Brevet FR2924490A1 — publié le 20090605

Condenseur pour circuit de climatisation avec partie de sous-refroidissement L'invention se rapporte au domaine des circuits de 5 climatisation, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un condenseur comprenant un premier bloc d'échange de chaleur pour assurer le refroidissement d'un fluide frigorigène jusqu'à 10 sa condensation au moyen d'un fluide de refroidissement, ainsi qu'un deuxième bloc d'échange de chaleur pour assurer le sous-refroidissement du fluide frigorigène au moyen d'un fluide de refroidissement. 15 On connaît déjà, d'après FR 2 846 733, un condenseur de ce type qui intègre en plus une bouteille démontable brasée entre le premier bloc et le deuxième bloc d'échange de chaleur, lesquels sont formés chacun par des séries de plaques empilées. 20 Le terme � bouteille � désigne ici un réservoir intermédiaire qui permet d'assurer la filtration et la déshydratation du fluide frigorigène et aussi de compenser les variations de volume du fluide frigorigène et d'assurer 25 la séparation des phases liquide et gazeuse. Le condenseur de la publication FR 2 846 733 est conçu pour fonctionner avec un fluide frigorigène à changement de phase, comme le R 134a. 30 Toutefois, il peut être intéressant de prévoir dans un circuit de climatisation parcouru par un fluide frigorigène à changement de phase un échangeur de chaleur interne, encore appelé échangeur interne, même si un tel échangeur interne est le plus souvent utilisé dans le cas des 35 circuits parcourus par des fluides frigorigènes, tels que le CO2, qui ne subissent pas de changement de phase. On rappellera qu'un échangeur interne permet d'assurer un échange de chaleur entre le fluide frigorigène à haute pression et à haute température, et le même fluide frigorigène à basse pression et à basse température , au sein d'un même circuit. L'intégration d'un échangeur interne dans un circuit de climatisation nécessite non seulement l'implantation de cet échangeur, mais aussi celle de conduits et connexions supplémentaires, ce qui génère de l'encombrement et crée des sources potentielles supplémentaires de fuites. Par ailleurs l'intégration d'un tel échangeur interne dans un composant d'un circuit est souvent impossible compte tenu de la structure du composant. C'est le cas notamment du condenseur selon la publication FR 2 846 733 déjà citée. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un condenseur du type défini en introduction, dans lequel le deuxième bloc intègre un échangeur interne pour assurer un échange de chaleur entre le fluide frigorigène condensé et sous-refroidi, appelé � fluide frigorigène haute pression �, et le même fluide frigorigène une fois détendu, appelé � fluide frigorigène basse pression �. La fonction d'échange interne peut être ainsi obtenue dans une partie du deuxième bloc, par exemple, par réalisation d'au moins une passe supplémentaire, entre la sortie du condenseur et le retour de l'évaporateur. Il en résulte un gain significatif en terme d'encombrement grâce à la suppression du conduit haute pression reliant la sortie du condenseur et l'échangeur interne, lorsqu'il n'est pas intégré, ainsi que celle des blocs de connexion. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant un circuit de climatisation comportant un condenseur dans une première forme de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un condenseur à 10 bouteille intégrée selon l'invention, propre à faire partie du circuit de climatisation de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de dessus du condenseur de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue d'extrémité du condenseur des figures 2 et 3 ; - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de 20 la figure 4 ; - la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 4 ; 25 - les figures 7 et 8 sont des vues en perspective de deux plaques d'échange de chaleur propres à faire partie du condenseur des figures 2 à 6 ; et - la figure 9 est un schéma illustrant un circuit de 30 climatisation comportant un condenseur dans une deuxième forme de réalisation de l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un circuit de climatisation CC d'un véhicule automobile comprenant un 35 condenseur 10 selon l'invention. 15 Dans l'exemple, le condenseur 10 est destiné avant tout à fonctionner avec un fluide frigorigène susceptible d'être présent sous une forme liquide et sous une forme gazeuse. Il peut s'agir notamment d'un fluide fluoré tel que celui connu sous l'appellation R 134a. Le condenseur comprend un premier bloc 12 d'échange de chaleur pour assurer le refroidissement du fluide frigorigène jusqu'à sa condensation au moyen d'un fluide de refroidissement, un deuxième bloc 14 d'échange de chaleur pour assurer le sous-refroidissement du fluide frigorigène au moyen d'un fluide de refroidissement, ainsi qu'une bouteille 16 interposée entre les blocs 12 et 14 et qui est propre à être traversée par le fluide frigorigène. Les blocs 12 et 14 constituent respectivement un bloc principal et un bloc additionnel. Toutefois, dans d'autres formes de réalisation, la bouteille 16 peut être supprimée, les blocs 12 et 14 20 communiquant directement entre eux. Dans le circuit de climatisation CC, le fluide frigorigène traverse en boucle fermée un compresseur 18, le condenseur 10 (corps 12, bouteille 16 et corps 14), un détendeur 20 et 25 un évaporateur 22 avant de regagner le compresseur, et ainsi de suite. Le fluide frigorigène en phase gazeuse provenant du compresseur 18 est d'abord refroidi jusqu'à sa condensation 30 dans le premier bloc 12, il traverse ensuite la bouteille 16, où il est filtré et déshydraté, puis le deuxième bloc 14 qui assure le sous-refroidissement du fluide frigorigène préalablement condensé. A la sortie du deuxième bloc 14, le fluide frigorigène est détendu par le détendeur 20, puis 35 transformé en phase gazeuse dans l'évaporateur 22 pour être ensuite comprimé par le compresseur 18. L'évaporateur est par ailleurs balayé par un flux d'air qui est refroidi par échange thermique avec le fluide frigorigène qui se vaporise pour produire un flux d'air climatisé à envoyer dans un habitacle de véhicule automobile. Le premier bloc 12 comprend un passage de circulation 24 pour le fluide frigorigène provenant du compresseur 18 et un passage de circulation 26 pour un fluide de refroidissement. Ce dernier est généralement un liquide, comme de l'eau additionnée d'un antigel, qui circule dans un circuit CR (non représenté) servant au refroidissement des organes secondaires présents dans le sous capot moteur, comme le refroidisseur d'air de suralimentation. Ce circuit CR, appelé circuit secondaire, peut être alimenté par une pompe additionnelle. Le fluide frigorigène est ainsi condensé par échange thermique avec le fluide de refroidissement avant d'être envoyé dans la bouteille 16. Le deuxième bloc 14 intègre ici un échangeur de chaleur interne (appelé aussi � échangeur interne �) pour assurer un échange de chaleur entre le fluide frigorigène condensé et sous-refroidi, appelé � fluide frigorigène haute pression �, et le même fluide frigorigène une fois détendu, appelé � fluide frigorigène basse pression �. Bien qu'un tel échangeur interne soit habituellement utilisé dans le cas de circuits parcourus par un fluide frigorigène, tel que le CO,, il peut aussi trouver un intérêt dans le cas de circuits parcourus par un fluide frigorigène à changement de phase. Le deuxième bloc 14 comprend une partie de sous-refroidissement 28 ayant un passage de circulation 30 pour le fluide frigorigène provenant du premier bloc 12, et plus particulièrement de la bouteille 16 dans cet exemple, et un passage de circulation 32 pour un fluide de refroidissement. Il s'agit de préférence du même fluide de refroidissement que pour le corps 12, donc circulant dans le même circuit CR. Le bloc 14 comprend en outre une partie d'échange interne 34 ayant un passage de circulation 36 pour le fluide frigorigène haute pression provenant de la partie de sous-refroidissement 28 et un passage de circulation 38 pour le fluide frigorigène basse pression. Le passage de circulation 36 est relié, d'une part, au passage de circulation 30 avec lequel il communique directement et, d'autre part, au détendeur 20. Le passage de circulation 38 est disposé entre l'évaporateur 22 et le compresseur 18 auxquels il est relié par des lignes respectives 40 et 42. Ainsi, dans le bloc 14, le fluide frigorigène à haute pression (HP) est d'abord sous-refroidi puis il échange de la chaleur avec le même fluide frigorigène à basse pression (BP) qui est à plus basse température, ce qui produit un refroidissement complémentaire du fluide frigorigène à haute pression. On se réfère maintenant aux figures 2 à 6 pour décrire un mode de réalisation d'un condenseur propre à faire partie du circuit de la figure 1. La bouteille 16 est fixée de manière démontable entre les blocs 12 et 14 par l'intermédiaire respectivement d'une bride de sortie 44 et d'une bride d'entrée 46. Ces deux brides assurent la fixation mécanique de la bouteille 16 entre les blocs 12 et 14, et elles forment en même temps des interfaces pour la circulation du fluide frigorigène, c'est-à-dire pour passer du bloc 12 au bloc 14 via la bouteille 16. Le premier bloc 12 et le deuxième bloc 14 comprennent chacun une série de plaques empilées 48, respectivement 50 (figures 5 et 6). Les plaques 48 du bloc 12 délimitent des lames de circulation du fluide frigorigène (formant le passage de circulation 24) qui alternent avec des lames de circulation du fluide de refroidissement (formant le passage de circulation 26) Le bloc 12 comprend une plaque d'interface 52 munie de la bride de sortie 44 et une plaque d'interface opposée 54 munie d'une bride d'entrée 56 pour le fluide frigorigène à condenser (figures 3, 4 et 6). Les plaques empilées 48 sont disposées entre les plaques d'interface 52 et 54. La bride d'entrée 56 est propre à être reliée à la sortie du compresseur 18 pour amener le fluide frigorigène à condenser. La plaque d'interface 54 est munie en outre d'une tubulure d'entrée 58 et d'une tubulure de sortie 60 pour le fluide de refroidissement (figures 2, 4, 5 et 6). Les plaques empilées 50 du bloc 14 délimitent des premières lames de circulation du fluide frigorigène qui alternent avec des deuxièmes lames de circulation d'un autre fluide. Ces premières lames forment successivement le passage de circulation 30 de la partie de sous-refroidissement 28 et le passage de circulation 36 de la partie d'échange interne 34 (figure 1) Les deuxièmes lames constituent des lames destinées à la circulation du fluide de refroidissement dans la partie de sous-refroidissement 12 (passage de circulation 32) et des lames destinées à la circulation du fluide frigorigène basse pression dans la partie d'échange interne 34 (passage de circulation 38). Les plaques 50 du corps 14 sont comprises entre une plaque d'interface 62 munie de la bride d'entrée 46 pour le fluide frigorigène provenant du premier bloc 12, et plus particulièrement de la bouteille 16, et une plaque d'interface opposée 64. Cette dernière est munie d'une bride de sortie 66 pour le fluide frigorigène haute pression, d'une bride d'entrée 68 pour le fluide frigorigène basse pression et d'une bride de sortie 70 pour le fluide frigorigène basse pression (figure 2). La bride de sortie 66 alimente la ligne 40 sur laquelle sont montés le détendeur 20 et l'évaporateur et qui rejoint la bride d'entrée 68. La bride de sortie 70 alimente la ligne 42 qui comprend le compresseur 18 et qui rejoint le bloc 12. La plaque d'interface 62 du bloc 14 est munie en outre d'une tubulure d'entrée 72 et d'une tubulure de sortie 74 pour le fluide de refroidissement du circuit CR. Dans l'exemple la plaque d'interface 52 est réalisée d'une seule pièce avec la bride 44, par exemple par moulage et usinage d'un alliage à base d'aluminium. Il en est de même pour la plaque d'interface 54 avec la bride 56, pour la plaque d'interface 62 avec la bride 46, et pour la plaque d'interface 64 avec les brides 66, 68 et 70. En revanche, les tubulures 58 et 60 sont rapportées sur la plaque d'interface 54, et les tubulures 72 et 74 sont rapportées sur la plaque d'interface 62. Les brides 44 et 46 sont propres à être fixées de manière démontable sur une partie réceptrice 76 de la bouteille 16. Dans l'exemple de réalisation, la partie réceptrice 76 est un couvercle d'extrémité de forme générale circulaire qui vient coiffer un corps 78 de forme générale cylindrique circulaire de la bouteille, qui se termine par un fond conique 80. Dans l'exemple, ce couvercle d'extrémité est brasé sur le corps 78, la bouteille 16 étant ainsi rendue indémontable en elle-même. Le couvercle d'extrémité 76 est fixé sur une extrémité ouverte du corps 78, à l'opposé du fond conique 80, en maintenant un tube axial 82 qui s'étend suivant la direction axiale XX de la bouteille (figure 6). Ce tube 82 comporte une collerette de retenue 84 qui permet de maintenir en position une cartouche filtrante et dessicante 86 disposée entre le couvercle d'extrémité 76 et ladite collerette. Le tube 82 comporte une extrémité inférieure 88 qui s'engage dans une bague 90 maintenue dans la région centrale du fond 80 et qui peut laisser passer le fluide frigorigène. Le tube comporte en outre une extrémité supérieure 92 qui est maintenue dans un logement axial du couvercle d'extrémité. La bride 44 comprend un alésage de sortie 94 propre à venir dans le prolongement d'un alésage d'entrée 96 de la partie réceptrice (couvercle 76) de la bouteille suivant une première direction d'alignement Dl (figure 6). De façon correspondante, la bride 46 comprend un alésage d'entrée 98 propre à venir dans le prolongement d'un alésage de sortie 100 de la partie réceptrice (couvercle 76) de la bouteille suivant une deuxième direction d'alignement D2 (figure 6). L'alésage d'entrée 96 traverse l'épaisseur de la partie réceptrice 76 et débouche à l'intérieur de la bouteille en amont de la cartouche 86. L'alésage de sortie 100 de la partie réceptrice 76 débouche dans un alésage radial 102 qui communique avec l'extrémité supérieure 92 du tube 82. L'alésage d'entrée 96 et l'alésage de sortie 100 de la partie réceptrice sont parallèles entre eux et à l'axe longitudinal XX de la bouteille 16. Les alésages 96 et 102 sont disposés dans une position angulaire choisie par rapport à l'axe longitudinal XX de la bouteille 16. Ceci permet de donner une orientation angulaire déterminée aux corps 12 et 14 par rapport à la bouteille 16 en fonction des conditions d'implantation du condenseur, par exemple dans le compartiment moteur d'un véhicule déterminé. Dans l'exemple de réalisation représenté, cette position angulaire est de sensiblement 180°, les alésages 96 et 100 étant disposés symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinal. Comme on peut le voir sur la figure 6, l'alésage de sortie 94 de la bride 44 se raccorde sensiblement à angle droit avec un alésage intermédiaire 104 débouchant dans le premier bloc 12. De plus, l'alésage d'entrée 98 de la bride 46 se raccorde sensiblement à angle droit avec un alésage intermédiaire 106 débouchant dans le deuxième bloc 14. Il en résulte que le fluide frigorigène issu du premier bloc 12 pénètre dans la bouteille en passant successivement par l'alésage intermédiaire 104 et l'alésage de sortie 94 de la bride 44 puis par l'alésage d'entrée 96 de la partie réceptrice 76, pour être ensuite filtré et desséché en traversant la cartouche 86. Le fluide frigorigène remonte par le tube 82 pour traverser successivement l'alésage radial 102 et l'alésage de sortie 100 de la partie réceptrice puis l'alésage d'entrée 98 et l'alésage intermédiaire 106 de la deuxième bride 46 pour déboucher dans le deuxième bloc 14. Pour assurer l'étanchéité, on prévoit à chaque fois un raccord étanche entre la bride 44 et le couvercle 76 et entre le couvercle 50 et la bride 46. Ce raccord étanche est formé avantageusement d'une tubulure munie de deux joints toriques. Les brides 44 et 46 sont propres à être fixées chacune sur la partie réceptrice 76 de la bouteille au moyen d'une vis 108, respectivement 110, qui à chaque fois traverse la bride et s'engage par vissage dans la partie réceptrice (voir figures 2 et 3). La bouteille 16 forme ainsi support pour les blocs 12 et 14 d'échange de chaleur qui peuvent être fixés avec une orientation mutuelle déterminée en fonction de la position angulaire respective des alésages 68 et 72. Il est donc possible de concevoir des parties réceptrices 76 différentes en fonction de l'application souhaitée pour permettre d'implanter les blocs 12 et 14 avec des orientations particulières par rapport à la partie réceptrice 76 suivant le type de véhicule auquel le condenseur est destiné. Comme la bouteille forme en même temps support, elle peut elle-même être munie de moyens d'interface ou de fixation (non représentés) pour la fixation sur la structure du véhicule auquel est destiné le condenseur. On comprendra que la bouteille peut être assemblée et pré- équipée avant d'être installée et fixée entre les deux blocs d'échange de chaleur, ce qui simplifie grandement les opérations de montage et d'assemblage, mais aussi les opérations de maintenance. Par ailleurs, du fait que les blocs 12 et 14 et la bouteille 16 sont démontables les uns par rapport aux autres, il est possible de remplacer l'un de ces trois éléments en cas de défaillance. On se réfère maintenant aux figures 7 et 8 qui montrent deux plaques d'échange de chaleur 50 sensiblement identiques mais décalées de 180° l'une par rapport à l'autre. Ces plaques pourraient en outre être différentes d'un point de vue des ondulations et des angles utilisés. Ces deux plaques sont représentées en position écartée pour les raisons de clarté, alors qu'en réalité elles viennent s'emboîter entre elles d'une manière en soi connue. Chaque plaque 50 comprend un fond plat 108 dans l'exemple de forme générale rectangulaire et muni de coins arrondis. Le fond 108 est entouré par un bord relevé 110 réalisé en dépouille. Le fond 108 comprend des nervures parallèles 102 disposées en oblique et servant de perturbateurs. Dans la région des quatre coins du fond sont prévues des ouvertures de passage de fluide. Deux ouvertures 114 sont prévues dans le fond plat 108 aux deux extrémités d'un grand côté et deux autres ouvertures de passage 116 sont prévues aux deux extrémités d'un autre grand côté. Les ouvertures 114 sont réalisées au niveau du fond plat, tandis que les ouvertures 116 sont formées dans des régions annulaires 118 décalées par rapport au plan du fond 108. Ainsi, lorsque les plaques 50 sont empilées mutuellement et brasées entre elles par leurs bords 110 respectifs, on forme des lames alternées pour la circulation de deux fluides différents. On utilise des plaques analogues pour le bloc 12 et le bloc 14. Dans le cas du bloc 14, il faut prévoir une cloison pour séparer le fluide de refroidissement qui circule dans la partie de sous-refroidissement et le fluide frigorigène à base pression qui circule dans la partie d'échange interne. Ceci peut être réalisé par une cloison rapportée ou bien par un aménagement des ouvertures de communication précitées. On se réfère maintenant à la figure 9 qui montre une variante de réalisation du circuit CC de la figure 1. Les éléments communs avec ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références numériques. Dans cette forme de réalisation, la bouteille 16 est supprimée et les deux corps 12 et 14 communiquent directement entre eux par une liaison 120. Concrètement, les brides 44 et 46 (figure 2) sont alors raccordées directement entre elles, soit par un élément intermédiaire assurant leur jonction, soit par un aménagement approprié de ces deux brides. Dans le circuit de la figure 9, la bouteille est remplacée ici par un accumulateur 122 qui est disposé dans la ligne 42, entre la sortie de la partie d'échange interne 34 et le compresseur 18. Par ailleurs, le détendeur 20 est ici remplacé par un orifice calibré 124. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment à titre d'exemples et s'étend à d'autres variantes. Elle trouve une application particulière aux circuits de 10 climatisation pour véhicule automobile. Revendications 1. Condenseur, notamment pour un circuit de climatisation de véhicule automobile, comprenant un premier bloc (12) d'échange de chaleur pour assurer le refroidissement d'un fluide frigorigène jusqu'à sa condensation au moyen d'un fluide de refroidissement, ainsi qu'un deuxième bloc (14) d'échange de chaleur pour assurer le sous-refroidissement du fluide frigorigène au moyen d'un fluide de refroidissement, caractérisé en ce que le deuxième bloc (14) intègre un échangeur interne (34) pour assurer un échange de chaleur entre le fluide frigorigène condensé et sous-refroidi, appelé � fluide frigorigène haute pression �, et le même fluide frigorigène une fois détendu, appelé � fluide frigorigène basse pression �. 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième bloc (14) comprend une partie de sous- refroidissement (28) ayant un passage de circulation (30) pour le fluide frigorigène provenant du premier bloc (12) et un passage de circulation (32) pour le fluide de refroidissement et une partie d'échange interne (34) ayant un passage de circulation (36) pour le fluide frigorigène haute pression provenant de la partie de sous-refroidissement () et un passage de circulation (38) pour le fluide frigorigène basse pression. 3. Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage de circulation (30) pour le fluide frigorigène de la partie de sous-refroidissement (28) communique directement avec le passage de circulation (36) pour le fluide frigorigène de la partie d'échange interne (34). 4. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le deuxième bloc (14) comprend une 14série de plaques empilées (50) qui délimitent des premières lames de circulation du fluide frigorigène qui alternent avec des deuxièmes lames de circulation d'un autre fluide, et en ce que ces deuxièmes lames constituent des lames destinées à la circulation du fluide de refroidissement dans la partie de sous-refroidissement (28) et des lames destinées à la circulation du fluide frigorigène basse pression dans la partie d'échange interne (34). 5. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième bloc (14) comprend une plaque d'interface (62) munie d'une bride d'entrée (46) pour le fluide frigorigène provenant du premier bloc (12) et une plaque d'interface opposée (64) munie d'une bride de sortie (66) pour le fluide frigorigène haute pression, d'une bride d'entrée (68) pour le fluide frigorigène basse pression et d'une bride de sortie (70) pour le fluide frigorigène basse pression. 6. Condenseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la plaque d'interface (62) du deuxième bloc (14) est munie en outre d'une tubulure d'entrée (72) et d'une tubulure de sortie (74) pour le fluide de refroidissement. 7. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une bouteille (16) interposée entre le premier bloc (12) et le deuxième bloc (14) et propre à être traversée par le fluide frigorigène. 8. Condenseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bouteille (16) est fixée de manière démontable entre le premier bloc (12) et le deuxième bloc (14) par l'intermédiaire respectivement d'une bride de sortie (44) et d'une bride d'entrée {46) formant en même temps des interfaces pour la circulation du fluide frigorigène. 9. Condenseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier bloc (12) comprend une plaque d'interface (52) munie de la bride de sortie (44) et une plaque d'interface opposée (54) munie d'une bride d'entrée (56) pour le fluide frigorigène à condenser. 10. Condenseur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la plaque d'interface opposée (54) du premier bloc (12) est munie en outre d'une tubulure d'entrée (58) et d'une tubulure de sortie (60) pour le fluide de refroidissement. 11. Condenseur selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la bride de sortie (44) du premier bloc (12) et la bride d'entrée (46) du deuxième bloc (14) sont fixées sur une partie réceptrice (76) de la bouteille (16). 12. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier bloc (12) et le deuxième 20 bloc (14) communiquent directement entre eux. 13. Condenseur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier bloc (12) et le deuxième bloc (14) sont reliées par l'intermédiaire respectivement d'une bride de 25 sortie (44) et d'une bride d'entrée (46) assurant la circulation du fluide frigorigène. 14. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le premier bloc (12) comprend une 30 série de plaques empilées (48) qui délimitent des lames de circulation du fluide frigorigène qui alternent avec des lames de circulation du fluide de refroidissement.