de tubes (12) dont une première extrémité communique avec une première boîte collectrice (16) à direction générale verticale et dont une seconde extrémité communique avec une seconde boîte collectrice (38) et avec un réservoir (40) à direction générale verticale, et dans lequel le faisceau de tubes comporte une partie supérieure (PS) pour la condensation du fluide frigorigène et une partie inférieure (PI) pour le sous-refroidissement du fluide frigorigène condensé, caractérisé en ce que le réservoir (40) comprend un compartiment supérieur (56) situé au-dessus de la seconde boîte collectrice (38), un compartiment inférieur (58) situé audessous de la seconde boîte collectrice (38) et un passage vertical (60) faisant communiquer le compartiment supérieur (56) avec le compartiment inférieur (58), de sorte que le compartiment supérieur (56) du réservoir reçoit le fluide frigorigène condensé issu de la partie supérieure (PS) du faisceau, que le passage vertical (60) favorise la séparation des phases gazeuse et liquide du fluide frigorigène par effet de gravitation, et que le compartiment inférieur (58) du réservoir envoie le fluide frigorigène condensé vers la partie inférieure (Pi) du faisceau de tubes. 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première boîte collectrice (16) est divisée intérieurement par des cloisons transversales (24, 26) pour permettre une circulation en plusieurs passes du fluide frigorigène dans la partie supérieure (PS) du faisceau de tubes, et en ce que le compartiment supérieur (56) du réservoir (40) communique avec une sous-partie (PSS) de la partie supérieure (PS) du faisceau de tubes, dans laquelle s'écoule une dernière passe. 3. Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première boîte collectrice (16) comprend une chambre d'entrée (28) placée en partie intermédiaire, une chambre intermédiaire (30) placée en partie supérieure et une chambre de sortie (32) placée en partie inférieure, ce qui permet une circulation en trois passes du fluide frigorigène dans la partie supérieure (PS) du faisceau de tubes, à savoir successivement de la chambre d'entrée (28) vers la seconde boîte collectrice (38), de cette seconde boîte collectrice vers la chambre intermédiaire (30), et de cette chambre intermédiaire vers le compartiment supérieur (56) du réservoir (40), ainsi qu'une circulation en une seule passe du fluide frigorigène dans la partie inférieure (PI) du faisceau de tubes, à savoir depuis le compartiment inférieur (58) du réservoir (40) jusqu'à la chambre de sortie (32). 4. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réservoir (40) (compartiment supérieur 56, compartiment inférieur 58 et passage vertical 60) ainsi que la seconde boîte collectrice (38) sont formés dans un même boîtier (42). 5. Condenseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boîtier (42) est de forme générale cylindrique et comprend une cloison longitudinale (46) qui s'étend sur une partie de la hauteur du boîtier pour délimiter, d'un côté, la seconde boîte collectrice (38) et, d'un autre côté, le passage vertical (60), ainsi que deux cloisons transversales (52, 54) placées aux deux extrémités de la cloison longitudinale (46) pour séparer la seconde boîte collectrice (38) du compartiment supérieur (56) et du compartiment inférieur (58) du réservoir. 6. Condenseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cloison longitudinale (46) est pliée en U et est raccordée au boîtier (42) le long de deux génératrices (48 et 50) de celui-ci. 7. Condenseur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la paroi (44) du boîtier (42), la cloison longitudinale (46) et les cloisons transversales (52 et 54) sont des tôles métalliques, avantageusement en alliage d'aluminium, et sont assemblées entre elles par brasage.