Brevet FR2914407A1 — publié le 20081003

Evaporateur perfectionné pour circuit de refroidissement de véhicule automobile L'invention concerne un évaporateur pour circuit de refroidissement de véhicule automobile qui comprend au moins deux rangs de canaux reliés entre eux pour 5 la circulation d'un fluide réfrigérant propre à refroidir un flux d'air. De tels évaporateurs comportent couramment un premier rang comportant des canaux de circulation de fluide définissant au moins une première passe de circulation de fluide reliée à une entrée de fluide de l'évaporateur et un 10 deuxième rang comportant des canaux de circulation de fluide définissant au moins une dernière passe de circulation de fluide reliée à une sorte de fluide de l'évaporateur. De tels évaporateurs sont connus notamment dans WO 2001 050080 dans 15 lequel deux rangs de circulation de fluide comportent chacun trois passes, la première passe (respectivement la 2ème passe et la 3ème passe) du premier rang et la troisième passe (respectivement la 2ème passe et la 1 ère passe) du deuxième rang ont des dimensions identiques et par conséquent un débit fluidique identique. 20 Le fluide réfrigérant pénètre dans un évaporateur dans un état compressé en phase liquide et sort de l'évaporateur dans une phase vapeur dans laquelle il occupe un volume beaucoup plus important que celui qu'il occupait à l'entrée. De ce fait, l'échange de chaleur réalisé au moyen des évaporateurs de la 25 technique antérieure n'est pas optimal comme les volumes des différentes passes sont tous plus ou moins équivalents. L'invention vient améliorer la situation. 30 A cet effet, l'invention, propose un évaporateur pour circuit de refroidissement de véhicule automobile, comprenant un premier et un deuxième rangs reliés entre eux pour la circulation d'un fluide. Le premier rang comporte des canaux de circulation de fluide définissant au moins une première passe de circulation de fluide, et le deuxième rang comportant des canaux de circulation de fluide définissant au moins une dernière passe de circulation de fluide. Les canaux du deuxième rang présentent une section de débit fluidique sensiblement plus importante que la section de débit fluidique des canaux du premier rang, de manière à ce que la dernière passe présente un volume supérieur à celui de la première passe. Un tel évaporateur est particulièrement intéressant car il permet de définir des passes ayant un volume croissant, ce qui permet d'optimiser l'échange de chaleur dans chaque passe en fonction de l'état du fluide dans chacune d'entre elles. Dans un mode de réalisation avantageux, les canaux des premier et deuxième rangs présentent des sections sensiblement égales dans un plan longitudinal selon la direction longitudinale de l'évaporateur et les canaux du deuxième rang présentent une dimension supérieure aux canaux du premier rang dans une direction transverse au plan longitudinal. Cela permet de maîtriser la conception des passes l'une par rapport à l'autre tout en optimisant l'espace occupé par l'évaporateur. Avantageusement, le premier rang comporte en outre un nombre choisi de cloisons qui ferment chacune un des canaux du premier rang et qui définissent des passes ultérieures à la première passe de sorte que chaque passe présente un nombre de canaux supérieur à la passe qui la précède. Cela permet d'adapter les rangs de l'évaporateur à l'évolution physique du fluide entre l'entrée et la sortie. De la même manière, le deuxième rang peut comporter un nombre choisi de cloisons qui ferment chacune un des canaux du deuxième rang et qui définissent des passes antérieures à la dernière passe de sorte que chaque passe présente un nombre de canaux inférieurs à la passe qui la suit. Dans ces modes de réalisation, le premier et le deuxième rangs peuvent comporter avantageusement chacun une ou deux cloisons. Avantageusement, le premier et le deuxième rangs sont reliés au niveau de la dernière passe du premier rang et de la première passe du deuxième rang, la cloison du deuxième rang définissant ladite première passe du deuxième rang fermant un des canaux du deuxième rang de sorte que cette dite première passe du deuxième rang présente un volume supérieur à ladite dernière passe du premier rang. Un tel évaporateur peut être réalisé au moyen de plaque d'échange de chaleur 10 empilées ou avec des tubes d'échange de chaleur reçus dans des boîtes collectrices. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, d'exemples donnés à titre illustratif et non 15 limitatif illustrés sur les dessins dans lesquels : - la figure 1 montre une vue en perspective schématique d'un évaporateur selon l'invention ; 20 - la figure 2 montre une vue en perspective d'une plaque utilisée dans l'évaporateur de la figure 1 ; - la figure 3 montre une vue partielle en perspective d'une cloison de l'évaporateur de la figure 1 ; - la figure 4 montre une vue de principe de dessus de l'évaporateur de la figure 1 ; et - la figure 5 montre une vue schématique de la circulation du fluide dans 30 l'évaporateur de la figure 4. 25 Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition le cas échéant. Les évaporateurs classiques sont traversés par des fluides réfrigérants comme le R134a. Pour un évaporateur fonctionnant à une pression de 3,5 bars et à une température de 5 C, ce qui constitue le domaine typique d'utilisation, le fluide réfrigérant est composé à l'entrée à environ 70% de phase liquide et à environ 30 % de phase gazeuse. A la sortie, la totalité du fluide réfrigérant est en phase gazeuse. La phase gazeuse du fluide R134a a un volume spécifique de 7,83 x 10-4 m3/Kg alors que la phase gazeuse a un volume spécifique de 584,48 x 10^-4 m3/Kg. De ce fait, il est évident que le volume occupé par le fluide réfrigérant à la sortie est nettement supérieure à celui occupé à l'entrée. D'autre part, comme la transformation phase liquide phase gazeuse est progressive, il est également manifeste que le volume occupé par le fluide réfrigérant d'une passe à l'autre croît de manière considérable. Par conséquent, afin de conserver une efficacité optimale pour un débit donné, la demanderesse a conçu un évaporateur 2 représenté sur la figure 1 afin de tenir compte de ces matérialités. La figure 1 montre une vue en perspective schématique d'un évaporateur selon l'invention. L'évaporateur 2 est réalisé sous la forme d'un empilement de plaques d'échange de chaleur 4, 5, 6, 7. Ces plaques pourront être réalisées par emboutissage et présentent des structures assez similaires qui seront explicitées plus bas. La figure 4 montre une vue de principe sensiblement de dessus de l'évaporateur 2. Les plaques 4, 5, 6 et 7 sont réalisées de manière à définir deux rangs d'échange de chaleur R1 et R2. La plaque 5 sert de cloison pour définir une première passe Pl1 et une deuxième passe P12 dans le premier rang RI. De manière similaire, la plaque 6 sert de cloison pour définir une première passe P21 et une deuxième passe P22 dans le deuxième rang R2. Ainsi, l'évaporateur 2 comporte deux rangs RI et R2 et quatre passes, la première passe Pl1 du premier rang R1 constituant une première passe de l'évaporateur reliée à une entrée E de l'évaporateur 2, et la deuxième passe P22 du deuxième rang de l'évaporateur constituant une dernière passe reliée à une sortie S de l'évaporateur 2. Comme on l'a vu plus haut, le volume occupé par le fluide augmente de manière très importante tout le long de l'évaporateur. Pour optimiser l'efficacité de ce dernier, la demanderesse a conçu un évaporateur dont les passes ont des volumes d'échange de chaleur croissants. La demanderesse a en outre découvert qu'il est particulièrement avantageux d'associer des volumes spécifiques à chaque passe d'échange de chaleur dans l'évaporateur. Cela permet, entre autres avantages, d'assurer une répartition des pertes de charges linéaire plus avantageuse. L'évaporateur 2 comporte ainsi une pluralité de plaques 4, deux plaques formant cloison 5 et 6, et une pluralité de plaques 7. La compacité et l'aisance de production maximales étant recherchées pour l'évaporateur 2, les plaques 4, 5, 6 et 7 servent à la fois pour le rang RI et pour le rang R2. III y a donc un nombre identique de plaques pour les rangs R1 et R2. Pour permettre un dimensionnement approprié des passes de circulation de fluide, c'est-à-dire de telle sorte que les passes Pl 1, P12, P21 et P22 aient des volumes croissants et choisis, la demanderesse a conçu les plaques 4, 5, 6 et 7 comme représenté sur les figures 2 et 3. Comme on peut le voir sur la figure 2, une plaque 4 est une plaque de forme générale rectangulaire, formée par emboutissage, et qui comporte une paroi de séparation 8. La paroi de séparation 10 définit deux canaux Cl et C2 qui servent à définir les rangs R1 et R2 lorsque les plaques sont empilées. A chaque extrémité longitudinale, le canal Cl (respectivement le canal C2) comporte des ouvertures traversantes 12a et 12b (respectivement 14a et 14b) qui permettent la circulation du fluide d'une plaque à une autre lorsqu'elles sont empilées. L'empilement des collecteurs 12a et 12b et 14a et 14b forme des boîtes collectrices respectives des rangs R1 et R2. Les plaques 4 ont toutes le même profil et les mêmes dimensions. Les plaques 4 sont en outre réalisées de telle sorte que la paroi de séparation 8 définit un canal Cl avec une épaisseur el de l'ordre de 11,6 mm, et un canal C2 avec une épaisseur e2 de l'ordre de 23,3 mm. D'une manière générale, les épaisseurs relatives el et e2 sont choisies de sorte que l'épaisseur el représente environ 1/3 de l'épaisseur totale de l'évaporateur, et l'épaisseur e2 environ 2/3 de l'épaisseur totale de l'évaporateur. De ce fait, les canaux Cl présentent une section de débit fluidique inférieur à celui des canaux C2. II est alors possible de jouer sur le nombre de plaques au sein d'une passe donnée pour choisir le volume d'échange de chaleur de celle-ci. La plaque 5 est prévue pour séparer les passes P11 et P12. La plaque 5 est identique aux plaques 4, à l'exception du collecteur 12a qui est fermé pour former une cloison. En conséquence, le fluide qui traverse le canal Cl de la plaque 5 est forcé de passer à travers le collecteur 12b, c'est-à-dire de la passe P11 vers la passe P12. De la même manière, la plaque 6 sépare les passes P21 et P22, sauf que c'est ici le collecteur 14a du canal C2 qui est fermé, ce qui force le passage à travers le collecteur 14b. Les plaques 7 sont réalisées pour permettre la liaison entre les passes P12 et P21. Les plaques 7 sont représentées partiellement sur la figure 3 pour montrer leur différence avec les plaques 4. Comme on le voit sur cette figure, les plaques 7 présentent des collecteurs 12a et 14a différents de ceux des plaques 4 en ce qu'ils sont réalisés de manière à communiquer lorsque les plaques 7 sont empilées comme le montre la flèche sur la figure. Ainsi, le fluide qui traverse la passe P12 et atteint l'extrémité de l'évaporateur 2 dans le premier rang R1 est automatiquement dirigé dans la première passe P21 du deuxième rang R2. La figure 5 permet de mieux comprendre la circulation du fluide réfrigérant dans l'évaporateur 2. Comme on le voit sur cette figure, le fluide réfrigérant pénètre par l'entrée E, et traverse les canaux Cl de la passe P11 du premier rang. Lorsqu'il atteint la plaque 5, il est forcé par la cloison du collecteur 12a à passer dans la deuxième passe P12 du premier rang RI. Lorsque le fluide atteint l'extrémité de l'évaporateur 2, il est transféré dans le deuxième rang R2 au moyen des collecteurs communiquant des plaques 7. De là, le fluide traverse les canaux C2 de la première passe P21 du deuxième rang R2 jusqu'à la plaque 6. Lorsqu'il atteint la plaque 6, le fluide est forcé par la cloison du collecteur 14a à passer dans la deuxième passe P22 du deuxième rang R2. A la fin du deuxième rang R2, le fluide sort par la sortie S et rejoint le reste du circuit de refroidissement. Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, il serait possible de réaliser les plaques 5 et 6 de manière différente, par exemple en fermant les collecteurs 12b ou 14b. De même pour les plaques 7, il serait possible de faire communiquer les collecteurs 12b et 14b au lieu de 12a et 14a. Cet exemple de réalisation est décrit de manière générale en faisant référence à un évaporateur à plaques. II doit cependant être compris que l'invention n'est pas dépendante de la technologie utilisée pour réaliser les éléments d'échange de chaleur. II serait par exemple possible d'utiliser des tubes d'échange de chaleur plats à canaux de longueur et d'épaisseur identiques sur deux rangs côte à côte, et de faire varier la section de débit fluidique disponible entre les rangs. Il est ainsi possible d'obtenir le même résultat qu'avec les canaux Cl et C2. La variation de cette section peut être réalisée en utilisant des tubes de largeur différente, ou en utilisant un nombre de canaux plus faible dans le premier rang que dans le deuxième rang. L'important est en fait de faire varier la largeur utile d'échange de chaleur entre les rangs, et dans un deuxième temps la longueur utile d'échange de chaleur de chaque passe pour définir des volumes d'échange de chaleur choisis. En outre, l'invention a été décrite en rapport avec un évaporateur à 4 passes, mais il est évident que tout autre nombre de passes est approprié, qu'il soit pair ou impair, en rajoutant des cloisons comme nécessaire. L'important est de préserver un volume d'échange de chaleur croissant de passe en passe. La demanderesse a notamment observé qu'un évaporateur à 6 passes peut fournir des performances particulièrement élevées. 20 Les variantes envisagées ci-dessus sont interchangeables et combinables. Revendications 1. Evaporateur pour circuit de refroidissement de véhicule automobile, comprenant au moins un premier (RI) et un deuxième (R2) rangs reliés entre eux pour la circulation d'un fluide réfrigérant, le premier rang (RI) comportant des canaux (Cl) de circulation de fluide définissant au moins une première passe (Pl 1) de circulation de fluide, et le deuxième rang (R2) comportant des canaux (C2) de circulation de fluide définissant au moins une dernière passe (P22) de circulation de fluide, caractérisé en ce que les canaux (C2) du deuxième rang (R2) présentent une section de débit fluidique sensiblement plus importante que la section de débit fluidique des canaux (Cl) du premier rang (R1), de manière à ce que la dernière passe (P22) présente un volume supérieur à celui de la première passe (P11). 2. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans un plan longitudinal selon la direction longitudinale de l'évaporateur, les canaux des premiers (Cl) et deuxième (C2) rangs présentent des sections sensiblement égales, et en ce que les canaux (C2) du deuxième rang (R2) présentent une dimension supérieure aux canaux (Cl) du premier rang (R1) dans une direction transverse au plan longitudinal. 3. Evaporateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier rang (RI) comporte en outre un nombre choisi de cloisons (5) qui ferment chacune un des canaux (Cl) du premier rang (RI), et qui définissent des passes ultérieures (P12) à la première passe (P11), de sorte que chaque passe présente un nombre de canaux supérieur à la passe qui la précède. 4. Evaporateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier rang (RI) comporte une cloison (5). 930 5. Evaporateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier rang (RI) comporte deux cloisons (5). 6. Evaporateur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le deuxième rang (R2) comporte en outre un nombre choisi de cloisons (6) qui ferment chacune un des canaux (C2) du deuxième rang (R2), et qui définissent des passes antérieures (P21) à la dernière passe (P22), de sorte que chaque passe présente un nombre de canaux inférieur à la passe qui la suit. 7. Evaporateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième rang (R2) comporte une cloison (6). 8. Evaporateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième rang (R2) comporte deux cloisons (6). 9. Evaporateur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le premier rang (RI) et le deuxième rang (R2) sont reliés au niveau de la dernière passe du premier rang (R1) et de la première passe du deuxième rang (R2), la cloison du deuxième rang (R2) définissant ladite première passe (P21) du deuxième rang (R2) fermant un des canaux du deuxième rang (R2) de sorte que cette dite première passe (P21) du deuxième rang (R2) présente un volume supérieur à ladite dernière passe (P22) du premier rang (R1). 10. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rangs (RI, R2) sont réalisés par une paroi de séparation (8) 25 disposée dans des plaques d'échange de chaleur (4, 5, 6, 7) empilées. 11. Evaporateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les rangs (RI, R2) sont réalisés par deux rangs de tubes d'échange de chaleur présentant des sections de débit fluidique différentes.