Brevet FR2808320A1 — publié le 20011102

Echangeur chaleur à haute pression pour circuit de climatisation, notamment de véhicule automobile L'invention rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur pour un circuit de climatisation, propre à être parcouru un fluide réfrigérant sous haute pression. Un circuit climatisation classique est parcouru par fluide réfrigérant, généralement un composé fluoré, qui présent sous deux phases différentes, à savoir une phase gazeuse et phase liquide. Le fluide réfrigérant en phase gazeuse est comprimé par compresseur, transformé ensuite en phase liquide dans un condenseur balayé par un flux d'air, puis détendu à basse pression par un détendeur et, finalement, transformé en phase gazeuse dans un évaporateur traversé par un flux d'air, et ainsi de suite. De tels circuits de climatisation classiques ont pour principal inconvénient d'utiliser des fluides réfrigérants qui, en cas de fuite, dégagent dans l'atmosphère des composés néfastes pour l'environnement. A l'heure actuelle, on cherche de plus en plus à remplacer ces fluides réfrigérants fluorés par des fluides moins nocifs, en particulier par des composés naturels, tels que par exemple le dioxyde de carbone. Un tel circuit de climatisation utilisant des fluides moins nocifs comprend essentiellement un compresseur, un refroidis seur à gaz (encore appelé "gas cooler", terme anglo-saxon), un échangeur de chaleur interne, un détendeur, un évaporateur et un accumulateur. Ainsi le condenseur classique est remplacé par un refroidis seur gaz qui libère de la chaleur sous une haute pression variable. Dans tel refroidisseur à gaz, la pression du fluide réfrigérant peut atteindre des valeurs de l'ordre 450 bars qui sont donc supérieures aux pressions de l'ordre de bars obtenues dans les circuits de climatisation classique Ceci oblige à réaliser des composants particuliers, de résistance plus élevée, et selon une technologie qui généralement différente de celle des échangeurs de chaleur classique. I1 en resulte que les échangeurs de chaleur utilisés dans circuits de climatisation qui fonctionnent avec un fluide réfrigérant non fluoré doivent présenter des épaisseurs plus importantes et des proximités réduites entre les éléments constitutifs des échangeurs de chaleur. Ceci conduit d'une part à un risque d'explosion important d'autre part, à de fortes pertes de charge interne. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé nients précités. Elle vise en particulier à procurer un échangeur de chaleur à haute pression pour circuit de climatisation qui susceptible de résister aux explosions, en cas de surpression due à un dysfonctionnement du circuit de climatisation. L'invention vise également à procurer un tel échangeur chaleur qui peut être utilisé, soit comme condenseur dans un circuit de climatisation classique utilisant un fluide réfrigérant fluoré, soit encore comme refroidisseur à dans un circuit de climatisation utilisant un fluide réfrigé rant non fluoré. L invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini précédemment, lequel comprend un élément calibré logé dans une paroi de l'échangeur de chaleur, en un emplace ment choisi, et conçu pour se rompre dans le cas où la pression du fluide réfrigérant dépasse un seuil donné, ce qui permet à ce fluide réfrigérant de s'échapper vers l'extérieur l'emplacement choisi de la paroi. Ainsi, en cas de surpression, l'élément calibré est rompu et le fluide réfrigérant sous haute pression s'échappe vers 1 extérieur par l'emplacement choisi de la paroi. I en résulte que le fluide réfrigérant ainsi libéré s'é chappe dans une région choisie pour n'entraîner des dommages ni aux passagers du véhicule, ni à des parties vitales du vehicule. outre, cette solution offre l'avantage que, une fois la cause du dysfonctionnement réparée, le circuit de climatisa tion peut être à nouveau rempli après avoir refermé l'échan geur de chaleur. Autrement dit, l'échangeur de chaleur peut être réparé avec mise en place d'un nouvel élément calibré, puis reutilisé. l'expression "élément calibré", on entend designer un élément rapporté sur une paroi de l'échangeur de chaleur et conçu pour se rompre dès que la pression interne l'échan geur de chaleur dépasse un seuil déterminé, lequel est fonction du type d'échangeur de chaleur et de nature du fluide réfrigérant utilisé. Dans une forme préférée de l'invention, l'élément calibré est réalisé sous la forme d'une cloison, par exemple en forme de pastille, emboîtée en force dans une ouverture de la paroi. Cet élément calibré présente avantageusement un profil étagé, pour former moyen de retenue. L'élément calibré est avantageusement métallique par exemple en aluminium ou alliage à base d'aluminium. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la paroi fait partie d'une boîte collectrice de l'échangeur de chaleur. I1 est envisageable aussi que cette paroi fasse partie d'une bride d'entrée de l'échangeur de chaleur. Dans une application préférentielle de l'invention, l'échan geur chaleur est réalisé sous la forme d'un refroidisseur à gaz IL peut aussi être réalisé sous la forme d' condenseur classique. Dans description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, lesquels - la figure 1 est une vue de face, avec arrachement partiel, d'un echangeur pour circuit de climatisation réalisé selon une première forme de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en perspective éclatée de l'échangeur de chaleur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2 au niveau de l'élément calibré ; - la figure 4 est une vue de face d'un échangeur de chaleur selon autre forme de réalisation de l'invention; et - la figure 5 est une vue partielle en coupe avec arrachement d'un échangeur de chaleur selon l'invention niveau du raccordement d'un tube et d'une boîte collectrice. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un échan geur de chaleur propre à faire partie d'un circuit de climatisation, dans l'exemple de véhicule automobile. Cet échangeur de chaleur peut consister, soit en un conden- seur pour un circuit de climatisation classique, soit en un refroidisseur à gaz pour un circuit de climatisation fonc tionnant avec un fluide réfrigérant non fluoré. Dans le premier cas, le fluide réfrigérant est habituellement un composé fluoré, tandis que dans le second cas, le fluide réfrigérant est un composé naturel, en particulier du dioxyde de carbone. L'échangeur de chaleur comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes plats 12 disposés parallèlement entre eux et entre lesquels sont placés des intercalaires 14, de forme ondulée, qui constituent des ailettes d'échange de chaleur. Le faisceau 10 est monté entre deux boîtes collectrices tubulaires : une boîte collectrice d'entrée 16 et une boîte collectrice de sortie 18. Ces deux boîtes sont munies respectivement d'une tubulure d'entrée 20 et d'une tubulure de sortie 22. Le fluide réfrigérant à l'état gazeux, et sous haute pres sion, pénètre dans la boîte collectrice 16 par la tubulure 20, comme montré par la flèche F1. I1 circule ensuite dans le faisceau 10 en une ou plusieurs passes et échange ainsi de la chaleur avec un flux d'air qui balaye ce faisceau. Le fluide réfrigérant est ainsi refroidi et il quitte l'échangeur par la tubulure 22, comme montré par la flèche F2. Le fluide réfrigérant en phase gazeuse, qui pénètre dans l'échangeur de chaleur, peut se trouver à une pression très élevée, typiquement de l'ordre de 100 bars pour un condenseur d'un circuit de climatisation classique, et typiquement de l'ordre de 450 bars pour un circuit de climatisation fonc tionnant avec un fluide réfrigérant non fluoré. I1 en résulte que, en cas de dysfonctionnement entraînant une surpression du fluide réfrigérant dans l'échangeur de chaleur, celui-ci peut exploser, avec les conséquences dramatiques que l'on peut imaginer. Pour cela, la boîte collectrice 16 est munie d' élément ca libré 24 placé en un emplacement choisi de la boîte collec trice , ici dans un compartiment d'entrée de la boîte collectrice. Comme on peut le voir sur la figure 2, la boîte collectrice 16 présente, en section transversale, une forme oblongue terminée, d'un côté, par une paroi semi-circulaire 26 et, du côté opposé, par une paroi généralement plane 28. Ces parois 26 et 28 sont réunies par deux parois 30, généralement planes et parallèles entre elles. La paroi 26 comporte des ouvertures (non représentées) pour recevoir les extrémités des tubes 12 du faisceau. En outre, cette paroi 26 est revêtue d'une plaque 32, de forme générale semi-circulaire, destinée à faciliter le brasage des extrémi tés des tubes avec la boîte collectrice 16. La paroi 28 comporte une ouverture 32, de forme générale circulaire (figures 2 et 3) dans laquelle est emmanchée en force 1 élément calibré 24. Ce dernier est réalisé sous la forme d'une cloison métallique, encore appelée pastille, avantageusement à base d'aluminium. I1 comprend une forme étagée de manière à définir une partie interne 34 qui possède un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur de l'ouverture 32, et une partie externe 36 possédant un diamètre supérieur et formant butée de retenue. Cet élément calibré est conçu pour se rompre, c'est-à-dire se détacher de la paroi, dans le cas où la pression du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, et spécialement à l'intérieur de la boîte collectrice 16, dépasse un seuil choisi. Ainsi, en cas de dysfonctionnement, le fluide réfrigérant gazeux s'échappe par l'ouverture 32 qui se trouve ainsi libérée. L'ouverture 32 est placée en un endroit choisi, ce qui permet alors au fluide refrigérant de s'échapper vers l'extérieur dans une région du véhicule qui ne risque pas de créer de dommages aux passagers du véhicule et à des parties vitales de celui-ci. Dans l'exemple de la figure 1, l'ouverture 32 est placée dans un compartiment d'entrée de la boîte collectrice 16 et à l'opposé du faisceau, mais il pourrait s'agir d'un autre endroit. Dans le cas de la figure 4, tubulure d'entrée de l'échan geur de chaleur est réalisée sous la forme d'une bride d'entrée 38 en forme de T présentant une branche latérale 40. L'élément calibré 24 est monte à l'extrémité de cette branche 40. Ainsi, en cas de surpression anormale, l'élément calibré 24 se rompt et le fluide réfrigérant en phase gazeuse s'échappe par l'extrémité de la branche 40. Dans tous les cas, le fluide réfrigérant s'échappe dans des conditions contrôlées, empêchant tout risque d'explosion de l'échangeur et tous dommages aux passagers ou au véhicule lui-même. Ultérieurement, il est possible de remettre en place un autre élément calibré, puis de remplir à nouveau le circuit de climatisation pour assurer remise en fonctionnement de l'installation. On se réfère maintenant à figure 5 qui montre un passage 42 pour recevoir l'extrémité d'un tube 12 du faisceau. Ce passage présente ici une forme polygonale, par exemple triangulaire, au lieu d'une section droite comme dans les échangeurs de chaleur classiques. Cette configuration particulière permet de limiter les pertes de charges inter nes. L'invention trouve une application particulière aux échan geurs de chaleur pour circuit de climatisation de véhicule automobile. L'échangeur de chaleur peut être notamment un condenseur classique ou un refroidisseur à gaz pour circuit fonctionnant avec un fluide réfrigérant de type composé naturel, tel que le dioxyde de carbone. Revendications 1 Echangeur de chaleur pour un circuit de climatisation, propre à être parcouru par un fluide réfrigérant sous haute pression, caractérisé en ce qu'il comprend un élément calibré (24) logé dans une paroi (28, 40) de l'échangeur de chaleur, en un emplacement choisi, et conçu pour se rompre dans le cas la pression du fluide réfrigérant dépasse un seuil donné, ce qui permet au fluide réfrigérant de s'échapper vers l'extérieur l'emplacement choisi de la paroi. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté risé en ce que l'élément calibré (24) est réalisé sous la forme d'une cloison emboîtée en force dans une ouverture (32) de la paroi (28, 40). 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications et 2, caractérisé en ce que l'élément calibré (24) présente un profil étagé. 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément calibré (24) est métalli que. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi (28) fait partie d une boîte collectrice () de l'échangeur de chaleur. 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi (40) fait partie d'une bride d'entrée (38) de l'échangeur de chaleur. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un refroidisseur à gaz. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un condenseur.