Brevet FR2807824A1 — publié le 20011019

Condenseur pour une installation de climatisation, en particulier pour une installation de climatisation d'un véhicule automobile L'invention concerne un condenseur pour une installation de climatisation, en particulier pour une installation de climatisation d'un véhicule automobile, avec des tubes de collecteur latéraux et avec un bloc aileté tubulaire, constitué de tubes plats et d'ailettes ondulées, contenant un tronçon servant de collecteur. Dans un condenseur connu, du type cité au début (FR-A 2 776 759), le collecteur est intégré dans le bloc aileté tubulaire sous forme de réservoir. Dans une première forme de réalisation, on utilise comme collecteur un tronçon de tubes plats branchés en parallèle, qui correspondent aux autres tubes plats. Dans une autre forme de réalisation est prévu, comme collecteur, un unique tube de gros volume, dépassant au moins sur un côté le contour du condenseur. Dans d'autres formes de réalisation, des tubes plats branchés en parallèle et, en plus, un tube extérieur, leur étant en parallèle, de plus grande section transversales, sont prévus. Dans ce type de construction connu, la séparation des phases, entre les fluides frigorigènes à l'état liquide et sous forme de vapeur, s'effectue dans le tronçon servant de collecteur ou de réservoir. Lorsque le véhicule subit des accélérations, par exemple lorsqu'il roule en virage, le niveau de liquide change, ce qui peut mener à une irrégularité du comportement en réfrigération ou même à des perturbations, en particulier s'il y a déjà eu perte de fluide frigorigène au bout d'un long temps de fonctionnement. Cette perte de fluide frigorigène, qui est pratiquement inévitable lorsque l'on a un long temps de fonctionnement, mène, si l'on a un réservoir ou un collecteur formé de tubes plats branchés en parallèle, d'une petite section transversale, également à ce que le début du sous-refroidissement se déplace relativement fortement déjà lorsque se produisent de petites pertes en fluide frigorigène, de sorte que la puissance de réfrigération de l'installation de climatisation est ainsi également dégradée. Le décalage du début du sousrefroidissement peut même aller si loin qu'il ne peut plus être atteint en un point situé à l'intérieur du condenseur. L'invention a comme but d'intégrer un collecteur, dans le bloc aileté tubulaire d'un condenseur, de manière que les accélérations transversales ne provoquent aucun effet sur la puissance frigorifique et que les pertes de fluide frigorigène n'influent pas trop fortement sur le fonctionnement. Ce problème est résolu par le fait que le collecteur est constitué d'une pluralité de tubes branchés en série les uns derrière les autres, s'étendant entre les tubes de collecteur, tubes dont l'aire de la section transversale est un multiple de celle des autres tubes plats. Dans le mode de réalisation selon l'invention du condenseur, on renonce à dessein à la séparation des phases. Il s'est avéré de façon surprenante que, malgré le renoncement à une séparation des phases, on obtenait un bon fonctionnement. On exploite le fait que, lorsque l'on s'approche de l'état de liquide saturé, la masse volumique du mélange à deux phases change très fortement lorsque l'on continue à prélever de la chaleur sur le fluide frigorigène dont la condensation progresse. Du fait que le volume tampon de fluide frigorigène logé dans le collecteur est réparti sur plusieurs tubes branchés en série les uns derrière les autres, selon la position de la zone de grand gradient de masse volumique, on obtient un remplissage suffisamment différent du condenseur en fluide frigorigène, sans observer de fort décalage de la limite du commencement du sous- refroidissement dans la surface de condenseur. Le collecteur remplit simultanément la fonction de parcours de sous-refroidissement s'il peut recevoir une quantité suffisamment grande de fluide frigorigène liquide, c'est-à-dire, selon la grosseur de l'installation climatisation, une quantité d'environ 150 g à environ 400 g, et si un ailetage est associé, côté air, au volume, afin d'évacuer la chaleur. Avantageusement, les tubes du collecteur peuvent être munis d'ailettes ondulées. Selon un mode de réalisation de l'invention, il est prévu qu'un parcours de sous-refroidissement, utilisant plusieurs tubes plats, étroits, branchés en parallèle, soit branché en aval du collecteur. Il est de cette manière possible d'obtenir un genre de plateau pour la courbe du processus de sous-refroidissement. De préférence, les tubes du collecteur ont une profondeur correspondant pratiquement à la profondeur des tubes plats étroits. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu que les tubes du collecteur soient des tubes rectangulaires à ailetage intérieur et/ou ayant plusieurs canaux. On améliore ainsi la résistance à la pression, tandis qu'on augmente simultanément l'aire de la surface de transfert thermique qui est en contact avec le fluide frigorigène. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu que le parcours de sous-refroidissement prévu en aval soit disposé au-dessus du collecteur. Il est de ce fait possible de placer le parcours de sousrefroidissement dans une zone de la face frontale d'un véhicule, qui n'est pas masquée par la présence d'éléments rapportés, tels que des pare- chocs ou analogues. Le parcours de sous-refroidissement peut être en particulier disposé dans la zone médiane du condenseur et être raccordé au collecteur à l'aide de moyens de dérivation. Des moyens sont avantageusement prévus pour empêcher tout reflux de fluide frigorigène liquide vers le compresseur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu qu'un parcours de condensation soit disposé au- dessous du collecteur et qu'un sens d'écoulement du fluide frigorigène, allant du bas vers le haut, soit prédéterminé. On obtient de ce fait l'avantage que, sans nécessité de disposition de construction particulière, le parcours de sous-refroidissement formé par le collecteur, ou bien le parcours de sous-refroidissement allant encore suivre, puisse être disposé en partie haute, dans une zone qui est bien traversée par un écoulement d'air arrivant sur la face frontale d'un véhicule et du condenseur, du fait qu'elle n'est pas couverte par des éléments rapportés, tels que des pare-chocs ou analogues. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résultent de la description ci-après des formes de réalisation représentées dans les dessins. la figure 1 représente une vue de front d'un condenseur selon l'invention, la figure 2 représente une coupe partielle de la zone d'un collecteur du condenseur de la figure 1, à plus grande échelle la figure 3 représente une vue d'un condenseur selon l'invention, avec un sens de passage d'écoulement orienté du bas vers le haut, et la figure 4 représente une vue d'un condenseur selon l'invention, avec un parcours de sousrefroidissement disposé dans la zone centrale. Le condenseur représenté sur la figure 1 est réalisé sous la forme de ce que l'on appelle un condenseur à tubes plats. Il présente deux tubes collecteurs 10, 11 latéraux composés de profilés en tôle, tel que ceci est connu par exemple par le DE 43 19 293 C2. Entre les tubes collecteurs 10, 11 est disposé un bloc aileté tubulaire 12, constitué de tubes plats 13 et d'ailettes ondulées 14 se trouvant entre eux. La configuration du condenseur à ce sujet est pratiquement correspondante au type de construction, selon le DE 43 19 293 C2. La différence essentielle réside dans le fait que l'on a renoncé à avoir un collecteur disposé parallèlement à l'un des tubes collecteurs 10, 11. Au lieu de cela, un collecteur 15 est intégré, d'une manière allant encore être explicitée, dans le bloc aileté tubulaire 12 du condenseur. Le tube collecteur 10 est muni, en partie haute, d'un raccordement d'alimentation 16 pour un fluide frigorigène se présentant sous forme de vapeur et, dans la zone de son extrémité inférieure, il est muni d'un raccordement d'évacuation 17 pour du fluide frigorigène liquide. Le fluide frigorigène sous forme de vapeur arrive dans les tubes plats 13 et se condense de plus en plus. Le cinquième inférieur de la hauteur totale du condenseur est, par exemple, réalisé en collecteur 15, qui remplit simultanément la fonction d'un parcours de sous-refroidissement. La zone du collecteur 15 est constituée de tubes 18 de gros volume, branchés en série les uns derrière les autres, c'est-à-dire traversés par un écoulement évoluant en serpentin. Pour cela, les tubes collecteurs 10, 11 sont subdivisés de manière correspondante à l'aide de parois transversales 19, 20. Les tubes 18, qui ont une section transversale dont l'aire est de l'ordre de grandeur du quintuple jusqu'à l'octuple de l'aire de section transversale libre des tubes plats 13, sont dimensionnés de manière à pouvoir recevoir une quantité suffisante de fluide frigorigène liquide, c'est-à-dire une quantité d'environ 150 g à 400 g. Des nervures ondulées 14 sont disposées entre des tubes 18, pour continuer la condensation et opérer le sous-refroidissement du fluide frigorigène. Dans le mode de réalisation selon l'invention, on a renoncé à dessein à procéder à une séparation des phases, de sorte que les tubes 18, pour augmenter la résistance à la pression et pour augmenter la surface offerte au transfert thermique, peuvent être munis de plusieurs nervures et/ou chambres, comme ceci est représenté sur la figure 2. Dans le cas du concept mis en oeuvre avec l'invention, on exploite le fait que la masse volumique du mélange à deux phases varie très fortement lorsque l'on s'approche de l'état de liquide saturé, lorsque de la chaleur est encore prélevée du fluide frigorigène qui se condense de plus en plus. La zone de grand gradient de masse volumique s'achève à l'endroit auquel s'achève la condensation et commence un sous- refroidissement. Du fait que le volume tampon est réparti sur plusieurs tubes 18, branchés en série les uns derrière les autres et ayant une plus grande aire de section transversale, on obtient, selon la situation de la zone du grand gradient de masse volumique, un remplissage suffisamment différent du condenseur par du fluide frigorigène. La limite du commencement du sous-refroidissement se déplace à l'intérieur du réseau du condenseur aileté, d'une valeur relativement faible. Du fait que, dans le mode de réalisation selon l'invention du condenseur, on renonce à dessein à procéder à la séparation des phases, l'ensemble du condenseur peut être monté à l'inverse, de sorte que le collecteur 15 se trouve en partie haute et que le condenseur se trouve alors traversé par un écoulement allant du bas vers le haut. On obtient alors ainsi que le collecteur 15 et, ainsi surtout, le parcours de sous-refroidissement, constitué par celui-ci, viennent se placer dans la zone supérieure qui est, usuellement, mieux aérée. Dans ce cas, des dispositions doivent être prises, au moyen desquelles, après avoir mis le compresseur hors service, on empêche tout reflux de fluide frigorigène liquide vers le compresseur. Ceci peut être obtenu par exemple par le fait que la conduite d'alimentation 23' est réalisée à la façon d'un siphon du compresseur au condenseur, comme ceci est représenté sur la figure 3. Un condenseur, ayant un sens de parcours d'écoulement allant de bas vers le haut, est représenté sur la figure 3. Dans cet exemple de réalisation, entre deux tubes collecteurs 21, 22, est également prévu un bloc nervuré aileté 12 constitué de tubes plats 13 et d'ailettes ondulées 14 en position intermédiaire. A son extrémité inférieure, le tube collecteur 22 est muni d'une amenée 23 pour du fluide frigorigène à l'état de vapeur. Le tube collecteur 21 présente à son extrémité supérieure un échappement 24 pour du fluide frigorigène liquide sous-refroidi. A la suite du bloc aileté tubulaire 12, formé des tubes plats 13 et des ailettes ondulées 14, est prévu un collecteur 25 formé de plusieurs tubes 26 branchés en série les uns derrière les autres et d'ailettes ondulées 14 placées en position intermédiaire. Les tubes collecteurs 21, 22 dans cette zone sont subdivisés à l'aide de parois transversales 27 et 28, pour obtenir un branchement des tubes 26 en série les uns derrière les autres. Après le collecteur 25, est prévu encore un parcours de sousrefroidissement 29 formé d'une pluralité de tubes plats 13 branchés en parallèle et d'ailettes ondulées 14 placées en position intermédiaire. Pour obtenir, malgré la variation de la quantité de remplissage, une allure de la courbe du sous-refroidissement qui soit du genre d'un plateau incliné, il s'avère approprié que la surface d'échange côté air, ou bien la zone de collecteur et de sous-refroidissement, qui fait typiquement entre 15 et 25 % et, de préférence, environ 20 % de la surface d'échange totale, soit munie pour moitié de tubes 25 de gros volume et de tubes plats 13 de petit volume. Les tubes plats 13 doivent être traversés par un écoulement parallèle, du fait de la petitesse de l'aire de la section transversale. La section transversale des tubes 26 de gros volume est dimensionnée de manière que la différence de masse que l'on a dans les tubes, entre le remplissage sans teneur en vapeur (liquide sous-refroidi) et en fluide frigorigène incomplètement condensé (proportion de vapeur de 10% à 15%), corresponde à la quantité de fluide frigorigène que l'on souhaite stocker en tampon. Pour calculer cette différence de masse, on peut prendre comme base une différence de masse volumique d'environ 0,7 kg/dm3. Pour stocker en tampon une quantité de 250 g de fluide frigorigène, il faut alors disposer d'un volume global de 333 cm3. Ce volume global est constitué du volume intérieur des tubes 26 et du volume afférent des tronçons des tubes collecteurs 21, 22 latéraux. La forme de réalisation de la figure 4 représente également un condenseur ayant un collecteur 15 intégré dans le bloc aileté tubulaire 12. A la suite du collecteur 15, depuis les tubes 18 à gros volume et les ailettes ondulées 14 en position intermédiaire, est prévu un parcours de sousrefroidissement 30 ayant des tubes plats étroits branchés en parallèle. Ce parcours de sous-refroidissement est raccordé au collecteur 15 par des canaux de dérivation, et se trouve, dans l'exemple de réalisation, à peu près à mi-hauteur du condenseur. L'agencement du parcours de sous-refroidissement 30 peut être modifié de façon quelconque en hauteur, de telle sorte que l'on puisse avoir toujours la meilleure aération possible à cet endroit. Dans le tube collecteur 31 représenté à gauche sur le dessin, les parois de séparation 32, disposées entre les tubes 18, sont transpercées par un tube 33 qui mène à un tronçon de tube collecteur 31 qui est délimité par des parois de séparation 34, qui fait déjà partie du parcours de sous-refroidissement 30. Le tube collecteur 35 représenté à droite sur le dessin comporte, dans la zone du parcours de sous-refroidissement 30, un tronçon à tube double 36 dont un tube prolonge le tube collecteur 35, tandis que le5 tronçon intérieur loge les tubes plats du parcours de sous-refroidissement 30. Evidemment on peut également réaliser, des deux côtés du condenseur, le même concept de construction d'une dérivation du fluide frigorigène. REVENDICATIONS 1. Condenseur pour une installation de climatisation, en particulier pour une installation de climatisation d'un véhicule automobile, avec des tubes de collecteur latéraux et avec un bloc aileté tubulaire, constitué de tubes plats et d'ailettes ondulées, contenant un tronçon servant de collecteur, caractérisé en ce que le collecteur (15, 25) est constitué d'une pluralité de tubes (18, 25) branchés en série les uns derrière les autres, s'étendant entre les tubes du collecteur (10, 11; 21, 22, 31, 35) et dont l'aire de la section transversale est un multiple de celle des autres tubes plats (13). 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes (18, 26) du collecteur (15, 25) sont munis d'ailettes ondulées (14). 3. Condenseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, en aval du collecteur (15, 25), est mis en circuit un parcours de sousrefroidissement (29, 30) comportant plusieurs tubes plats (13) étroits, branchés en parallèle. 4. Condenseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes (18, 26) du collecteur (15, 25) ont une profondeur correspondant pratiquement à la profondeur des tubes plats (13) étroits. 5. Condenseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tubes (18, 26) du collecteur (15, 25) sont des tubes rectangulaires à ailetage intérieur et/ou ayant plusieurs canaux 6. Condenseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le parcours de sous-refroidissement (29, 30) branché en aval est disposé au-dessus du collecteur (15, 25). 7. Condenseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un parcours de sous-refroidissement est disposé au-dessous du collecteur (15, 25), et en ce qu'un sens d'écoulement du fluide frigorigène, allant du bas vers le haut, est prédéterminé. 8. Condenseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le parcours de sous-refroidissement est disposé dans la zone médiane du condenseur et est raccordé au collecteur (15, 25) à l'aide de moyens de dérivation (33, 36). 9. Condenseur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que des moyens (23') sont prévus pour empêcher tout reflux de fluide frigorigène liquide vers le compresseur.