Brevet FR2757610A1 — publié le 19980626

Condenseur à réservoir séparé perfectionné, notamment pour un circuit de climatisation 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 de telles installations. Un condenseur comprend généralement - un réservoir qui loge des moyens de filtration munis d'une face avant, propre à recevoir un fluide frigorigène condensé, et d'une face arrière, propre délivrer un fluide frigorigène condensé et filtré, - une partie dite "de condensation", alimentée en fluide frigorigène par une tubulure d'entrée reliée à une partie amont du circuit de climatisation, et comprenant un conduit d'évacuation muni d'une extrémité aval propre à alimenter en fluide frigorigène condensé le réservoir séparé, et - une partie dite "de sous-refroidissement", alimentée en fluide frigorigène condensé et filtré par un conduit d'alimentation dont une extrémité amont débouche dans ledit réservoir séparé et traverse les moyens de filtration, et comportant une tubulure de sortie propre à évacuer le fluide frigorigène condensé, traité et sous-refroidi dans une partie aval du circuit de climatisation. Dans les installations actuelles, le volume de fluide frigorigène qui circule dans le circuit de climatisation a tendance à diminuer sensiblement au cours du temps. Or, cette diminution provoque une réduction importante de l'écart de température entre la température de condensation du fluide frigorigène en sortie de la partie de condensation du condenseur et la température du fluide frigorigène en sortie de la zone de sous-refroidissement du condenseur. Selon la configuration du condenseur, la courbe qui représente l'évolution de l'écart de température en fonction du volume de fluide frigorigène qui circule, est soit une fonction sensiblement monotone croissante (voir figure 1), soit une fonction croissante au début, puis sensiblement constante, puis de nouveau croissante (voir figure 2). Plus le palier est long (zone où la fonction est sensiblement constante), plus la durée pendant laquelle le condenseur est efficace (écart de température supérieur à environ 10 C) est longue. Vu sous un autre angle, un condenseur "à palier" peut fonctionner avec moins de fluide frigorigène, et par conséquent son réservoir peut être de plus petites dimensions. Les condenseurs à réservoir séparé de la technique antérieure ne présentent pas de réel palier. En revanche, certains condenseurs à réservoir intégré présentent, du fait de leur configuration particulière, un palier. Il est clair que l'on pourrait n'utiliser que ces condenseurs particuliers à réservoir intégré. Cependant, du fait de l'intégration du réservoir, ils occupent un volume nettement plus important, ce qui les rend inutilisables dans certaines installations où des problèmes d'encombrement existent. Seuls les condenseurs à réservoir séparé offrent une grande flexibilité vis-à vis de l'implantation du réservoir. Un but de l'invention est donc de procurer un condenseur à réservoir séparé qui ne présente pas l'inconvénient précité. L'invention propose à cet effet un condenseur à réservoir séparé du type défini en introduction, dans lequel la face avant des moyens de filtration est placée à une distance de l'extrémité aval du conduit d'évacuation inférieure ou égale à environ 45 millimètres. La Demanderesse s'est en effet aperçu, de façon surprenante, qu'une solution pour obtenir un palier consistait à rapprocher la face avant des moyens de filtration de l'extrémité aval du conduit d'évacuation. Une explication pourrait être la suivante. En effectuant le rapprochement précité, on rend petit le rapport entre le volume de fluide frigorigène qui circule entre les extrémités, respectivement aval et amont des conduits d'évacuation et d'alimentation, et le volume disponible dans le réservoir séparé, hors des moyens de filtration. Le fluide frigorigène condensé qui débouche de l'extrémité aval du conduit d'évacuation est alors presque totalement introduit dans le filtre, puis aspiré en sortie de celui-ci par l'extrémité amont du conduit d'alimentation. Le circuit de climatisation fonctionne ainsi, en quelque sorte, en "circuit fermé", le reste du fluide frigorigène "dormant" étant stocké dans les parties du réservoir qui ne comprennent pas le filtre. Selon une autre caractéristique de l'invention, la face avant des moyens de filtration est placée à une distance de l'extrémité aval du conduit d'évacuation supérieure à environ le 1/4 du diamètre du conduit d'évacuation. Dans un mode de réalisation préféré, la face avant des moyens de filtration est séparée de l'extrémité aval du conduit d'évacuation d'une distance égale à environ la moitié du diamètre du conduit d'évacuation. Selon un autre aspect de l'invention, les moyens de filtration comprennent des moyens de filtration d'impuretés et des moyens de dessiccation, ce qui permet d'intégrer dans un même filtre les fonctions de filtration des impuretés et de contrôle du degré d'humidité du fluide frigorigène. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un diagramme illustrant l'évolution de l'écart de température de sous-refroidissement en fonction du volume de fluide frigorigène qui circule, dans un condenseur à réservoir séparé de la technique antérieure; - la figure 2 est un diagramme illustrant l'évolution de l'écart de température de sous-refroidissement en fonction du volume de fluide frigorigène qui circule, dans un condenseur à réservoir séparé selon l'invention; et - la figure 3 est un schéma illustrant un condenseur selon l'invention, dans un mode de réalisation préférentiel. On se réfère tout d'abord à la figure 3 pour décrire un condenseur 1 à réservoir séparé 2 selon l'invention. Un tel condenseur fait, par exemple, partie d'un circuit de climatisation (appelé également circuit de réfrigération) d'une installation de climatisation d'un véhicule automobile. Un condenseur de ce type comprend généralement un faisceau de tubes 3, sensiblement parallèles les uns aux autres, et monté à perpendicularité entre deux boîtes collectrices 4 et 5, installées verticalement, et sensiblement parallèles l'une à 1 'autre. Le condenseur comprend une première partie 6 dite "de condensation", et une seconde partie 7 dite "de sous-refroi dissement". Dans l'exemple illustré sur la figure 3, lequel est non limitatif, chaque boîte collectrice 4 et 5 est subdivisée par l'intermédiaire de cloisons 8 en trois chambres. La première boîte collectrice 4 comprend, dans sa partie supérieure, une chambre amont 9, dans une partie intermédiaire, une chambre intermédiaire 10, et dans une partie inférieure une chambre aval 11. La seconde boîte collectrice 5 comprend, dans une partie supérieure, une chambre de circulation 12, dans une partie intermédiaire, une chambre de transfert 13, et dans une partie inférieure, une chambre de collection 14. Les chambres amont 9 et intermédiaire 10 de la première boîte collectrice 4, les chambres de circulation 12 et de transfert 13 de la seconde boite collectrice 5, ainsi que les tubes 3-1 qui débouchent dans les quatre chambres précitées, constituent la partie de condensation 6 du condenseur 1. La chambre aval 11 de la première boîte collectrice 4, la chambre de collection 14 de la seconde boîte collectrice 5, et les tubes 3-2 qui débouchent dans les deux chambres précitées forment la partie de sous-refroidissement 7 du condenseur 1. La chambre amont 9 de la première boite collectrice 4 comprend une tubulure d'entrée 15 connectée à une partie amont 16 du circuit de climatisation (non représenté sur la figure). De même, la chambre aval 11 de cette même première boite collectrice 4 comprend une tubulure de sortie 17 connectée à une partie aval 18 du circuit de climatisation. Par ailleurs, la chambre de transfert 13 de la seconde boîte collectrice 5 est reliée au réservoir séparé 2 par l'intermédiaire d'un conduit d'évacuation 19. Enfin, la chambre de collection 14 de la seconde boîte collectrice 5 est également reliée au réservoir séparé 2 par l'intermédiaire d'un conduit d'alimentation 20. La partie amont 16 du circuit de climatisation alimente la tubulure d'entrée 15 qui débouche dans la chambre amont 9 de la première boite collectrice 4. Le fluide frigorigène circule alors dans les tubes de condensation 3-1 placés dans la partie supérieure, puis débouche dans la chambre de circulation 12 de la seconde boîte collectrice 5. Il circule ensuite dans les tubes 3-1 de la partie intermédiaire, lesquels débouchent dans la chambre intermédiaire 10 de la première boite collectrice 4. Une fois arrivé dans cette chambre intermédiaire 10, le fluide circule dans le reste des tubes 3-1 de la partie intermédiaire et débouche dans la chambre de transfert 13 de la seconde boite collectrice 5. Pendant ce parcours entre la tubulure d'entrée 15 et la chambre de transfert 13, le fluide qui arrive en phase vapeur surchauffée se refroidit progressivement et se condense. Arrivé dans la chambre de transfert 13, le fluide est à une température de condensation Tc. Il pénètre alors dans le conduit d'évacuation 19, par une extrémité amont 21 de celuici, et débouche à l'intérieur du réservoir séparé 2 par une extrémité aval 22 de ce même conduit d'évacuation 19. Le réservoir séparé 2 comprend, dans une partie intermédiaire 24, des moyens de filtration 23, qui peuvent être amovibles. Ceux-ci comportent une face supérieure 25, dite face avant, et une face inférieure 26, dite face arrière. Les faces avant 25 et arrière 26 sont sensiblement parallèles entre elles et placées dans des positions sensiblement horizontales. La face avant 25 est placée en dessous de l'extrémité aval 22 du conduit d'évacuation 19, tandis que, du fait que le conduit d'alimentation 20 traverse les moyens de filtration 23, la face arrière 26 est placée au-dessus d'une extrémité amont 27 de ce conduit d'alimentation, lequel débouche dans la chambre de collection 14 de la seconde boite collectrice 5 par une extrémité aval 28. Le fluide qui parvient dans le réservoir séparé 2 par l'extrémité aval 22 du conduit d'évacuation 19 parvient au niveau de la face avant 25 des moyens de filtration 23, traverse ceux-ci et ressort par la face arrière 26 de ces mêmes moyens de filtration. Le fluide frigorigène ressort alors de ces moyens de filtration 23 dans un état condensé et filtré. Il est alors aspiré par l'extrémité amont 27 du conduit d'alimentation 20 et acheminé par celui-ci jusqu'au niveau de la chambre de collection 14. Le fluide frigorigène condensé et filtré circule alors dans les tubes de sousrefroidissement 3-2 de la partie de sous-refroidissement 7 du condenseur 1, et débouche dans la chambre aval 11 de la première boîte collectrice 4, d'où il est évacué par la tubulure de sortie 17 qui communique avec la partie aval 18 du circuit de climatisation. Le fluide qui est ainsi évacué dans la partie aval 18 se trouve dans un état condensé, filtré et sous-refroidi à une température de sous-refroidissement Ts. Le problème principal rencontré dans les condenseurs à réservoir séparé, du type décrit ci-avant, concerne leur sensibilité au vieillissement du fluide frigorigène. Ce vieillissement a pour conséquence de provoquer une diminution de la quantité de fluide frigorigène qui circule dans le circuit de climatisation. Or, comme cela est illustré sur la figure 1, laquelle représente l'évolution de l'écart de température AT entre la température de condensation Tc et la température de sous-refroidissement Ts (température au niveau de la chambre aval 11) en fonction de la quantité (en grammes) de fluide frigorigène contenue dans le circuit de climatisation, lorsque la quantité de fluide frigorigène diminue, cela occasionne une diminution très importante de l'écart AT. Cet écart AT décroît très rapidement jusqu'à environ 70C, puis subit un ralentissement de sa décroissance jusqu'à atteindre une valeur nulle pour environ 400 grammes de fluide frigorigène. Pour qu'un condenseur puisse fonctionner dans des conditions acceptables, il est préférable que AT soit supérieur à environ 10 C. Il en résulte que, dans les condenseurs à réservoir séparé de la technique antérieure, en deçà d'environ 650 grammes, ils cessent d'être réellement efficaces. De tels condenseurs doivent par conséquent être surveillés de près, au niveau de leur quantité de fluide frigorigène, ce qui nécessite une surveillance périodique qui augmente les coûts d'utilisation de l'installation de climatisation. L'invention a notamment pour but de proposer un condenseur dit "à palier" qui présente des écarts de température AT supérieurs à environ 10 C pour des quantités de fluide frigorigène notablement inférieures aux 650 grammes environ constituant sensiblement la limite des condenseurs de l'art antérieur. On a représenté sur la figure 2 l'évolution de l'écart de température AT en fonction de la quantité de fluide frigorigène (en grammes) dans un condenseur à réservoir séparé selon l'invention. Cette courbe expérimentale présente trois parties distinctes, une première partie I décroissante (lorsque l'on diminue la quantité de fluide frigorigène), suivie d'une seconde partie II sensiblement constante (qui s'étend entre environ 700 grammes et environ 500 grammes), elle-même suivie par une troisième partie III décroissante (comprise entre environ 500 grammes et environ 300 grammes). Comme on peut le voir sur la figure 2, dans ce type de condenseur à réservoir séparé selon l'invention, tant que la quantité de fluide est supérieure à environ 400 grammes, l'écart de température AT est supérieur à 10 C. Il en résulte que la limite d'environ 650 grammes que présentaient les condenseurs de l'art antérieur est très notablement abaissée puisqu'elle est désormais d'environ 400 grammes. Cela permet d'espacer très sensiblement les périodes entre maintenances successives. De plus, grâce à la caractéristique en palier de la zone II (zone pendant laquelle AT est à peu près constant), l'invention permet de stabiliser l'écart de température AT à une valeur d'environ 13"C, soit largement au-dessus du seuil limite d'environ 10 C, sur une plage de fonctionnement qui s'étend entre environ 500 grammes et 700 grammes. Il en résulte que non seulement le condenseur selon l'invention peut fonctionner pendant des durées beaucoup plus longues que les condenseurs à réservoir séparé de l'art antérieur, mais encore il peut fournir des écarts de température AT très bons (supérieurs ou égaux à 13 CC) pour des quantités de fluide frigorigène (environ 500 grammes) très notablement inférieures aux quantités (environ 700 grammes) nécessaires aux condenseurs de l'art antérieur pour fonctionner avec de tels écarts de température. Comme indiqué dans l'introduction, il semblerait que pour obtenir une caractéristique à palier, il est important que le volume de fluide frigorigène condensé Vc qui circule entre l'extrémité aval 22 du conduit d'évacuation 19 et l'extrémité amont 27 du conduit d'alimentation 20 soit petit par rapport au volume dit "dormant" VD disponible dans le réservoir séparé 2 pour le fluide frigorigène du circuit de climatisation, en dehors du volume occupé par les moyens de filtration 23. Bien entendu, ceci ne constitue en aucune façon une explication définitive. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, le fluide frigorigène dormant est le fluide qui se trouve stocké au-dessus et en dessous, respectivement des faces avant 25 et arrière 26 des moyens de filtration 23. La Demanderesse s'est aperçu de façon surprenante qu'un moyen pour obtenir un palier, et semble-t-il un rapport VC/VD petit, consiste à placer l'extrémité aval 22 du conduit d'évacuation 19 à une distance de la face avant 25 des moyens de filtration inférieure ou égale à environ 45 millimètres et supérieure ou égale à environ 1/4 du diamètre interne du conduit d'évacuation 19. Généralement, ce diamètre interne est compris entre environ 7 mm et environ 10 mm. Dans un mode de réalisation préférentiel, cette distance entre les extrémités et les faces est sensiblement égale à la moitié du diamètre du conduit d'évacuation 19. Ainsi, la quasi-totalité du fluide qui arrive par le conduit d'évacuation 19 est directement injectée dans les moyens de filtration 23. Ces moyens de filtration 23 peuvent avantageusement comprendre à la fois des moyens de filtration d'impuretés et des moyens de dessiccation. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit précédemment, seulement à titre d'exemple, mais elle s'étend à d'autres variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, la configuration du condenseur pourra être sensiblement différente de celle illustrée en référence à la figure 3. Par ailleurs, la position des moyens de filtration pourra être sensiblement différente de celle illustrée sur cette même figure 3. Revendications 1. Condenseur (1) pour un circuit de réfrigération parcouru par un fluide frigorigène, du type comprenant - un réservoir séparé (2) logeant des moyens de filtration (23) munis d'une face avant (25), propre à recevoir un fluide frigorigène condensé, et d'une face arrière (26), propre délivrer un fluide frigorigène condensé et filtré, - une partie (6) dite "de condensation", alimentée en fluide frigorigène par une tubulure d'entrée (15) reliée à une partie amont (16) du circuit de climatisation, et comprenant un conduit d'évacuation (19), d'un diamètre choisi, et muni d'une extrémité aval (22) propre à alimenter en fluide frigorigène condensé ledit réservoir séparé (2), - une partie (7) dite de sous-refroidissement", alimentée en fluide frigorigène condensé et filtré par un conduit d'alimentation (20) dont une extrémité amont (27) débouche dans ledit réservoir séparé (2) et traverse les moyens de filtration, et comportant une tubulure de sortie (17) propre à évacuer le fluide frigorigène condensé, traité et sousrefroidi dans une partie aval (18) du circuit de climatisation, caractérisé en ce que la face avant (25) des moyens de filtration (23) est placée à une distance de l'extrémité aval (22) du conduit d'évacuation (19) inférieure ou égale à environ 45 millimètres. 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face avant (25) des moyens de filtration (23) est placée à une distance de l'extrémité aval (22) du conduit d'évacuation (19) supérieure ou égale à environ 1/4 du diamètre dudit conduit d'évacuation. 3. Condenseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la face avant des moyens de filtration (23) est séparée de l'extrémité aval (22) du conduit d'évacuation (19) d'une distance égale à environ la moitié du diamètre dudit conduit d'évacuation. 4. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de filtration (23) comprennent des moyens de filtration d'impuretés et des moyens de dessiccation.