Brevet FR2754886A1 — publié le 19980424

Condenseur à tube serpentin pour circuit de réfrigération, notamment de véhicule automobile L'invention concerne le domaine des circuits de réfrigération, par exemple d'une installation de climatisation de véhicule automobile, et plus particulièrement les condenseurs utilisés dans ces circuits. Certains condenseurs connus comprennent un faisceau de tubes, généralement indépendants les uns des autres, monté entre deux boîtes collectrices sensiblement verticales, et un réservoir qui communique avec l'une des boîtes collectrices pour autoriser notamment une réserve de fluide frigorigène pour le circuit de réfrigération. Cette technologie requiert un nombre important de pièces et un assemblage parfaitement étanche de chaque extrémité de tube dans chaque boîte collectrice, ainsi qu'au niveau de la liaison entre l'une des boîtes collectrices et le réservoir. I1 en résulte que ce type de condenseur est difficile à réaliser, et que par conséquent son coût est élevé. Un but de l'invention est donc de procurer un condenseur qui ne présente pas les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un condenseur comprenant - au moins un tube, dit "tube serpentin", conformé en un serpentin multipasses, et muni de première et seconde extrémités opposées l'une à l'autre, la première extrémité étant raccordée au circuit de réfrigération de façon à être alimentée en fluide frigorigène à condenser, et - un réservoir comportant une partie supérieure, dans laquelle débouche la seconde extrémité du tube serpentin, et une partie inférieure comprenant une tubulure de sortie pour évacuer le fluide frigorigène dans le circuit de réfrigération, après condensation de celui-ci sous forme liquide dans le tube serpentin et dans la partie supérieure. De la sorte, on n'a plus nécessairement besoin de boîte collectrice puisque, d'une part, la première extrémité de chaque tube serpentin peut être directement raccordée au circuit de réfrigération, et d'autre part, la seconde extrémité de chacun de ces tubes serpentins débouche dans le réservoir qui assure par conséquent la collection du fluide. Cela permet de réduire le nombre de pièces constituant le condenseur, tout en simplifiant son assemblage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le réservoir comporte une cloison, sensiblement horizontale, et munie d'un orifice propre à permettre le passage du fluide frigorigène condensé sous forme liquide de la partie supérieure du réservoir vers sa partie inférieure. Cela permet au fluide condensé qui débouche dans le réservoir sous forme d'un mélange de phases liquide et gazeuse, de différencier lesdites deux phases dans sa partie supérieure, la phase gazeuse se plaçant au dessus de la phase liquide, de sorte que seul le fluide condensé liquide soit évacué dans le circuit de réfrigération via la partie inférieure du réservoir et la tubulure de sortie. Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention, le réservoir est divisé intérieurement par une cloison sensiblement verticale qui s'étend sur une distance inférieure à sa hauteur à partir de la cloison horizontale munie de l'orifice, en forçant le fluide condensé issu du (ou des) tube(s) serpentin à se déplacer d'abord selon un trajet vertical ascendant puis suivant un trajet vertical descendant jusqu'au niveau de la partie inférieure, de façon à favoriser la séparation, par effet gravitationnel, des phases gazeuse et liquide du fluide frigorigène condensé. Cet effet sera bien évidemment d'autant plus important que la hauteur de la cloison verticale sera grande. Dans une première variante de l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention, la tubulure de sortie est un tube conformé de façon à réaliser au moins une passe. De la sorte, il est possible de "sur-refroidir" le fluide condensé liquide avant de le réinjecter dans le circuit de réfrigération. Dans une seconde variante de l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention, on peut prévoir, dans la partie inférieure du réservoir, une cloison sensiblement horizontale, pour délimiter une première sous-chambre de collection du fluide frigorigène liquide condensé et une seconde souschambre de collection du fluide frigorigène liquide condensé "sur-refroidi" qui comporte la tubulure de sortie et communique avec la première sous-chambre par un tube serpentin à au moins deux passes. Cela permet de renforcer encore plus la fonction de surrefroidissement du fluide frigorigène condensé. Le condenseur peut éventuellement comprendre une boîte collectrice munie d'une tubulure d'entrée connectée au circuit de réfrigération et propre à recevoir les premières extrémités des tubes serpentins pour les alimenter en fluide frigorigène à condenser. Cette unique boîte collectrice n'assure plus qu'un rôle de distribution du fluide à condenser, ce qui n'était pas le cas dans les condenseurs de l'art antérieur. Lorsque le condenseur est ainsi constitué, il est préférable que la boîte collectrice et le réservoir soient délimités par une même paroi et séparés par une cloison de séparation sensiblement horizontale logée dans l'espace défini par cette paroi. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chaque tube est de forme générale plate, et est subdivisé en au moins deux canaux. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la partie supérieure du réservoir peut loger des moyens de dessiccation et/ou de filtration. 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 premier mode de réalisation d'un condenseur selon l'invention; - la figure 2 est un schéma illustrant une partie d'un tube multicanaux; - la figure 3 est un schéma illustrant, en coupe transversale, une variante du premier mode de réalisation illustré sur la figure 1; et - la figure 4 est un schéma illustrant, en coupe transversale, un second mode de réalisation d'un condenseur selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire un premier mode de réalisation d'un condenseur selon l'invention destiné à faire partie, par exemple, d'un circuit de réfrigération. Un condenseur a pour but de transformer un fluide frigorigène qui l'atteint dans une phase gazeuse surchauffée, en fluide frigorigène en phase liquide froide, destiné à alimenter un évaporateur du circuit de réfrigération via un détendeur. Pour ce faire, le condenseur comprend une paroi 1 qui délimite un réservoir 2 et une boîte à fluide 3 superposée au-dessus du réservoir 2 et séparée de celui-ci, de façon étanche, par une cloison 4. La paroi 1 est de préférence réalisée dans un matériau métallique. La boîte à fluide 3 communique avec le circuit de réfrigération, et notamment avec un compresseur, par une tubulure d'entrée 5. Le fluide frigorigène débouche dans la boîte à fluide 3 en phase vapeur surchauffée et ressort de celle-ci par de premières extrémités 9 de deux tubes 7 et 8. Préférentiellement, chaque tube est conformé de façon à former un serpentin multipasses comportant une multiplicité de parties sensiblement linéaires 10, formant chacune une passe, et reliées les unes aux autres par des parties coudées 11. Toujours préférentiellement, chaque tube serpentin est réalisé dans une technologie dite multicanale, dans laquelle chaque tube est subdivisé en plusieurs canaux 12-i, au moins deux, et de préférence quatre 12-1 à 12-4 comme illustré sur la figure 2. Dans la mesure où le condenseur est généralement balayé par un flux d'air pulsé orienté sensiblement parallèlement aux tubes, et plus particulièrement au plan contenant les canaux 12-i, il est utile de prévoir entre les tubes 7 et 8 des intercalaires 13 destinés à favoriser les échanges thermiques entre les parois des tubes et le flux d'air pulsé. Le fluide frigorigène en phase gazeuse chaude circule dans les passes 10 des canaux 12-i de chaque tube 7 et 8 en se "désurchauffant" et en se condensant progressivement en une phase liquide dont la température diminue au fur et à mesure qu'il circule dans les passes 10 successives. Le fluide frigorigène atteint alors des secondes extrémités 14 des tubes 7 et 8 qui débouchent dans une partie supérieure 15 du réservoir 2 dans une forme liquide froide accompagnée de résidus gazeux. Etant donné que le fluide frigorigène doit être réinjecté en phase liquide dans le circuit de réfrigération, en sortie du condenseur, il est donc nécessaire de dissocier les deux phases qui le composent lorsqu'il débouche dans le réservoir 2. Pour ce faire, le réservoir 2 comporte une cloison 16 sensiblement horizontale qui délimite deux parties dites supérieure 15 et inférieure 17 qui communiquent entre elles par un orifice 18. La partie supérieure 15 présente un volume beaucoup plus important que celui de la partie inférieure 17 de sorte que les deux phases puissent s'y dissocier, la phase gazeuse ayant tendance à se placer spontanément au-dessus de la phase liquide. En raison de l'emplacement de l'orifice de communication 18, à l'intersection des parties supérieure 15 et inférieure 17 du réservoir 2, la phase liquide peut passer directement dans la partie inférieure 17, laissant les résidus gazeux se transformer en résidus liquides dans la partie supérieure 15. Le fluide frigorigène ressort de la partie inférieure 17 du réservoir 2 par une tubulure de sortie 19 qui est de préférence réalisée dans la même technologie que les tubes serpentins 7 et 8 de façon à former au moins une passe de longueur sensiblement égale à une partie linéaire 10 de tube 7 ou 8. De la sorte, le fluide frigorigène qui sort de la partie inférieure 17 du réservoir 2 peut être "sur-refroidi" lors de sa circulation à l'intérieur de la tubulure de sortie 19, laquelle communique avec le reste du circuit de réfrigération, et notamment avec le détendeur. Bien entendu, on peut n'utiliser dans ce type de condenseur qu'un unique tube serpentin multicanaux, ou plus de deux. De même, on peut envisager de n'utiliser que des tubes serpentins monocanaux, bien que cela rende plus complexe l'assemblage au niveau de la boîte à fluide et de la partie supérieure du réservoir. Par ailleurs, le réservoir et la boîte à fluide peuvent être totalement indépendants l'un de l'autre, et non pas réalisés, comme illustré sur la figure 1, en un seul élément. I1 est même possible selon l'invention de se passer complètement de boîte collectrice. Ce mode de réalisation est illustré sur la figure 3. Il est identique à celui qui est illustré sur la figure 1, à deux exceptions près. En conséquence, tous les éléments communs avec le mode de réalisation décrit précédemment en référence à la figure 1, portent les mêmes références et ne seront pas décrits de nouveau. La première exception consiste en le mode d'alimentation des tubes serpentins 7 et 8. Désormais, le circuit de réfrigération possede une tubulure 27 dont une extrémité 28 est adaptée pour recevoir la première extrémité 9 de chaque tube serpentin 7 et 8. Cette extrémité 28 remplace donc la boite collectrice. La seconde exception consiste en le mode de réalisation du réservoir 2. Du fait de l'absence de la boîte collectrice, la paroi 1 ne délimite plus que le réservoir 2. La cloison 4 sert par conséquent de cloison d'extrémité. Lorsque la tubulure 27 se trouve placée du côté opposé au réservoir, comme c'est le cas sur la figure 3, l'extrémité supérieure du réservoir 2, délimitée par la cloison 4, est dégagée. Il est alors possible d'introduire un dessiccant 26 dans la partie supérieure 15 du réservoir 2. La cloison 4 peut même être prévue amovible afin de permettre le remplacement du dessiccant lorsque celui-ci n'est plus actif. Bien entendu, on peut également introduire dans le réservoir, à la place du dessiccant ou en combinaison avec celui-ci, des moyens de filtration. On se réfère maintenant plus particulièrement à la figure 4 pour décrire un second mode de réalisation d'un condenseur selon l'invention. Ce second mode de réalisation est identique au premier mode décrit en référence à la figure 1, à l'exception du réservoir 2 dont la cloison sensiblement horizontale 16, qui délimite ses parties supérieure 15 et inférieure 17, est prolongée sensiblement à verticalité en direction de la boîte à fluide 3 par une cloison 25, sur une hauteur inférieure à la hauteur de la partie supérieure 15. Cette cloison verticale 25 contraint le fluide frigorigène condensé qui parvient dans la partie supérieure 15 du réservoir 2 à suivre un trajet vertical ascendant jusqu'au niveau de la cloison de séparation 4 entre ledit réservoir 2 et la boîte à fluide 3, puis un trajet vertical descendant jusqu'au niveau de la partie inférieure 17. De la sorte, on favorise la séparation, par effet gravitationnel, des phases liquide et gazeuse du fluide frigorigène condensé. Cette séparation sera d'autant meilleure que la hauteur de la partie supérieure 15 sera grande. Dans l'exemple illustré sur la figure 4, on prévoit dans la partie inférieure 17 du réservoir 2 une autre cloison 20 sensiblement horizontale de façon à la diviser en deux souschambres, une première sous-chambre 21 qui collecte le fluide frigorigène condensé en phase liquide après séparation d'avec la phase gazeuse dans la partie supérieure 15, et une seconde sous-chambre 22 qui communique avec la première sous-chambre 21 par l'intermédiaire d'un tube de sur-refroidissement 23 et destinée à-collecter le fluide frigorigène condensé surrefroidi en phase liquide. Préférentiellement, le tube de sur-refroidissement est du même type que les tubes serpentins 7 et 8. Pour relier les deux sous-chambres 21 et 22, ce tube 23 comporte au moins deux passes 10 qui communiquent par l'intermédiaire d'une partie coudée 11. Bien entendu, on peut préVoir plus de deux passes pour augmenter le sur-refroidissement. De même, on peut prévoir plusieurs tubes de type monocanal ou multicanaux. La cloison de séparation 20 logée dans la partie inférieure 17 du réservoir 2 n'a donc pour seule fonction que de permettre de renforcer la fonction de sur-refroidissement décrite dans le premier mode de réalisation, et auquel elle peut parfaitement s'appliquer. Afin d'évacuer dans le circuit de réfrigération le fluide frigorigène liquide, condensé et sur-refroidi, la seconde sous-chambre 22 de la partie inférieure 17 du réservoir 2 comporte une tubulure de sortie 24 qui communique avec le détendeur. Dans ce second mode de réalisation, tout comme dans le premier, la boîte à fluide 3 peut être réalisée de façon totalement indépendante du réservoir 2. Cette boîte collectrice peut même être supprimée, comme illustré sur la figure 3. De même, la tubulure de sortie peut être confondue avec le tube de refroidissement, comme dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1. Dans ce cas, la cloison de separation horizontale 20 n'est pas utile. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit 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 premier mode de réalisation (illustré sur la figure 1) et sa variante (illustrée sur la figure 3) pourront comprendre un réservoir sensiblement identique à celui du second mode de réalisation (voir figure 4), à l'exception de la cloison verticale 25, de façon à permettre, grâce à un tube serpentin de sur-refroidissement, un sur-refroidissement du fluide entre les sous-chambres 21 et 22. Revendications 1. Condenseur pour un circuit de réfrigération parcouru par un fluide frigorigène, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - au moins un tube (7,8) conformé en un serpentin formant un tube multipasses (10), ledit tube étant dit "tube serpentin", et muni de première (9) et seconde (14) extrémités opposées l'une à l'autre, la première extrémité étant raccordée audit circuit de façon à être alimentée en fluide frigorigène à condenser, et - un réservoir (2) comportant une partie supérieure (15), dans laquelle débouche la seconde extrémité (14) du tube serpentin (7,8), et une partie inférieure (17) comprenant une tubulure de sortie (19,24) propre à évacuer le fluide frigorigène dans ledit circuit de réfrigération après condensation de celui-ci, sous forme liquide, dans le tube serpentin (7,8) et dans ladite partie supérieure (15). 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir (2) comporte une cloison (16), sensiblement horizontale, et munie d'un orifice (18) propre à permettre le passage du fluide frigorigène condensé sous forme liquide de sa partie supérieure (15) vers sa partie inférieure (17). 3. Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir (2) est divisé intérieurement par une cloison (25) sensiblement verticale, s'étendant sur une hauteur inférieure à la hauteur dudit réservoir à partir de la cloison horizontale (16) munie de l'orifice (18), et propre à forcer le fluide condensé issu du (ou des) tube(s) serpentin (7,8) à se déplacer d'abord selon un trajet vertical ascendant puis suivant un trajet vertical descendant jusqu'au niveau de la partie inférieure (17), de façon à favoriser la séparation, par effet gravitationnel, des phases gazeuse et liquide du fluide frigorigène condensé. 4. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tubulure de sortie (19) est un tube conformé de façon à réaliser au moins une passe (10). 5. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie inférieure (17) du réservoir (2) loge une cloison (20), sensiblement horizontale, destinée à délimiter une première sous-chambre (21) de collection du fluide frigorigène liquide condensé et une seconde souschambre (22) de collection de fluide frigorigène liquide condensé "sur-refroidi" comportant la tubulure de sortie (24), lesdites sous-chambres communicant par un tube serpentin (23) à au moins deux passes (10). 6. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte deux tubes serpentin (7,8) dont les passes (10) sont sensiblement parallèles les unes aux autres, et dont les premières extrémités (9) sont raccordées au circuit de réfrigération (9) et les secondes extrémités (14) débouchent dans la partie supérieure (15) du réservoir (2). 7. Condenseur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte collectrice (3) munie d'une tubulure d'entrée (5) connectée au circuit de réfrigération et propre à recevoir les premières extrémités (9) des tubes serpentins (7,8) pour les alimenter en fluide frigorigène à condenser. 8. Condenseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la boîte collectrice (3) et le réservoir (2) sont délimités par une unique paroi (1), la boîte collectrice étant superposée au réservoir et séparée de celui-ci par une cloison de séparation (4) sensiblement horizontale. 9. Condenseur selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que chaque tube (7,8,23,19) est de forme générale plate, et est subdivisé en au moins deux canaux (12 i). 10. Condenseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie supérieure (15) du réservoir (2) loge des moyens de dessiccation (26) et/ou de filtration.