Brevet FR2747768A1 — publié le 19971024

Condenseur pour circuit de réfrigération, en particulier pour la climatisation d'un véhicule automobile L'invention concerne un condenseur pour un circuit de réfrigération destiné en particulier à la climatisation d'un véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un condenseur pour un circuit de réfrigération parcouru par un fluide frigorigène, 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. 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 est destiné à recevoir le fluide frigorigène condensé. On connaît, d'après le Brevet US 4 972 683, un condenseur du type décrit ci-dessus, dans lequel la seconde boîte collectrice et le réservoir sont réalisés sous la forme d'un boîtier unique dans lequel débouchent l'ensemble des tubes du faisceau. Ce boîtier unique délimite une chambre unique de dimensions importantes pour permettre au fluide frigorigène en phase vapeur de se séparer du fluide frigorigène en phase liquide, par effet de gravitation, en procurant un volume supérieur pour la phase vapeur et un volume inférieur pour la phase liquide. L'un des inconvénients de ce condenseur connu est que le fluide frigorigène circule en une seule passe, c'est-à-dire en un seul trajet de circulation, depuis la première boîte collectrice à la seconde boîte collectrice, cette dernière s'étendant sur toute la hauteur du faisceau. Or, l'expérience a montré qu'une passe de circulation du fluide ne donne pas une efficacité thermique suffisante pour condenser le fluide. Même si l'on modifiait le condenseur du Brevet US précité en prévoyant des cloisons supplémentaires dans la première et la seconde boîte collectrice pour fournir plusieurs passes de circulation, l'efficacité thermique ne serait pas améliorée car la séparation des phases vapeur et liquide n'a un sens que si elle est réalisée vers la fin de la condensation. Un autre inconvénient du condenseur du Brevet US précité réside dans le fait que la section transversale de la seconde boîte collectrice doit être notablement supérieure à la section transversale de la première boîte collectrice pour procurer une chambre unique, de volume important, servant à accueillir le fluide frigorigène en phase liquide et en phase vapeur, ce qui augmente l'encombrement. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités et de favoriser la séparation des phases vapeur et liquide vers la fin de la condensation. L'invention propose à cet effet un condenseur du type défini en introduction, dans lequel la seconde boîte collectrice communique avec une partie supérieure du faisceau de tubes servant à la condensation du fluide frigorigène et dans lequel le réservoir est réalisé séparé de la seconde boîte collectrice et communique avec une partie inférieure du faisceau de tubes servant au sous-refroidissement du fluide frigorigène condensé. Ainsi, contrairement au dispositif du Brevet US 4 972 683, la seconde boîte collectrice et le réservoir constituent des récipients séparés dont l'un (la seconde boîte collectrice) communique avec une partie supérieure du faisceau de tubes et l'autre (le réservoir) communique avec une partie inférieure du faisceau de tubes. La seconde boîte collectrice, comme la première boîte collectrice, peut avoir plusieurs cloisons afin que le fluide frigorigène circule en plusieurs passes dans la partie supérieure du faisceau de tubes. I1 en résulte que le fluide frigorigène à l'état de vapeur peut se condenser dans la partie supérieure, ou partie amont, du faisceau de tubes, et parvenir ainsi au réservoir en étant pratiquement en phase liquide. Le fluide frigorigène qui est pratiquement complètement en phase liquide circule ensuite dans la partie inférieure, ou partie aval, du faisceau de tubes, dans laquelle il est sousrefroidi. I1 parvient ainsi sous forme liquide au réservoir. Du fait que le réservoir a une section plus grande que celle de la seconde boîte collectrice, la vitesse du fluide frigorigène est fortement diminuée. Ceci permet de favoriser la séparation des phases vapeur et liquide qui a lieu vers la fin de la condensation. Par ailleurs, du fait que la seconde boîte collectrice et le réservoir constituent deux chambres complètement distinctes qui communiquent avec deux parties du faisceau, le fluide frigorigène circule obligatoirement en plusieurs passes, c'est-à-dire selon des trajets de circulation alternés, spécialement dans la partie supérieure du faisceau de tubes où s'effectue la condensation. En outre, du fait que la seconde boîte collectrice sert uniquement à recueillir le fluide frigorigène qui se trouve essentiellement en phase liquide, il n'est pas nécessaire de réaliser cette boîte collectrice avec une capacité importante, c'est-à-dire avec une section transversale aussi grande que celle de la seconde boîte collectrice selon le Brevet US 4 972 683. Ceci permet, le cas échéant, de diminuer l'encombrement du condenseur, tout au moins au niveau de la seconde boîte collectrice. Selon une autre caractéristique de l'invention, le réservoir présente une section transversale ayant une aire supérieure à celle de la section transversale de la seconde boîte collectrice, au moins sur une partie de la hauteur du réservoir. Dans une première forme de réalisation de l'invention, la seconde boîte collectrice et le réservoir sont superposés verticalement et réalisés sous la forme de deux boîtiers séparés adjacents. Ces deux boîtiers sont avantageusement des boîtiers à parois cylindriques de sections transversales différentes. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le réservoir comporte un prolongement qui s'étend verticalement vers le haut. Cette caractéristique permet d'augmenter la capacité totale du réservoir. Avantageusement, le prolongement du réservoir et la seconde boîte collectrice ont sensiblement la même hauteur. Dans une première variante de réalisation, le réservoir et son prolongement forment un boîtier séparé de la seconde boîte collectrice. Toutefois, dans une variante préférentielle, le réservoir et la seconde boîte collectrice sont formés dans un boîtier unique qui communique avec la partie supérieure et la partie inférieure du faisceau de tubes et qui loge intérieurement une cloison verticale partielle et une cloison horizontale partielle. Ces deux dernières cloisons permettent de délimiter deux chambres ou volumes qui correspondent respectivement à la seconde boîte collectrice et au réservoir. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cloison verticale partielle s'étend sur une hauteur correspondant approximativement à celle de la partie supérieure du faisceau de tubes et elle se rattache à la cloison horizontale partielle qui est située à un niveau compris entre la partie supérieure et la partie inférieure du faisceau de tubes. Dans le cas où le réservoir et la seconde boîte collectrice sont formés à partir d'un boîtier unique, celui-ci comporte avantageusement une paroi cylindrique, de préférence à section sensiblement circulaire, et la cloison verticale partielle se rattache à deux génératrices de la paroi cylindrique, situées de part et d'autre du débouché des tubes de la partie supérieure du faisceau. Dans cette forme de réalisation, le boîtier présente avantageusement une section transversale ayant une aire supérieure à celle de la première boîte collectrice. Quelle que soit la forme de réalisation du condenseur, le réservoir comprend avantageusement une cloison transversale partielle qui se situe à un niveau intermédiaire de la partie inférieure du faisceau de tubes. Cette cloison transversale partielle présente avantageusement un passage éloigné du faisceau de tubes. Cette cloison partielle constitue une sorte de chicane qui favorise la séparation des phases vapeur et liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, la première boîte collectrice comprend au moins une cloison transversale pour permettre une circulation en plusieurs passes du fluide frigorigène dans le faisceau de tubes. 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 verticale d'un condenseur selon une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un échangeur de chaleur selon une seconde forme de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe verticale d'un échangeur de chaleur selon une variante de la figure 2; et - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. 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 est en outre encadré par deux joues horizontales 16. Le faisceau de tubes communique à une première extrémité (celle à gauche de la figure 1) avec une première boîte collectrice 18 qui s'étend dans une direction généralement verticale et qui comprend une paroi cylindrique 20, de préférence à section circulaire, dans laquelle débouchent les tubes 12 à l'une de leurs extrémités. La boîte collectrice 18 s'étend sur une hauteur H qui est sensiblement égale à la hauteur du faisceau 10. La boîte collectrice 18 comprend deux parois d'extrémité 22 et 24 placées respectivement en partie supérieure et en partie inférieure, et deux cloisons intermédiaires 26 et 28. La boîte collectrice 18 est ainsi divisée en trois chambres, à savoir une chambre d'entrée 30, une chambre intermédiaire 32 et une chambre de sortie 34. La paroi 20 comporte deux ouvertures 36 et 38 qui communiquent respectivement avec les chambres 30 et 34 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 sept tubes et six tubes. Du côté de l'autre extrémité des tubes 12 (à droite de la figure 1), les tubes de la partie supérieure PS communiquent avec une seconde boîte collectrice 40, tandis que les tubes de la partie inférieure PI communiquent avec un réservoir 42. La seconde boîte collectrice 40 et le réservoir 42 sont réalisés sous la forme de deux boîtiers séparés adjacents et superposés. Ainsi, il n'existe aucune communication directe entre la seconde boîte collectrice 40 et le réservoir 42. La seconde boîte collectrice 40 est formée d'un boîtier cylindrique, de préférence de forme générale circulaire, qui s'étend sur une hauteur H1 sensiblement égale à la hauteur de la partie supérieure PS du faisceau 10. Le réservoir 42 est réalisé sous la forme d'un boîtier cylindrique, de préférence à section transversale circulaire, qui s'étend sur une hauteur H2 correspondant sensiblement à celle de la partie inférieure PI du faisceau 10. Comme on peut le voir, le réservoir 42 présente une section transversale dont l'aire est supérieure à celle de la section transversale de la seconde boîte collectrice 40. La seconde boîte collectrice 40 est limitée, en partie supérieure, par une paroi d'extrémité 44 et, en partie inférieure, par une paroi d'extrémité 46 qui constitue aussi une paroi d'extrémité pour le réservoir 42. Celui-ci est en outre délimité, en partie inférieure, par une paroi d'extrémité 48. Ainsi, la seconde boîte collectrice 40 délimite une chambre 50 qui est en communication avec les tubes 12 de la partie supérieure PS du faisceau 10. Le réservoir 42 loge intérieurement une cloison transversale partielle 52 qui se situe à un niveau intermédiaire de la partie inférieure PI du faisceau 10, c'est-à-dire sensiblement à mi-hauteur du réservoir. Ce dernier délimite intérieurement deux chambres 54 et 56 placées respectivement en partie supérieure et en partie inférieure et communiquant par un passage 58 ménagé dans la cloison transversale partielle 52 et éloigné du faisceau de tubes 12. Les chambres 54 et 56 communiquent respectivement avec deux sous-parties de la partie inférieure PI du faisceau 10. 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. Il pénètre ensuite dans la chambre d'entrée 30 de la boîte collectrice 18, circule dans une sous-partie de la partie supérieure PS du faisceau 10 pour gagner la seconde chambre collectrice. 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 32. 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 32 et circule dans une sous-partie de la partie inférieure PI pour gagner la chambre 54 puis la chambre 56 du réservoir 42. Il quitte enfin cette chambre 56 pour gagner la chambre 34 en passant par une autre sous-partie de la partie inférieure PI du faisceau 10. Le fluide frigorigène à l'état liquide quitte ensuite la chambre de sortie 34 pour gagner le détendeur puis l'évaporateur où il échange de la chaleur avec un flux d'air à envoyer dans l'habitacle du véhicule. Le fluide se transforme alors en phase vapeur et retourne vers le condenseur, et ainsi de suite. Le condenseur représenté à la figure 1 permet, dans lexem- ple, de réaliser deux passes de circulation du fluide frigorigène dans la partie condensation (partie supérieure PS) et de favoriser la séparation des phases vapeur et liquide à la fin de la condensation. La présence de la cloison partielle 52 à l'intérieur du réservoir 42 contribue à une meilleure séparation des phases vapeur et liquide. Du fait que la seconde boîte collectrice 40 possède une section transversale notablement inférieure à celle du réservoir 42, cela permet de réduire en outre l'encombrement global du condenseur. Dans la forme de réalisation de la figure 2, à laquelle on se réfère maintenant, la boîte collectrice 40 et le réservoir 42 sont également réalisés sous la forme de boîtiers séparés. Toutefois, le réservoir 42 comporte un prolongement 60 qui s'étend verticalement vers le haut le long de la seconde boîte collectrice 40, c'est-à-dire sur une hauteur sensiblement égale à la hauteur H1 de la boîte collectrice 40. Ce prolongement 60 est délimité par une paroi cylindrique 62, de préférence à section transversale circulaire, et est fermé par une cloison d'extrémité 64. Ainsi, ce prolongement 60 délimite une chambre intérieure 66 qui est en communication avec la chambre 54 du réservoir 42 proprement dit. Ainsi, le réservoir 42, y compris son prolongement 60, possède une capacité supérieure à celle du réservoir 42 de la forme de réalisation de la figure 1. On se réfère maintenant aux figures 3 et 4 qui montrent un condenseur qui constitue une variante de la forme de réalisation de la figure 2. Dans cette variante, la seconde boîte collectrice 40, le réservoir 42 et son prolongement 60 sont formés dans un boîtier unique 70 présentant une paroi cylindrique 72, de préférence à section transversale circulaire. Le boîtier 70 s'étend sur une hauteur H sensiblement égale à celle de la première boîte collectrice 18. La paroi 72 du boîtier 70 comporte une multiplicité d'ouvertures dans lesquelles débouchent l'ensemble des tubes 12 du faisceau 10. Ainsi, les tubes de la partie supérieure PS et les tubes de la partie inférieure PI du faisceau 10 débouchent dans le boîtier 70. Dans le boîtier 70 est logée intérieurement une cloison verticale partielle 74 qui est formée d'une paroi coudée ayant deux ailes 76 et 78 reliées à angle droit qui se rattachent à la paroi 72 le long de deux génératrices 80 et 82 (figure 4) situées de part et d'autre du débouché des tubes 12 de la partie supérieure PS du faisceau 10. Autrement dit, ces génératrices 80 et 82 se trouvent de part et d'autre des ouvertures 84 dans lesquelles débouchent les tubes 12 dans la chambre 50. Cette chambre est en outre délimitée par une cloison horizontale partielle 86 (figure 3). La cloison 74 s'étend sur une hauteur sensiblement égale à H1. La cloison 86 possède une configuration adaptée pour isoler la chambre 50 vis-à-vis des chambres 54, 56 et 66 du réservoir. Le boîtier 70 peut être réalisé soit par électrosoudage, soit par roulage, auquel cas l'étanchéité du boîtier est obtenue à la fin d'une opération de brasage du condenseur. La cloison partielle 52 facilite, dans toutes les formes de réalisation, la séparation des phases vapeur et liquide. La cloison 74 formant séparateur a une longueur ou hauteur inférieure à celle du boîtier 70. Ce séparateur pourrait, le cas échéant, posséder des logements pour fixer des cloisons. Dans la forme de réalisation des figures 3 et 4, le boîtier unique 70 joue à la fois le rôle de boîte collectrice et de réservoir. Il est possible de prévoir autant de passes de circulation que l'on veut dans la partie condensation du condenseur pour améliorer l'efficacité thermique. Enfin, la présence de la cloison partielle 52 renforce la séparation des phases gazeuse et liquide. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment et s'étend à d'autres variantes. Le condenseur de l'invention trouve une application préférentielle dans les installations de climatisation de véhicules automobiles. Revendications 1. Condenseur pour un circuit de réfrigération parcouru par un fluide frigorigène, comprenant un faisceau de tubes (12) dont une première extrémité communique avec une première boîte collectrice (18) à direction générale verticale et dont une seconde extrémité communique avec une seconde boîte collectrice (40) et avec un réservoir (42) à direction générale verticale, caractérisé en ce que la seconde boîte collectrice (40) communique avec une partie supérieure (PS) du faisceau de tubes (12) servant à la condensation du fluide frigorigène et en ce que le réservoir (42) est réalisé séparé de la seconde boîte collectrice (40) et communique avec une partie inférieure (PI) du faisceau de tubes (12) servant au sousrefroidissement du fluide frigorigène condensé, de manière qu'il n'existe pas de communication du fluide frigorigène entre le réservoir (42) et la seconde boîte collectrice (40). 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir (42) présente une section transversale ayant une aire supérieure à celle de la section transversale de la seconde boîte collectrice (40), au moins sur une partie de la hauteur du réservoir (42). 3. Condenseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la seconde boîte collectrice (40) et le réservoir (42) sont superposés verticalement et réalisés sous la forme de deux boîtiers séparés adjacents. 4. Condenseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réservoir (42) comporte un prolongement (60) qui s'étend verticalement vers le haut. 5. Condenseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le prolongement (60) du réservoir (42) et la seconde boîte collectrice (40) ont sensiblement la même hauteur (H1). 5. Condenseur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le réservoir (42) et son prolongement (60) forment un boîtier séparé de la seconde boîte collectrice (40). 7. Condenseur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le réservoir (42) et la seconde boîte collectrice (40) sont formés dans un boîtier unique (60) qui communique avec la partie supérieure (PS) et la partie inférieure (PI) du faisceau de tubes (12) et qui loge intérieurement une cloison verticale partielle (74) et une cloison horizontale partielle (86). 8. Condenseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cloison verticale partielle (74) s'étend sur une hauteur (H1) correspondant approximativement à celle de la partie supérieure (PS) du faisceau de tubes (12) et se rattache à la cloison horizontale partielle (86) qui est située à un niveau compris entre la partie supérieure (PS) et la partie inférieure (PI) du faisceau de tubes (12). 9. Condenseur selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le boîtier (70) comporte une paroi cylindrique (72), de préférence à section sensiblement circulaire, et en ce que la cloison verticale partielle (74) se rattache à deux génératrices (80, 82) de la paroi cylindrique (72), situées de part et d'autre du débouché (84) des tubes (12) de la partie supérieure (PS) du faisceau (10). 10. Condenseur selon lune des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le boîtier (70) possède une section transversale ayant une aire supérieure à celle de la première boîte collectrice (18). 11. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le réservoir (42) comprend une cloison transversale partielle (52) qui se situe à un niveau intermédiaire de la partie inférieure (PI) du faisceau de tubes (12). 12. Condenseur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la cloison transversale partielle (52) présente un passage (58) éloigné du faisceau de tubes (12). 13. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la première boîte collectrice (18) comprend au moins une cloison transversale (26, 28) pour permettre une circulation en plusieurs passes du fluide frigorigène dans le faisceau de tubes (12).