Brevet FR2754885A1 — publié le 19980424

Condenseur à réservoir intégré pour circuit de réfrigération, notamment pour véhicule automobile L'invention concerne un condenseur à réservoir intégré pour un circuit de réfrigération destiné notamment à la climatisation d'un véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un condenseur 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 comprend une partie supérieure servant à la condensation du fluide frigorigène et une partie inférieure servant au 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'habita- cle du véhicule et se transforme en phase vapeur avant de regagner le compresseur, et ainsi de suite. Le réservoir relié au condenseur contient un produit desséchant pour absorber l'humidité existant dans le fluide frigorigène. Un condenseur de ce type est connu d'après la Demande de brevet français No 96 04881. Dans ce condenseur connu, la seconde boîte collectrice et le réservoir sont séparés, si bien qu'il n'existe pas de communication du fluide frigorigène entre le réservoir et la seconde bote collectrice. Ceci permet de réaliser une circulation en plusieurs passes, c'est-à-dire en plusieurs trajets de circulation, du fluide frigorigène dans la partie supérieure du faisceau de tubes, et par conséquent d'améliorer la performance thermique. Cette solution s'est avérée avantageuse pour améliorer la performance thermique, par rapport aux condenseurs de la technique antérieure, en particulier par rapport au condenseur selon le Brevet US 4 972 683, dans lequel le fluide frigorigène circule en une seule passe depuis la première boîte collectrice jusqu'à la seconde boîte collectrice. L'un des buts de l'invention est d'améliorer davantage les performances thermiques d'un condenseur selon la Demande de brevet français précitée, et notamment d'améliorer la séparation des phases gazeuse et liquide du fluide frigorigène. L'invention propose à cet effet un condenseur du type défini en introduction, dans lequel le réservoir se prolonge verticalement vers le haut sur une partie au moins de la hauteur de la seconde boîte collectrice, et dans lequel le réservoir est divisé intérieurement par une cloison sensiblement verticale pour forcer le fluide condensé, en cours de sous-refroidissement, de se déplacer d'abord suivant un trajet vertical ascendant puis suivant un trajet vertical descendant, ce qui permet de favoriser la séparation des phases gazeuse et liquide du fluide frigorigène par effet de gravitation. Ainsi, la séparation des phases gazeuse et liquide est renforcée par le trajet ascendant du fluide frigorigène, ce qui permet à l'effet de gravitation d'être d'autant plus efficace que la hauteur du trajet ascendant et, par conséquent, la hauteur du trajet descendant, est plus importante. C'est la raison pour laquelle on préfère tout particulièrement que le réservoir se prolonge verticalement vers le haut sur toute la hauteur de la seconde boîte collectrice. Ainsi, l'effet de gravitation peut jouer pleinement son rôle et contribuer à une meilleure séparation des phases gazeuse et liquide du fluide frigorigène. Avantageusement, le réservoir comporte une partie inférieure dans laquelle débouche la partie inférieure du faisceau de tubes et une partie supérieure formant un prolongement vertical et s'étendant le long de la seconde boîte collectrice. Cette caractéristique permet notamment de diminuer l'encom- brement global du condenseur. Avantageusement, la partie inférieure du réservoir possède une section transversale dont l'aire est plus grande que celle de sa partie supérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cloison verticale est rattachée à une cloison transversale pour diviser le flux de la partie inférieure du faisceau et le répartir entre le trajet ascendant et le trajet descendant. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la seconde boîte collectrice et le réservoir sont délimités par une première paroi cylindrique et par une seconde paroi cylindrique à génératrices parallèles, qui s'intersectent, en sorte que la première paroi cylindrique délimite la seconde boîte collectrice, que la seconde paroi cylindrique délimite le trajet vertical descendant et que l'intersection des deux parois délimite le trajet vertical ascendant. Avantageusement, la première paroi cylindrique et la seconde paroi cylindrique sont à section circulaire ou sensiblement circulaire. On préfère tout particulièrement que la seconde paroi cylindrique possède un diamètre supérieur à celui de la première paroi cylindrique. Dans la description qui suit, faite seulement 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 une forme de réalisation préférée de l'invention; et - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1. Le condenseur représenté à la figure 1 comprend 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 10 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, de préférence à section circulaire, dans laquelle débouchent les tubes 12 à l'une de leurs extrémités. La boîte collectrice 16 s'étend sur toute la hauteur du faisceau 10. Elle comprend deux parois d'extrémité 20 et 22 placées respectivement en partie supérieure et deux cloisons intermédiaires 24 et 26. La boîte collectrice 16 est ainsi divisée en trois chambres, à savoir une chambre d'entrée 28, une chambre intermédiaire 30 et une chambre de sortie 32. La boîte collectrice 16 est munie de deux tubulures 34 et 36 pour permettre l'entrée d'un fluide frigorigène en phase vapeur ou gazeuse (flux che F1) et la sortie du même fluide en phase liquide (flux che 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 17 et 8 tubes. Du côté de l'autre extrémité du faisceau, les tubes de la partie supérieure SP communiquent avec une seconde boîte collectrice 38, tandis que les tubes de la partie inférieure PI communiquent avec un réservoir 40, la boîte collectrice 38 et le réservoir 40 étant complètement séparés l'un de 1' autre. La seconde boîte collectrice 38 s'étend sur toute la hauteur de la partie supérieure PS du faisceau et elle est limitée par une paroi latérale 42, ainsi que par une paroi supérieure 44 et une paroi inférieure 46. Le réservoir 40 comprend une partie inférieure 48 qui s'étend sur une hauteur correspondant à celle de la partie inférieure PI du faisceau et une partie supérieure 50 formant prolongement vértical qui s'étend sur toute la hauteur de la seconde boîte collectrice 38. Le réservoir 40, y compris son prolongement, est fermé en partie inférieure par une paroi 52 et en partie supérieure par la paroi 44 précitée. La partie inférieure 48 du réservoir possède une section transversale dont l'aire est plus grande que celle de la partie supérieure 50. A l'intérieur du réservoir est placée une cloison verticale 54 qui s'étend sur une partie de la hauteur du réservoir. Cette cloison verticale est reliée en partie inférieure à une cloison transversale 56 pour diviser la partie inférieure PI du faisceau en deux sous-faisceaux PIS et PII qui comprennent chacun quatre tubes, dans l'exemple considéré. La cloison verticale 54 s'arrête à distance de la paroi supérieure 44 pour ménager un passage de communication 58. La cloison verticale 54 et la cloison transversale 56 permettent de délimiter à l'intérieur du réservoir 40 deux trajets de circulation, à savoir un trajet vertical ascendant 60 et un trajet vertical descendant 62. Le réservoir 40 est propre à contenir un produit desséchant propre à absorber l'humidité existant dans le fluide frigorigène traversant le réservoir 40. Le condenseur de la figure 1 est destiné à être monté dans un circuit de climatisation 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 par la tubulure 34. I1 circule ensuite dans une souspartie de la partie supérieure PS du faisceau 10 pour gagner la seconde chambre collectrice 38. Ensuite, le fluide circule en sens inverse dans une autre sous-partie de la partie supérieure PS du faisceau 10 pour gagner la chambre intermédiaire 30. La partie supérieure PS, encore appelée "partie amont", constitue une partie du faisceau qui permet la condensation du fluide frigorigène. Le fluide frigorigène quitte ensuite la chambre intermédiaire 30 et circule dans le sous-faisceau PIS de la partie inférieure PI du faisceau pour gagner une chambre 64 délimitée dans la partie inférieure 48 du réservoir 40. Le fluide frigorigène préalablement condensé est forcé à se déplacer verticalement vers le haut en suivant le trajet vertical ascendant 60. Ensuite, il gagne le trajet vertical descendant 62 en passant par le passage 58. Lorsque le fluide suit le trajet vertical descendant 62, il subit l'effet de la gravitation, ce qui facilite la séparation des phases gazeuse et liquide, la phase gazeuse ayant tendance à s'élever et la phase liquide ayant tendance à descendre. On recueille alors, dans une chambre 66 située en partie inférieure de la partie inférieure 48 du réservoir 40, uniquement du fluide réfrigérant en phase liquide, préalablement condensé et qui est en cours de sous-refroidissement. Ensuite, ce fluide en cours de sous-refroidissement gagne la chambre de sortie 32 de la boîte collectrice 16 par le sous faisceau PII de la partie inférieure PI du faisceau. Au cours de ce trajet, le fluide frigorigène condensé est encore sousrefroidi davantage. On obtient ainsi, dans la chambre 32, un fluide condensé sous-refroidi qui quitte ensuite l'échangeur de chaleur par la tubulure de sortie 36, comme montré par la flèche F2. On se réfère maintenant à la figure 2 qui montre, en coupe, la réalisation de la seconde boîte collectrice 38 et du réservoir 40. Ces derniers sont obtenus par deux boîtiers imbriqués qui comprennent une première paroi cylindrique 42 de section circulaire et une seconde paroi cylindrique 68, également de section circulaire, qui s'intersecte avec la paroi 42 le long de deux génératrices parallèles 70 et 72. Le diamètre de la paroi 68 est supérieur à celui de la paroi 42. La paroi 42 délimite ainsi intérieurement la seconde chambre collectrice 38, tandis que la seconde paroi cylindrique 68 délimite intérieurement le trajet vertical descendant 62. Le trajet vertical ascendant 60 est délimité à l'intersection des parois 42 et 68. Bien entendu, les parois ou cloisons d'extrémité sont prévues aux endroits appropriés, comme montré sur la figure 1. L'invention permet ainsi de favoriser la séparation des phases liquide et gazeuse du fluide frigorigène lors de son parcours dans le réservoir. Cet effet de séparation est d'autant meilleur que la hauteur du trajet vertical ascendant du fluide est plus grande, ce qui a pour conséquence d'augmenter la hauteur de chute du liquide dans son trajet descendant. L'invention trouve une application particulière aux installations de climatisation de véhicules automobiles. 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 (12) comprend une partie supérieure (PS) servant à la condensation du fluide frigorigène, et une partie inférieure (PI) servant au sous-refroidissement du fluide frigorigène condensé, caractérisé en ce que le réservoir (40) se prolonge verticalement vers le haut sur une partie au moins de la hauteur de la seconde boîte collectrice (38), et en ce que le réservoir (40) est divisé intérieurement par une cloison sensiblement verticale (54) pour forcer le fluide condensé, en cours de sous-refroidissement, de se déplacer d'abord suivant un trajet vertical ascendant (60) puis suivant un trajet vertical descendant (62), ce qui permet de favoriser la séparation des phases gazeuse et liquide du fluide frigorigène par effet de gravitation. 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir (40) se prolonge verticalement vers le haut sur toute la hauteur de la seconde boîte collectrice (38). 3. Condenseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réservoir (40) comporte une partie inférieure (48) dans laquelle débouche la partie inférieure (PI) du faisceau de tubes, et une partie supérieure (50) formant un prolongement vertical et s'étendant le long de la seconde boîte collectrice (38). 4. Condenseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie inférieure (48) du réservoir (40) possède une section transversale dont l'aire est plus grande que celle de sa partie supérieure (50). 5. Condenseur selon i'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cloison verticale (54) est rattachée à une cloison transversale (56) pour diviser le flux de la partie inférieure (PI) du faisceau et le répartir entre le trajet ascendant (60) et le trajet descendant (62). 6. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la seconde boîte collectrice (38) et le réservoir (40) sont délimités par une première paroi cylindrique (42) et par une seconde paroi cylindrique (68) à génératrices parallèles, qui s'intersectent, en sorte que la première paroi cylindrique (42) délimite la seconde boîte collectrice (38), que la seconde paroi cylindrique (68) délimite le trajet vertical descendant (62) et que l'intersection des deux parois délimite le trajet vertical ascendant (60). 7. Condenseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première paroi cylindrique (42) et la seconde paroi cylindrique (68) sont à section circulaire. 8. Condenseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la seconde paroi cylindrique (68) possède un diamètre supérieur à celui de la première paroi cylindrique (42).