Brevet FR2758877A1 — publié le 19980731

Boîte collectrice à réservoir intégré pour échangeur de chaleur, notamment pour un condenseur de réfrigération L'invention concerne une boîte collectrice à réservoir intégré pour un échangeur de chaleur. Elle s'applique tout particulièrement à une boîte collectrice d'un condenseur propre à faire partie d'un circuit de réfrigération, parcouru par un fluide frigorigène, par exemple pour une installation de climatisation de véhicule automobile. Dans un circuit de réfrigération de ce type, le fluide frigorigène en phase vapeur surchauffée est envoyé, par l'intermédiaire d'un compresseur, vers un condenseur dans lequel il est successivement refroidi ou "désurchauffé", condensé en une phase liquide chaude, puis "sous-refroidi" en une phase liquide froide. Ensuite, le fluide frigorigène, préalablement condensé et refroidi, est envoyé, par l'intermédiaire d'un détendeur, vers un évaporateur où il échange de la chaleur avec un flux d'air à envoyer dans l'habitacle du véhicule. Dans cet évaporateur, le fluide frigorigène est transformé en phase vapeur, tandis que le flux d'air est refroidi pour fournir de l'air climatisé. Le fluide frigorigène en phase vapeur quitte l'évaporateur pour gagner le compresseur, et ainsi de suite. Le condenseur comprend de façon habituelle un faisceau de tubes à ailettes montés entre deux boîtes collectrices, dont l'une communique avec un réservoir. La Demande de brevet français No 96 03695 de la Demanderesse propose un condenseur à réservoir intégré, dans lequel la boîte collectrice et le réservoir sont délimités par un même boîtier. Ce boîtier comprend une paroi tubulaire cylindrique et une paroi de séparation disposée à l'intérieur de la paroi tubulaire pour délimiter un compartiment collecteur et un compartiment réservoir, la paroi tubulaire étant munie de trous espacés pour recevoir les extrémités des tubes d'un faisceau. La paroi de séparation est glissée longitudinalement à l'intérieur de la paroi tubulaire et assemblée ensuite à cette dernière par brasage pour délimiter le compartiment collecteur et le compartiment réservoir. L'invention vient proposer une autre solution pour intégrer la boîte collectrice et le réservoir dans un même boîtier. Elle propose à cet effet une boîte collectrice à réservoir intégré pour échangeur de chaleur, du type défini en introduction, dans laquelle la paroi de séparation comporte une âme centrale prolongée par une première région marginale à profil incurvé propre à être appliquée contre l'intérieur de la paroi tubulaire et à être brasée à cette dernière et par une deuxième région marginale propre à être introduite dans une fente longitudinale de la paroi tubulaire et à être brasée à cette dernière. Ainsi, la paroi de séparation comporte une première région marginale qui vient épouser la forme de la paroi tubulaire et qui est brasée intérieurement contre cette dernière et une deuxième région marginale qui prolonge l'âme centrale et qui est reçue dans une fente longitudinale de la paroi tubulaire, tout en étant brasée à cette dernière. Avantageusement, la paroi tubulaire comporte des trous régulièrement espacés, situés dans la région de la paroi tubulaire qui correspond à celle de la première région marginale de la paroi de séparation, ces trous étant propres à permettre l'écoulement d'un flux de brasage provenant du brasage de la première région marginale. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'âme de la paroi de séparation a la forme d'un dièdre comportant une première face et une deuxième face formant un angle entre elles et reliées respectivement à la première région marginale et à la deuxième région marginale. La première région marginale est avantageusement reliée par un bord arrondi à la première face du dièdre, tandis que la deuxième région marginale s'étend dans le prolongement de la deuxième face du dièdre. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la première face et la deuxième face du dièdre forment entre elles un angle de 90" et s'étendent dans la direction de deux axes perpendiculaires de la section de la paroi tubulaire. Ainsi, dans le cas où la paroi tubulaire est de forme cylindrique circulaire, les deux faces du dièdre s'étendent suivant deux rayons de la section circulaire, qui forment entre eux un angle droit. I1 en résulte alors que l'aire de la section transversale du compartiment collecteur correspond sensiblement à un quart de la section transversale totale, tandis que l'aire de la section transversale du compartiment réservoir correspond sensiblement aux trois quarts de la section transversale totale. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la première face du dièdre s'étend perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes du faisceau, ce qui permet de minimiser l'encombrement. Dans une autre forme de réalisation, la première face du dièdre s'étend parallèlement à la direction longitudinale des tubes du faisceau. L'âme et la première région marginale s'étendent de préférence sur une partie de la hauteur de la paroi tubulaire, tandis que la deuxième région marginale s'étend sur toute la hauteur de la paroi tubulaire. En effet, il n'est généralement pas nécessaire que la paroi de séparation, formant cloison longitudinale, s'étende sur toute la hauteur de la boîte collectrice, mais seulement sur une partie de cette dernière. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'âme centrale de la paroi de séparation comporte des ouvertures transversales placées en des endroits choisis pour la réception de cloisons transversales. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la paroi de séparation comporte un témoin de repérage placé à l'une de ses extrémités, pour éviter des erreurs de montage. Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes interposé entre une boîte collectrice à réservoir intégré, telle que définie précédemment, et une autre boîte collectrice. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un condenseur comprenant une boîte collectrice à réservoir intégré selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en élévation de la paroi de séparation de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 2 dans une variante de réalisation; et - la figure 5 est une vue en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne V-V de la figure 3. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un condenseur propre à faire partie d'une installation de climatisation de véhicule automobile. Ce condenseur comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes plats 12 entre lesquels sont disposés des intercalaires 14 de forme générale ondulée, formant ailettes d'échange de chaleur. Le faisceau 10 est monté entre une boîte collectrice tubulaire 16 et un boîtier tubulaire 18. La boîte collectrice 16 possède une section transversale circulaire et elle est munie d'une tubulure d'entrée 20 et d'une tubulure de sortie 22 pour un fluide frigorigène. Le fluide frigorigène sous forme de phase vapeur surchauffée est envoyé, par l'intermédiaire d'un compresseur (non représenté) à la tubulure d'entrée 20. Puis, le fluide frigorigène est successivement refroidi ou "désurchauffé", condensé en une phase liquide chaude, puis "sous-refroidi2" en une phase liquide froide, avant de quitter le condenseur par la tubulure de sortie 22. Le boîtier tubulaire 18 comprend une paroi tubulaire 24 (figures 1 et 2) de forme cylindrique circulaire ayant un centre C. La paroi tubulaire comporte une fente longitudinale 26 (figure 2) qui s'étend dans une direction sensiblement radiale et sur toute la hauteur de la paroi tubulaire 24. La paroi tubulaire 24 loge intérieurement une paroi de séparation 28 (figures 1, 2 et 3) destinée à délimiter un compartiment collecteur 30 et un compartiment réservoir 32 (figures 1 et 2). Le compartiment collecteur 30 s'étend sur une partie du boîtier tubulaire 18, tandis que le compartiment réservoir 32 s'étend sur toute la hauteur de celui-ci. La paroi de séparation 28 (figures 2 et 3) comporte une âme centrale 34 ayant la forme d'un dièdre comportant une première face 36 et une deuxième face 38 reliées à angle droit par une face arrondie 40 en forme d'arc de cercle (figure 2). Ces deux faces 36 et 38 s'étendent sensiblement dans la direction de deux rayons à angle droit partant du centre C. La première face 36 se prolonge, par l'intermédiaire d'une face arrondie 42, par une première région marginale 44 à profil incurvé propre à être appliquée contre l'intérieur de la paroi tubulaire 24 et à être brasée à cette dernière. Cette région marginale 42 possède une forme en arc de cercle dont le rayon extérieur correspond au rayon intérieur de la paroi tubulaire 24, de manière que la région marginale 44 épouse la forme intérieure de la paroi tubulaire 24 pour permettre un brasage. La face 38 de l'âme centrale 34 se prolonge par une deuxième région marginale 46 propre à être introduite dans la fente longitudinale 26 de la paroi tubulaire 24 et à être brasée à cette dernière. La paroi tubulaire 24 comporte des trous espacés 48 (figure 2) pour recevoir les extrémités des tubes 12 du faisceau, lesquelles débouchent dans le compartiment collecteur 30 (figures 1 et 2). L'aire transversale du compartiment collecteur 30 correspond approximativement à un quart de l'air transversale totale, tandis que l'aire de la section transversale du compartiment réservoir 32 correspond sensiblement aux trois quarts de l'aire transversale totale. Comme on peut le voir sur la figure 2, la paroi tubulaire 24 comporte, dans la région correspondant à celle de la première région marginale 44 de l'âme centrale 34, des trous 50 régulièrement espacés propres à permettre l'écoulement du flux de brasage, lors de l'opération de brasage. Comme on peut le voir sur la figure 3, l'âme centrale 34 s'étend sur une partie de la hauteur de la paroi de séparation 28, c'est-à-dire sur une hauteur qui correspond à celle du compartiment collecteur 30. Par contre, la région marginale 46 s'étend sur toute la hauteur de la paroi tubulaire, de manière à remplir complètement la fente longitudinale 26. La paroi de séparation 28 comporte un bord supérieur 52 et un bord supérieur 54 (figure 3) ayant chacun sensiblement un profil en forme de S. Le bord inférieur 54 comporte un témoin de repère 56 (figure re 3) propre à éviter toute erreur de montage et à différencier les deux extrémités de la paroi de séparation 28, une fois placée à l'intérieur de la paroi tubulaire 24. L'âme centrale 34 comporte deux ouvertures transversales 58 et 60 placées respectivement à proximité du bord supérieur 52 et d'un bord intermédiaire 62 (figure 3). Ces deux ouvertures transversales sont propres à recevoir respectivement une cloison supérieure 64 (figure 1) et une cloison transversale partielle 66 (figures 1 et 5) propre à fermer le compartiment collecteur 30 à sa partie inférieure. La cloison 66 a une forme qui correspond sensiblement à un secteur angulaire délimité par un angle droit (figure 5). Par ailleurs, la paroi de séparation 28 comporte deux autres ouvertures transversales 68 et 70 (figure 3) propres à recevoir respectivement une cloison intermédiaire 72 et une cloison inférieure 74 (figure 1). Les ouvertures transversales 68 et 70 sont ménagées respectivement dans deux tronçons 76 et 78 de la paroi de séparation 28. La cloison de séparation 72 et la cloison inférieure 74 délimitent entre elles un compartiment inférieur 80 (figure re 1). La boîte collectrice 16 (figure 1) comporte une cloison supérieure 82, une cloison inférieure 84 et deux cloisons intermédiaires 86 et 88, de manière à délimiter un compartiment d'entrée 90 communiquant avec la tubulure d'entrée 20, un compartiment intermédiaire 92 et un compartiment de sortie 94 communiquant avec la tubulure de sortie 22. Le fonctionnement du condenseur de la figure 1 est le suivant. Le fluide frigorigène en phase vapeur surchauffée pénètre dans le compartiment d'entrée 90 par la tubulure d'entrée 20, gagne ensuite le compartiment collecteur 30, quitte ce dernier pour gagner le compartiment intermédiaire 92, et ensuite gagner la partie inférieure 80 du compartiment réservoir 32. Au cours de cette circulation en trois passes, avec des sens de circulation alternés, le fluide frigorigène est successivement refroidi ou "désurchauffé", puis condensé en une phase liquide chaude. Le fluide frigorigène en phase liquide chaude gagne ensuite le compartiment inférieur 80 pour circuler dans la partie inférieure du faisceau et gagner finalement le compartiment de sortie 94 et quitter le condenseur par la tubulure de sortie 22. Au cours de cette dernière passe, le fluide frigorigène préalablement condensé est "sous-refroidi en une phase liquide froide. Comme on peut le voir sur la figure 2, la première face 36 de l'âme centrale 34 s'étend perpendiculairement à la direction des tubes du faisceau, tandis que la deuxième face 38 s'étend parallèlement à la direction longitudinale des tubes du faisceau, ce qui permet de gagner un gain de place. Dans la variante de réalisation de la figure 4, c'est une disposition inverse que l'on trouve. En effet, la face 36 de l'âme 34 s'étend parallèlement à la direction des tubes du faisceau, tandis que la face 38 s'étend perpendiculairement à la direction des tubes du faisceau. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. Notamment, la paroi tubulaire 24 peut présenter une forme cylindrique non circulaire, par exemple à section de forme ovale ou elliptique. En outre, bien que l'invention ait été décrite en référence particulière à un condenseur, elle peut s'appliquer à d'autres types d'échangeurs de chaleur. Revendications 1. Boîte collectrice à réservoir intégré pour échangeur de chaleur, comprenant une paroi tubulaire cylindrique (24) et une paroi de séparation (28) disposée à l'intérieur de la paroi tubulaire pour délimiter un compartiment collecteur (30) et un compartiment réservoir (32), la paroi tubulaire étant munie de trous espacés (48) pour recevoir les extrémités des tubes (12) d'un faisceau, caractérisée en ce que la paroi de séparation (28) comporte une âme centrale (34) prolongée par une première région marginale (44) à profil incurvé propre à être appliquée contre l'intérieur de la paroi tubulaire (24) et à être brasée à cette dernière, et par une deuxième région marginale (46) propre à être introduite dans une fente longitudinale (26) de la paroi tubulaire (24) et à être brasée à cette dernière. 2. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi tubulaire (24) comporte des trous (50) régulièrement espacés, situés dans une région de la paroi tubulaire (24) en correspondance de la première région marginale (44) de la paroi de séparation (28), les trous (50) étant propres à permettre l'écoulement d'un flux de brasage provenant du brasage de la première région marginale (44). 3. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'âme (34) de la paroi de séparation (28) a la forme d'un dièdre comportant une première face (36) et une deuxième face (38) formant un angle entre elles et reliées respectivement à la première région marginale (44) et à la deuxième région marginale (46). 4. Boîte collectrice selon la revendication 3, caractérisée en ce que la première région marginale (44) est reliée par un bord arrondi (42) à la première face (36) du dièdre, tandis que la deuxième région marginale (46) s'étend dans le prolongement de la deuxième face (38) du dièdre. 5. Boîte collectrice selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la première face (36) et la deuxième face (38) du dièdre forment entre elles un angle de 90" et s'étendent dans la direction de deux axes perpendiculaires de la section de la paroi tubulaire (24). 6. Boîte collectrice selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la première face (36) du dièdre s'étend perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes du faisceau. 7. Boîte collectrice selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la première face (36) du dièdre s'étend parallèlement à la direction longitudinale des tubes du faisceau. 8. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'âme (34) et la première région marginale (44) s'étendent sur une partie de la hauteur de la paroi tubulaire (24), tandis que la deuxième région marginale (46) s'étend sur toute la hauteur de la paroi tubulaire (24). 9. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'âme comporte des ouvertures transversales (58, 60, 68, 70) placées en des endroits choisis pour la réception de cloisons transversales (64, 66, 72, 74). 10. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la paroi de séparation (28) comporte un témoin de repérage (56) placé à l'une de ses extrémités. 11. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau (10) de tubes (12) interposé entre une boîte collectrice (18) à réservoir intégré selon l'une des revendications 1 à 10 et une autre boîte collectrice (16).