Brevet FR2798726A1 — publié le 20010323

Installation de climatisation avec organe intérieur de transmission de la chaleur L'invention concerne une installation de climatisation comportant un circuit de réfrigérant qui comprend un évaporateur, un compresseur qui transporte le réfrigérant d'un côté basse pression à un côté haute pression, un collecteur disposé, du côté basse pression, entre l'évaporateur et le compresseur, et un organe intérieur de transmission de chaleur qui présente un canal de transmission de la chaleur situé du côté haute pression et, en contact thermique avec celui-ci, un canal de transmission de la chaleur situé du côté basse pression. Des installations de climatisation de ce type s'emploient en particulier dans des véhicules à moteur, par exemple sous forme d'installations de climatisation au CO2. L'organe intérieur de transmission de la chaleur sert à transmettre la chaleur, du réfrigérant situé du côté haute pression, au réfrigérant situé du côté basse pression, ce qui fait nettement croître ce que l'on appelle le rendement, c'est-à-dire le rapport entre la puissance frigorifique et la puissance consommée de l'installation de climatisation. Une installation de climatisation de ce type est décrite dans la demande de brevet allemand DE 196 35 454 Al. L'organe intérieur de transmission de la chaleur y est intégré avec le collecteur en un ensemble, en ce sens qu'il est logé à l'intérieur d'un carter de collecteur, par exemple sous forme d'une spirale tubulaire plate à spires écartées l'une de l'autre. Il est en outre connu d'employer comme organe intérieur de transmission de la chaleur pour l'installation de climatisation une conduite tubulaire coaxiale contenant deux canaux tubulaires longitudinaux, fluidiquement distincts mais en contact thermique l'un avec l'autre, pour surrefroidir le réfrigérant situé du côté haute pression, en avant d'une soupape de détente, par transmission de la chaleur sur le réfrigérant situé du côté basse pression. Dans la demande de brevet allemand DE 1 208 314 est décrite une conduite tubulaire coaxiale qui sert dans ce but et dans le cas de laquelle un 2 2798726 tube intérieur est concentriquement entouré d'un tube extérieur et muni, du côté intérieur, d'une nervure longitudinale qui accroit la surface de transmission de la chaleur. Entre tube extérieur et tube intérieur peut se loger une spirale de fil métallique pour prolonger le chemin de l'écoulement utile pour la transmission de la chaleur. Y sont en outre indiquées comme connues des configurations du tube intérieur dans le cas desquelles le tube intérieur est plissé en forme d'étoile ou dans le cas desquelles une hélice en tôle est insérée dans le tube intérieur pour produire un écoulement en hélice. On connaît également une installation de climatisation pour un véhicule à moteur dans le cas de laquelle un organe intérieur de transmission de la chaleur est regroupé avec un évaporateur et une soupape de détente pour donner un ensemble monobloc. Une telle combinaison de l'organe intérieur de transmission de la chaleur contre ou dans l'évaporateur est toutefois fréquemment liée à un encombrement relativement élevé, ce qui peut conduire à des difficultés en particulier dans le cas o l'on dispose de peu de place pour l'installation dans des véhicules à moteur. Dans la demande de brevet allemand antérieure, non pré- publiée, n 199 03 833.3, est exposé un ensemble monobloc collecteurorgane de transmission de la chaleur, dans le cas duquel l'organe intérieur de transmission de la chaleur est formé d'une conduite tubulaire coaxiale enroulée en spirale et logée dans le carter du collecteur. A la base de l'invention se trouve comme problème technique la mise à disposition d'une installation de climatisation du type mentionné au début, avec un organe intérieur de transmission de la chaleur qui soit relativement simple à fabriquer et qui, pour une puissance donnée de transmission de la chaleur, nécessite un espace supplémentaire de mise en place relativement faible. L'invention résout ce problème par la mise à disposition d'une installation de climatisation, en particulier pour un véhicule à moteur, comportant un circuit de réfrigérant comprenant un compresseur qui transporte le réfrigérant d'un côté basse pression à 3 2798726 un côté haute pression, un condenseur, un collecteur disposé, côté basse pression, entre le condenseur et le compresseur, et un organe intérieur de transmission de la chaleur comprenant un canal de transmission de la chaleur situé du côté haute pression et, en contact avec celui-ci, un canal de transmission de la chaleur situé du côté basse pression, caractérisée par le fait que l'organe intérieur de transmission de la chaleur comprend une conduite tubulaire multicanal enroulée pour donner une spirale radiale ou en forme de méandre. De ce fait la longueur nécessaire pour l'espace de mise en place peut être maintenu nettement inférieure à la longueur du chemin de l'écoulement utile pour la transmission de la chaleur, une unique conduite tubulaire (multicanal) devant être cintrée. Dans le cas d'une installation de climatisation définie comme ci-dessus, de façon avantageuse au point de vue technique de fabrication, la conduite tubulaire multicanal est de préférence formée d'une conduite tubulaire coaxiale qui comprend un tube intérieur extrudé à barrettes extérieures enfilé dans un tube extérieur, ou bien un tube extérieur extrudé à barrettes intérieures, dans lequel le tube intérieur est enfilé, ou bien un tube extrudé monobloc à barrettes solidaires entre tube intérieur et tube extérieur. De préférence, les barrettes s'enroulent en hélice pour faire que la longueur du chemin de l'écoulement pour le canal de transmission de la chaleur en question soit supérieure à la longueur hors tout de la conduite tubulaire coaxiale. Selon un développement de l'installation de climatisation définie comme ci-dessus, aux barrettes sont associés des éléments de turbulence, ou bien les barrettes sont prévues en forme d'hélice. Ceci participe à une plus grande intensification de la transmission de la chaleur. Les éléments de turbulence peuvent par exemple être formés par des fentes dans les barrettes ou par des saillies déflectrices débordantes, sur les barrettes. Selon un autre aspect d'une installation de climatisation du type défini en préambule, notamment définie comme ci-dessus, l'organe intérieur de transmission de la chaleur comprend une 4 2798726 conduite tubulaire multicanal qui sert sur le chemin de l'écoulement de l'air d'un flux d'air employé pour refroidir le condenseur/refroidisseur de gaz et qui de ce fait refroidit davantage l'organe intérieur de transmission de la chaleur, ce qui accroît le surrefroidissement du réfrigérant situé du côté basse pression et accroît donc le rendement de l'ensemble de l'installation de climatisation. Des formes avantageuses de réalisation de l'invention sont représentées sur les dessins et décrites ci-dessous. La figure 1 représente un diagramme par blocs d'une installation de climatisation à circuit de réfrigérant avec organe intérieur de transmission de la chaleur. La figure 2 est une vue latérale d'un tronçon de l'organe intérieur de transmission de la chaleur sous forme d'une conduite tubulaire coaxiale en forme de méandre. La figure 3 est une vue de dessus d'un tronçon de l'organe intérieur de transmission de la chaleur sous forme d'une conduite tubulaire coaxiale en forme de spirale. La figure 4 est une vue latérale de la conduite tubulaire coaxiale en forme de spirale de la figure 3. Les figures 5 à 9 sont des coupes de différentes conduites tubulaires coaxiales pouvant s'employer pour l'organe intérieur de transmission de la chaleur. La figure 1 représente schématiquement, sous forme de diagramme par blocs, la structure d'une installation de climatisation telle qu'elle peut par exemple s'employer dans un véhicule à moteur. Dans le circuit de réfrigérant correspondant se trouvent, comme habituellement, un compresseur 1, un condenseur 2 qui s'y raccorde du côté haute pression et que, dans le cas de l'emploi du CO2 comme réfrigérant, on désigne généralement mieux sous le nom de refroidisseur de gaz, une soupape de détente 3 placée à la suite de ce condenseur, un évaporateur qui vient à la suite dans le sens de l'écoulement du réfrigérant et un collecteur 5 disposé entre évaporateur 4 et compresseur 1 du côté basse pression. Dans la mesure o la conduite de réfrigérant située du côté haute pression et 2798726 la conduite de réfrigérant située du côté basse pression sont reproduites sur la figure 1 par des traits étroitement voisins, selon chaque fois le cas d'application, un ou plusieurs de ces tronçons de circuit peuvent être réalisés par une conduite tubulaire multicanal formant un organe intérieur de transmission de la chaleur. L'organe intérieur de transmission de la chaleur comprend successivement un premier tronçon 6a qui, du côté basse pression, forme au moins une partie de la conduite de réfrigérant allant de l'évaporateur 4 au collecteur 5, et/ou un deuxième tronçon 6b qui forme, du côté basse pression, au moins une partie de la conduite de réfrigérant allant du collecteur 5 au compresseur 1 et, du côté haute pression, comme le premier tronçon 6a, au moins une partie de la conduite de réfrigérant allant du condenseur/refroidisseur de gaz 2 à la soupape de détente 3, et/ou un troisième tronçon 6c qui forme, du côté haute pression, au moins une partie de la conduite de réfrigérant allant du compresseur 1 au condenseur/refroidisseur de gaz 2 et, du côté basse pression, comme le deuxième tronçon 6b, au moins une partie de la conduite de réfrigérant allant du collecteur 5 au compresseur 1, et/ou un quatrième tronçon 6d entre le second tronçon 6b et le collecteur 5. Selon chaque fois le cas d'application, dans des variantes correspondantes de l'installation de climatisation, on emploie la totalité des quatre tronçons 6a à 6d ou seulement l'un d'entre eux ou une combinaison quelconque de deux ou trois des tronçons 6a à 6d pour former l'organe intérieur de transmission de la chaleur. Le deuxième tronçon 6b de l'organe intérieur de transmission de la chaleur se caractérise par le fait qu'il se situe sur le chemin de l'écoulement de l'air d'un flux d'air 7 qui sert au refroidissement du condenseur/refroidisseur de gaz 2 et refroidit successivement aussi ce tronçon 6b de l'organe intérieur de transmission de la chaleur. Ce refroidissement supplémentaire de l'organe intérieur de transmission de la chaleur a pour conséquence un surrefroidissement amélioré du réfrigérant situé du côté basse pression et donc au total une amélioration du rendement de l'installation de climatisation. De préférence, dans ce but, le deuxième tronçon 6b de l'organe 6 2798726 intérieur de transmission de la chaleur est disposé, dans l'espace de montage, devant le condenseur/refroidisseur de gaz 2, comme indiqué, ou, en variante, à côté de celui-ci. La figure 2 représente une conduite tubulaire coaxiale 8, repliée en forme de méandre, qui peut s'employer pour chacun des quatre tronçons 6a à 6d de l'organe intérieur de transmission de la chaleur et en particulier aussi pour le deuxième tronçon 6b, refroidi à l'air, de l'organe intérieur de transmission de la chaleur. La conduite tubulaire coaxiale 8 comprend un tube intérieur dont l'espace intérieur forme un premier canal de transmission de la chaleur et un tube extérieur, l'espace annulaire entre tube intérieur et tube extérieur formant un second canal de transmission de la chaleur. Des deux canaux de transmission de la chaleur, le premier fonctionne comme tronçon de circuit du réfrigérant situé du côté haute pression et l'autre comme tronçon de circuit du réfrigérant situé du côté basse pression. De préférence le réfrigérant situé du côté basse pression s'écoule par l'espace annulaire extérieur et le réfrigérant situé du côté haute pression, par le canal intérieur; toutefois la répartition inverse est également possible. De préférence le réfrigérant situé du côté haute pression et celui situé du côté basse pression passent dans la conduite tubulaire coaxiale 8 en sens contraire, en variante dans le même sens. Le réfrigérant 9 qui passe à l'intérieur y est introduit et extrait frontalement tandis que le réfrigérant 10 qui passe à l'extérieur y est introduit et extrait par des tubulures de raccordement radiales respectives 23a, 23b. Dans ce but les tubulures de raccordement radiales 23a, 23b débouchent dans l'espace annulaire extérieur de la conduite tubulaire coaxiale 8, fermé frontalement, tandis que le canal intérieur, enclos par le tube intérieur, est ouvert frontalement. Les figures 3 et 4 représentent une autre possibilité de réalisation pour chacun des tronçons 6a à 6d de l'organe intérieur de transmission de la chaleur et en particulier pour le deuxième tronçon 6b de l'organe intérieur de transmission de la chaleur de l'installation de climatisation de la figure 1. Dans ce cas, la partie correspondante de l'organe intérieur de transmission de la chaleur 7 2798726 est constituée d'une spirale tubulaire coaxiale 24 qui, depuis une extrémité intérieure 24a, s'étend sous forme de spirale radiale jusqu'à une extrémité extérieure 24b. A l'extrémité intérieure 24a, comme on peut le voir sur la figure 4, elle sort du plan de la spirale pour former une tubulure de raccordement du tube coaxial. L'introduction et l'extraction du réfrigérant du côté haute pression d'une part et du réfrigérant du côté basse pression d'autre part dans le, et hors du, canal correspondant de l'organe intérieur de transmission de la chaleur et dans le, et hors du, canal annulaire de l'organe extérieur de transmission de la chaleur, peuvent, de façon non représentée, se faire au moyen d'une configuration de raccordement correspondant à la figure 2 ou d'une quelconque autre configuration de raccordement traditionnelle de tube coaxial. Dans les deux cas des figures 2 et 3, on peut également prévoir une bride de raccordement commune sur laquelle sont respectivement regroupés quatre raccords, c'est-à-dire les deux entrées et les deux sorties, ce qui simplifie le raccordement de la conduite tubulaire coaxiale. Selon le besoin, la spirale peut s'enrouler de façon que ses spires s'appuient l'une contre l'autre ou bien de façon qu'entre des spires respectivement voisines subsiste un espace intermédiaire par lequel peut par exemple passer un flux d'air. Les figures 5 à 9 représentent des coupes de différentes possibilités de réalisation de conduites tubulaires coaxiales pour les différents tronçons de l'organe intérieur de transmission de la chaleur de l'installation de climatisation de la figure 1. En particulier la figure 5 représente un organe intérieur de transmission de la chaleur sous forme d'un tube coaxial constitué d'un tube intérieur extrudé 11 qui comporte quatre barrettes longitudinales 12a, 12b, 12c, 12d formées sur la face extérieure à écart angulaire équidistant et orientées en hélice, et qui s'enfile dans un tube extérieur correspondant 13. Dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 6, la conduite tubulaire coaxiale pour l'organe intérieur de transmission de la chaleur est constituée d'un tube extérieur extrudé 14 sur la face intérieure duquel sont formées quatre barrettes longitudinales 15a à 15d disposées à écart angulaire 8 2798726 équidistant et orientées en hélice et dans lequel s'enfile un tube intérieur correspondant 16. La figure 7 représente un tube coaxial 17 qui peut s'employer comme organe intérieur de transmission de la chaleur et qui est fabriqué par extrusion sous forme d'un composant monobloc, une partie 18 formant tube intérieur et une partie 19 formant tube extérieur étant liées l'une à l'autre au moyen de quatre barrettes longitudinales 20a à 20d disposées à écart angulaire équidistant et orientées en forme d'hélice selon la direction longitudinale du tube. Dans l'ensemble des trois exemples des figures 5 à 7, l'allure en forme d'hélice des barrettes longitudinales peut s'obtenir lors du processus de fabrication par extrusion, par torsion appropriée autour de l'axe longitudinal du tube intérieur 11 dans le cas de la figure 5, du tube extérieur 14 dans le cas de la figure 6 ou de l'ensemble coaxial 17 dans le cas de la figure 7, l'angle d'hélice pouvant être défini de façon variable à la demande. Grâce au choix des écarts angulaires équidistants des barrettes, l'espace annulaire entre partie extérieure et partie intérieure du tube est répartie en canaux individuels de même section d'écoulement. La figure 8 représente une conformation de tube coaxial pour l'organe intérieur de transmission de la chaleur dans le cas de laquelle un tube intérieur 21 à section de la paroi tubulaire en forme d'étoile arrondie s'enfile dans un tube extérieur 22. Dans l'exemple de réalisation de la figure 9, la conduite tubulaire coaxiale pour l'organe intérieur de transmission de la chaleur est constituée d'un tube intérieur 25, d'un tube extérieur 26 et d'un profil de barrettes ondulées 27 inséré entre le tube intérieur 25 et le tube extérieur 26. Dans tous les exemples des figures 5 à 9, la conduite tubulaire coaxiale respective contient un canal longitudinal tubulaire intérieur qui est en une seule partie et qui est formé par le tube intérieur qui l'enclôt et un canal longitudinal tubulaire extérieur qui est en plusieurs parties, qui est formé par l'espace intermédiaire existant entre tube intérieur et tube extérieur et qui est divisé en plusieurs canaux longitudinaux extérieurs parallèles par les barrettes ou par le profil de la paroi du tube intérieur ou par le profil de barrette 9 2798726 ondulée. Une allure en forme d'hélice des éléments séparatifs entre les différents canaux longitudinaux extérieurs allonge le chemin de l'écoulement pour le réfrigérant qui y est guidé par rapport à la longueur du tube et intensifie donc le contact thermique entre ce flux de réfrigérant et le flux de réfrigérant passant guidé dans le tube intérieur. Pour intensifier encore le contact thermique, aux éléments séparatifs peuvent être associés des éléments de turbulence, par exemple sous forme de fentes dans les éléments séparatifs ou de saillies débordantes formées sur les éléments séparatifs. C'est ainsi que dans les exemples de réalisation des figures 5 à 7, des saillies de turbulence de ce type peuvent être disposées, décalées axialement, sur les quatre barrettes et, depuis une face de barrettes, pénétrer dans l'espace voisin d'écoulement du fluide. En outre, comme expliqué ci-dessus en rapport avec les figures 2 à 4, la conduite tubulaire coaxiale peut être, globalement, en partie ou complètement, cintrée en forme de méandre ou de spirale pour raccourcir sa longueur hors tout et pour permettre de ce fait de la loger plus facilement dans des espaces de montage resserrés. Du fait de la réalisation de l'organe intérieur de transmission de la chaleur sous forme de conduite tubulaire multicanal il suffit en conséquence de ne cintrer qu'un unique tube multicanal pour obtenir, aussi bien pour le canal de transmission de la chaleur situé du côté haute pression que pour le canal de transmission de la chaleur situé du côté basse pression de l'organe intérieur de transmission de la chaleur un guidage cintré de façon appropriée, peu encombrant, de l'écoulement. La forme de la conduite tubulaire peut alors s'adapter au contour d'un composant contre lequel elle doit s'appliquer, par exemple au contour d'un capot de moteur d'un véhicule à moteur, de sorte qu'elle peut se mettre en place en économisant l'espace de façon correspondante. On comprend qu'à côté des formes de réalisation représentées sur les figures 5 à 9, sont également possibles d'autres formes de tube multicanal, par exemple des formes dans le cas desquelles il y a chaque fois pour le réfrigérant situé du côté haute pression et pour 2798726 le réfrigérant situé du côté basse pression plusieurs canaux tubulaires différents qui de plus ne doivent pas impérativement être coaxiaux, mais peuvent par exemple être également disposés alternativement l'un à côté de l'autre. Au lieu du passage, indiqué sur la figure 1 par des flèches, du réfrigérant situé du côté haute pression et du réfrigérant situé du côté basse pression, dans les tronçons 6a, 6b, 6c de l'organe intérieur de transmission de la chaleur, on peut en variante prévoir leur passage, en parallèle, pour tous les, ou pour seulement une partie des, tronçons 6a, 6b, 6c de l'organe intérieur de transmission de la chaleur. Les réalisations décrites ci-dessus en détail montrent que grâce à l'invention est proposée une installation de climatisation qui présente un organe intérieur de transmission de la chaleur qui accroît le rendement et nécessite relativement peu de place de mise en place, en ce sens que l'organe intérieur de transmission de la chaleur est formé par une conduite tubulaire coaxiale qui est cintrée en forme de méandre ou de spirale de sorte que le chemin de l'écoulement, actif pour la transmission de la chaleur, pour le réfrigérant situé du côté haute pression et pour le réfrigérant situé du côté basse pression, est prolongé par rapport à l'extension longitudinale du composant tubulaire coaxial. L'invention peut s'employer en particulier sur des installations de climatisation au C02 de véhicules à moteur. Particulièrement avantageuse est la disposition d'au moins une partie de l'ensemble de l'organe intérieur de transmission de la chaleur dans le flux d'air de refroidissement du condenseur/refroidisseur de gaz, pour y refroidir davantage l'organe intérieur de transmission de la chaleur au moyen du flux d'air et obtenir ainsi un meilleur surrefroidissement du réfrigérant situé du côté basse pression et accroître le rendement d'ensemble de l'installation de climatisation. 1h 1 2798726 REVENDICATIONS 1. Installation de climatisation, en particulier pour un véhicule à moteur, comportant - un circuit de réfrigérant comprenant un compresseur (1) qui transporte le réfrigérant d'un côté basse pression à un côté haute pression, un condenseur (4), un collecteur (5) disposé, côté basse pression, entre le condenseur et le compresseur, et un organe intérieur de transmission de chaleur comprenant un canal de transmission de la chaleur situé du côté haute pression et, en contact avec celui-ci, un canal de transmission de la chaleur situé du côté basse pression, caractérisée par le fait - que l'organe intérieur de transmission de la chaleur comprend une conduite tubulaire multicanal (8, 24) enroulée pour donner une spirale radiale ou en forme de méandre. 2. Installation de climatisation selon la revendication 1, caractérisée en outre par le fait que la conduite tubulaire multicanal est une conduite tubulaire coaxiale (8, 24) qui est formée d'un tube extérieur (13) et d'un tube intérieur (11), à barrettes extérieures (12a à 12b), extrudé, qui y est enfilé, ou bien d'un tube extérieur extrudé (14) à barrettes intérieures (15a à 15d) avec tube intérieur (16) qui y est enfilé ou bien d'un tube coaxial extrudé monobloc (17) à barrettes (20a à 20d) entre partie intérieure (18) et partie extérieure (19).du tube. 3. Installation de climatisation selon la revendication 2, caractérisée en outre par le fait qu'aux barrettes sont associés des éléments de turbulence et/ou que les barrettes courent en forme d'hélice. 4. Installation de climatisation, en particulier selon l'une des revendications 1 à 3, comportant - un circuit de réfrigérant comprenant un compresseur (1) qui transporte le réfrigérant d'un côté basse pression à un côté haute pression, un condenseur (4), un collecteur (5) disposé, côté basse pression, entre le condenseur et le compresseur, et un organe 12 2798726 intérieur de transmission de la chaleur comprenant un canal de transmission de la chaleur situé du côté haute pression et, en contact avec celui-ci, un canal de transmission de la chaleur situé du côté basse pression, caractérisée par le fait - que l'organe intérieur de transmission de la chaleur comprend une conduite tubulaire multicanal qui est disposée sur le chemin d'écoulement de l'air d'un flux d'air de refroidissement (7) d'un condenseur/refroidisseur de gaz (2) situé du côté haute pression.