Brevet FR2947041A1 — publié le 20101224

RFR0505 Condenseur avec réserve de fluide frigorigène pour circuit de climatisation L'invention se rapporte au domaine des circuits de climatisation, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un condenseur 10 comprenant une première partie d'échange de chaleur pour assurer le refroidissement d'un fluide frigorigène jusqu'à sa condensation au moyen d'un fluide de refroidissement, une deuxième partie d'échange de chaleur pour assurer le sous-refroidissement du fluide frigorigène au moyen du 15 fluide de refroidissement, ainsi qu'une réserve de fluide interposée entre la première partie et la deuxième partie et propre à être traversée par le fluide frigorigène. Cette réserve permet de compenser les variations de volume 20 du fluide frigorigène et d'assurer la séparation des phases liquide et gazeuse, voir d'assurer la filtration et la déshydratation du fluide frigorigène. On connaît déjà, d'après FR 2 846 733, un condenseur de ce 25 type dans lequel la première partie, ou partie principale, et la deuxième partie, ou partie secondaire, sont réalisées sous la forme de deux blocs d'échange de chaleur séparés, comprenant chacun une série de plaques empilées, tandis que la réserve de fluide est un réservoir indémontable, appelé 30 aussi � bouteille �, qui est brasée entre les deux blocs d'échange de chaleur. 15 Il en résulte la nécessité de braser un module complet comprenant un premier bloc (condenseur principal), la bouteille et un deuxième bloc (condenseur additionnel). En outre, la bouteille doit être équipée après cette opération. Le brasage en une seule fois du module complet est très complexe à réaliser en raison de la masse compacte de l'alliage métallique, généralement à base d'aluminium, qui est engagée dans cette opération. Il est certes envisageable de réaliser un tel condenseur avec une bouteille rapportée, mais cela nécessite d'utiliser des tubulures de liaison encombrantes entre les blocs et la bouteille, et donc de prévoir deux interfaces supplémentaires pour lier les deux blocs du condenseur. Dans tous les cas, le fait d'avoir un réservoir déporté ne permet pas d'avoir une circulation optimale. Les liaisons entre la partie de condensation, le réservoir et la partie de sous-refroidissement se font par des assemblages mécaniques. Il en résulte une augmentation du risque de fuites, de l'encombrement, de la différence de pression interne et du temps de fabrication. 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 la première partie et la deuxième partie sont formées respectivement par une série de premières plaques et une série de deuxièmes plaques dans un seul empilement présentant une direction d'empilement, et dans lequel la réserve de fluide est formée au moins en partie par une cavité créée directement dans cet empilement de plaques. Ainsi, la réserve de fluide est formée directement au sein d'un même empilement de plaques qui forme aussi la partie de condensation et la partie de sous-refroidissement. Il en résulte une diminution du risque de fuite, de 10 l'encombrement global, de la différence de pression interne et également du temps de fabrication. Avantageusement, la réserve de fluide est formée au moins en partie dans les premières plaques. Cette réserve de fluide est de préférence délimitée par des premiers passages des premières plaques qui ont un contour identique et sont alignés dans la direction d'empilement des plaques. 20 Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les passages respectifs des premières plaques sont entourés par un bord relevé pour permettre un assemblage étanche des premiers passages et former la réserve de fluide, de 25 manière à interdire la circulation du fluide frigorigène et la circulation du fluide de refroidissement. De préférence, les deuxièmes plaques ont des seconds passages respectifs dans l'alignement des premiers passages 30 des premières plaques, ces deuxièmes passages étant alternativement ouverts pour permettre la circulation du fluide frigorigène et fermés pour interdire la circulation du fluide de refroidissement. 15 4 Ainsi, la réserve de fluide se prolonge en partie au sein des deuxièmes plaques pour permettre la circulation du fluide frigorigène en vue du sous-refroidissement. En ce cas, il est avantageux que les deuxièmes passages des deuxièmes plaques soient alternativement entourés par des bossages espacés pour permettre la circulation du fluide frigorigène et entourés par un bord relevé pour permettre un assemblage étanche et interdire la circulation du fluide de refroidissement. Dans la description détaillée qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur 15 lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un condenseur selon l'invention, 20 - la figure 2 est une vue en coupe du condenseur de la figure 1, le plan de coupe passant par l'axe des tubulures d'entrée et sortie du fluide frigorigène ; - la figure 3 est une vue en perspective de deux plaques 25 successives de la série des premières plaques ; - la figure 4 est une vue en perspective de deux plaques successives de la série des deuxièmes plaques ; 30 - la figure 5 est une vue en coupe du condenseur de la figure 1, le plan de coupe passant par l'axe des tubulures d'entrée et sortie du fluide de refroidissement ; - la figure 6 est une vue schématique en coupe illustrant la circulation du fluide frigorigène ; - la figure 7 est une vue schématique en coupe analogue à 5 la figure 6 illustrant la circulation du fluide de refroidissement ; - la figure 8 est une vue schématique en perspective d'un autre condenseur selon l'invention, dans lequel un conduit de retour est prévu pour la circulation du fluide frigorigène à la sortie de la réserve - les figures 9 et 10 sont des vues en perspective montrant respectivement deux premières plaques successives du 15 condenseur de la figure 8 ; - les figures 11 et 12 sont des vues en perspective montrant respectivement deux deuxièmes plaques successives du condenseur de la figure 8 ; - la figure 13 est une vue en perspective d'un condenseur comportant un capot monté sur une plaque d'extrémité pour augmenter la capacité de la réserve de fluide ; et 25 - la figure 14 montre une variante de réalisation dans laquelle le capot est intégré à la plaque d'extrémité. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre un condenseur 10 comprenant une première partie (PC) d'échange 30 de chaleur pour assurer un refroidissement d'un fluide frigorigène (F1), par exemple jusqu'à sa condensation, au moyen d'un fluide de refroidissement (F2) et une deuxième partie (PSR) d'échange de chaleur pour assurer un 20 complément de refroidissement, par exemple refroidissement, du fluide frigorigène (F1) au fluide de refroidissement (F2). Ces deux parties sont formées respectivement plaques 12 et une série de deuxièmes plaques 14 dans un seul empilement. Les plaques 12 et 14 ont ici une forme générale rectangulaire avec des angles arrondis. Ces plaques possèdent la même forme générale et le même contour et sont assemblées dans un même empilement dans une direction d'empilement D (figure 2). Le condenseur 10 comprend une première plaque d'extrémité 16 et une deuxième plaque d'extrémité 18 fermant respectivement la série des premières plaques 12 et la série des deuxièmes plaques 14. Une tubulure d'entrée 20 et une tubulure de sortie 22 pour le fluide frigorigène F1 sont portées respectivement par les plaques d'extrémité 16 et 18. Une tubulure d'entrée 24 et une tubulure de sortie 26 pour le fluide de refroidissement F2 sont portées respectivement par la plaque d'extrémité 18 et la plaque d'extrémité 16. La circulation du fluide frigorigène, qui peut être un fluide fluoré, tel que celui connu sous la dénomination R134a est illustrée par les flèches F1r tandis que la circulation du fluide de refroidissement, qui peut être de l'eau additionnée d'un antigel, est illustrée par les flèches F2. Ce dernier est habituellement le fluide de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. un sous- moyen du PC et PSR par une série de premières 7 On se réfère maintenant à la figure 2 qui montre l'empilement des deux séries de plaques 12 et 14 et plus particulièrement la circulation du fluide frigorigène (flèches F1) . Il sera fait également référence conjointement aux figures 3 et 4 qui montrent la structure des plaques 12 et 14. La figure 3 montre deux plaques successives 12 de 10 l'empilement qui ont une structure généralement identique. Elles ont chacune un fond plat 28 entouré par un bord relevé 30 disposé incliné. Par ailleurs, chacune des plaques comprend deux passages de 15 communication 32 et 34 réalisés sous la forme d'ouvertures circulaires et servant à la circulation du fluide frigorigène F1. Les passages 32 et 34 de la plaque 12 du dessus sont entourés par des bossages annulaires respectifs 36 et 38 faisant saillie du même côté que le bord relevé 20 30. La plaque 12 située au dessus comporte en outre deux passages de communication 40 et 42 pour le fluide de refroidissement F2. Ces deux passages 40 et 42 sont réalisés sous la forme d'ouvertures circulaires mais sont dépourvus de bossage. 25 La plaque 12 située en dessous est analogue à la plaque 12 située au dessus, à cette différence que les passages de communication 32 et 34 sont dépourvus de bossages annulaires et que les passages 40 et 42 sont ici munis de 30 bossages annulaires respectifs 44 et 46. Par ailleurs, toutes les plaques 12 de la première série ont un passage 48 réalisé sous la forme d'une ouverture circulaire de grand diamètre entourée par un bord relevé 50.5 8 Les plaques 14 de la deuxième série (figure 4) sont réalisées de façon analogue aux plaques et comportent aussi des passages de communication 32 et 34 pour le fluide frigorigène F1 et des passages de communication 40 et 42 pour le fluide de refroidissement F2. Là aussi, ces passages sont alternativement munis d'un bossage annulaire 36 ou 38, respectivement 44 ou 46. Les plaques 14 de la deuxième série ont également un passage 52 de même forme que le passage 48 des premières plaques, à savoir une ouverture circulaire de grand diamètre. Ici, la plaque 14 représentée au-dessus, ne comporte pas de bord relevé analogue au bord relevé 50, mais une série de petits bossages 54 espacés dans la direction circonférentielle et formant des organes d'espacement. Par contre, la plaque 14 située en-dessous comporte un bord relevé 56 entourant l'ouverture 52 et analogue au bord relevé 50 de chacune des plaques 12. Lorsque les plaques 12 et les plaques 14 sont disposées dans un même empilement et comprises entre les plaques d'extrémité 16 et 18, les passages de communication 32 sont alignés entre eux et il en est de même pour les passages de communication 34. Ceci permet de délimiter respectivement un premier conduit 58 et un deuxième conduit 60 pour la circulation du fluide frigorigène F1. Ce deuxième conduit 60 est situé dans l'alignement des tubulures 20 et 22 comme on peut le voir sur la figure 2. Certains des passages de communication 32 et 34 sont obturés pour permettre la circulation du fluide frigorigène F1 en plusieurs passes. Une cloison 62 est disposée dans le conduit 60 dans l'empilement des premières plaques et une cloison 64 est disposée dans le même conduit 60 dans l'empilement des deuxièmes plaques. Par ailleurs, une cloison 66 est disposée dans le conduit 58 à la jonction des deux séries de plaques et une autre cloison 68 est disposée dans le conduit 58 dans l'empilement des deuxièmes plaques. Ces cloisons sont réalisées sous la forme de pastilles métalliques de forme circulaire qui sont brasées sur les plaques respectives. Les passages 48 des premières plaques permettent de délimiter une cavité étanche 70 dans la direction de l'empilement qui a ici une forme cylindrique et qui sert de réservoir pour le fluide frigorigène F2. Les plaques 12 et 14 sont assemblées et brasées entre elles, l'étanchéité à la périphérie étant assurée par chevauchement des bords relevés 30. Dans cette même opération, les bossages 32 et 34 d'une part, 44 et 46 d'autre part, viennent assurer aussi une étanchéité au niveau des passages de communication, ce qui permet de définir, de façon alternée, des premiers canaux d'écoulement pour le fluide frigorigène F1 (figure 2) et des deuxièmes canaux d'écoulement pour le fluide de refroidissement F2 (figure 5). Les passages respectifs 48 des premières plaques, entourés par le bord relevé 50, permettent un assemblage étanche des premiers passages et former la réserve de fluide, ce qui interdit la circulation du fluide frigorigène et la circulation du fluide de refroidissement. Par contre, comme les deuxièmes passages respectifs des deuxièmes plaques sont alternativement entourés par les bossages espacés 54 et par le bord relevé 56, ceci permet la circulation du fluide frigorigène F1 (figure 2) mais interdit la circulation du fluide de refroidissement F2 (figure 5). Le fluide frigorigène F1 circule dans la série des plaques 12 en trois passes P1r P2 et P3 pour constituer des passes de condensation, la troisième passe P3 menant dans la réserve de fluide 70. Ensuite, le fluide frigorigène quitte cette réserve de fluide pour circuler dans la série des plaques 14 et gagner la tubulure de sortie 22 par une passe P4 qui constitue une passe de sous-refroidissement. Dans la première série de plaques, le fluide frigorigène est condensé, tandis que dans la deuxième série de plaques, le fluide frigorigène, préalablement condensé, est sous-refroidi. Comme on le voit sur la coupe de la figure 5, les passages de communication 40 et 42 permettent de définir deux conduits 71 et 73, communiquant respectivement avec la tubulure d'entrée 24 et la tubulure de sortie 26 pour le fluide de refroidissement F2. Ce fluide de refroidissement peut circuler librement dans des canaux définis entre les plaques des deux séries, et de façon alternée avec le fluide frigorigène F1. Toutefois, le fluide F2 ne peut parvenir dans la réserve 70 du fait que l'étanchéité est garantie autour des ouvertures 48 par les bords relevés 50 et autour des ouvertures 52 par les bords relevés 56. Ainsi, dans cette forme de réalisation, les plaques d'extrémité 16 et 18 viennent fermer l'empilement des plaques et elles contribuent aussi à fermer les extrémités des canaux 58, 60, 72 et 74, sauf aux endroits où sont prévues des tubulures d'entrée ou de sortie pour le fluide concerné. Par contre, elles contribuent à fermer la réserve 70 à ses deux extrémités. Ainsi, la réserve 70 est définie au moins en partie au sein des premières plaques 12, ce qui permet de créer directement une réserve de fluide frigorigène au sein de l'empilement des plaques. Ceci évite d'avoir recours à un réservoir extérieur qui serait rapporté. Les figures 6 et 7 sont des vues schématiques correspondant respectivement aux figures 2 et 5 et montrent schématiquement la circulation du fluide frigorigène FI (figure 6) et du fluide frigorigène F2 (figure 7). Dans la forme de réalisation précédente, la réserve de fluide est formée directement par des passages, dans l'exemple de forme circulaire, aménagés dans les plaques. L'étanchéité est assurée par les bords relevés des plaques. Il est possible, aussi en variante, de former la réserve de fluide dans un réservoir tubulaire 72 logé dans la cavité aménagée dans les plaques. Ce réservoir 72, représenté schématiquement sur la figure 6, s'étend dans la première série de plaques. Il peut aussi s'étendre dans la deuxième série de plaques en prévoyant des entrée/sortie pour le fluide frigorigène permettant son passage de la partie de condensation à la partie de sous-refroidissement à travers ledit réservoir. Lesdites entrée/sortie sont, par exemple, 12 radialement opposées et s'étendent selon l'axe longitudinal dudit réservoir sur la hauteur de l'empilement de plaques de la partie de sous-refroidissement. Les plaques 12 de la première série et les plaques 14 de la deuxième série sont réalisées par une même technique d'emboutissage. Ces plaques peuvent être réalisées en deux opérations successives, une première opération qui permet de réaliser les passages de communication 32, 34, 40 et 42, le passage de communication 48 ou 52 et le bord relevé 30. Ensuite, dans une deuxième opération d'emboutissage, les bossages spécifiques seront aménagés autour des passages, c'est-à-dire les bossages 36, 38, 40, 42, 54 et 56. On se réfère maintenant à la figure 8 qui montre schématiquement une autre variante de réalisation dans laquelle les premières plaques 12 et les deuxièmes plaques 14 délimitent un conduit de retour 74 pour le fluide frigorigène F1 en sorte que ce fluide circule en au moins deux passes (ici trois passes) dans les première plaques 12, gagne ensuite une extrémité de la réserve de fluide 70, traverse cette réserve de fluide et la quitte à une autre extrémité pour gagner ensuite les deuxièmes plaques 14 via le conduit de retour 74. Les figures 9 et 10 montrent deux plaques successives 12 de la première série. Ces plaques sont analogues aux plaques de la figure 3, si ce n'est qu'elles comportent toutes en plus un passage 76 entouré par un bossage annulaire 78 pour réaliser le conduit de retour 74. Les plaques 14 de la deuxième série (figures 11 et 12) sont analogues aux plaques de la figure 4. Mais ici, ces plaques sont dépourvue chacune d'une ouverture 52. Il en résulte que la réserve de fluide s'étend seulement à travers la première série de plaques 12. En outre la plaque 14, située au-dessus dans la deuxième série, est dépourvue d'ouverture 32 (figure 11). La figure 13 illustre une variante de réalisation dans laquelle la plaque d'extrémité 16 est pourvue d'une ouverture circulaire 80 située dans l'alignement des 10 passages 48 et 52. L'ouverture 80 est destinée à recevoir un capot 82 réalisé sous la forme d'une enveloppe cylindrique avec un fond fermé 84 et une face ouverte 86 entouré d'une collerette 88 pour venir se braser sur la plaque 16 autour de l'ouverture 80. 15 Ceci permet d'augmenter la capacité de la réserve de fluide, cette dernière étant définie à la fois par le volume compris dans les plaques et le volume défini par le capot. La figure 14 montre une variante de la réalisation dans laquelle un capot 90 est formé directement par un embouti de la plaque 16. 25 Dans une variante de réalisation (non représentée), la réserve de fluide comprend en outre une cartouche filtrante et/ou déshydratante qui est disposée à l'entrée de la réserve de fluide, c'est-à-dire que le fluide frigorigène traverse d'abord cette cartouche avant de pénétrer dans la 30 réserve de fluide. Les différents composants du condenseur sont avantageusement réalisés en aluminium ou en alliage à base 20 d'aluminium et brasés entre eux lors d'une même opération de brasage dans un four de brasage approprié. L'invention trouve une application particulière aux condenseurs de climatisation, notamment pour véhicules automobiles, fonctionnant avec un fluide frigorigène à changement de phase. Revendications1. Condenseur, notamment pour un circuit de climatisation de véhicule automobile, comprenant une première partie (PC) d'échange de chaleur pour assurer un refroidissement d'un fluide frigorigène (F1) au moyen d'un fluide de refroidissement (F2), une deuxième partie (PSR) d'échange de chaleur pour assurer un complément de refroidissement du fluide frigorigène (F1) au moyen du fluide de refroidissement (F2), ainsi qu'une réserve de fluide interposée entre la première partie (PC) et la deuxième partie (PSR) et propre à être traversée par le fluide frigorigène (F1), caractérisé en ce que la première partie (PC) et la deuxième partie (PSR) sont formées respectivement par une série de premières plaques (12) et une série de deuxièmes plaques (14) dans un seul empilement présentant une direction d'empilement (D), et en ce que la réserve de fluide (70) est formée au moins en partie par une cavité créée directement dans cet empilement de plaques (12, 14). 2. Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 que la réserve de fluide (70) est formée au moins en partie dans les premières plaques (12). 3. Condenseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la réserve de fluide (70) est 30 délimitée par des premiers passages (48) des premières plaques (12) qui ont un contour identique et sont alignés dans la direction d'empilement (D) des plaques. 15 16 4. Condenseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les premiers passages (48) des premières plaques (12) sont entourés chacun par un bord relevé (50) pour permettre un assemblage étanche des premiers passages et former la réserve de fluide (70), de manière à interdire la circulation du fluide frigorigène (F1) et la circulation du fluide de refroidissement (F2). 5. Condenseur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les deuxièmes plaques (14) ont des deuxièmes passages (52) dans l'alignement des premiers passages (48) des premières plaques (12), les deuxièmes passages (52) étant alternativement ouverts pour permettre la circulation du fluide frigorigène (F1) et fermés pour interdire la circulation du fluide de refroidissement (F2). 6. Condenseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deuxièmes passages (52) des deuxièmes plaques (14) sont alternativement entourés par des bossages espacés (54) pour permettre la circulation du fluide frigorigène (F1) et entourés par un bord relevé (56) pour permettre un assemblage étanche et interdire la circulation du fluide de refroidissement (F2). 7. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une première plaque d'extrémité (16) et une deuxième plaque d'extrémité (18) fermant respectivement la série des premières plaques (12) et la série des deuxièmes plaques (14). 8. Condenseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la réserve de fluide (70) s'étend au moins entre lapremière plaque d'extrémité (16) et une deuxième plaque (14) commençant la série des deuxièmes plaques (14). 9. Condenseur selon l'une des revendications 7 et 8, 5 caractérisé en ce que la première plaque d'extrémité (16) ferme la réserve de fluide (70). 10. Condenseur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première plaque d'extrémité (16) comporte un capot 10 (82 ; 90) s'étendant à l'extérieur de l'empilement des plaques pour augmenter la capacité de la réserve de fluide (70). 11. Condenseur selon la revendication 10, caractérisé en ce 15 que le capot (82) est rapporté et brasé autour d'une ouverture (80) de la première plaque d'extrémité (16). 12. Condenseur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le capot (90) est formé par un embouti de la première 20 plaque d'extrémité (16). 13. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les premières plaques (12) délimitent de premiers canaux d'écoulement pour le fluide frigorigène 25 (F1) et de seconds canaux d'écoulement pour le fluide de refroidissement (F2), les premiers canaux alternant avec les seconds canaux, les premières plaques (12) comportant des passages de communication (32, 34 ; 40, 42) pour permettre le passage du fluide frigorigène (F1) et du 30 fluide de refroidissement (F2) d'un canal d'écoulement à l'autre, et en ce que les premières plaques (12) forment au moins deux passes (P1r P2, P3) sur le fluide frigorigène (F1) - 18 14. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les deuxièmes plaques (14) délimitent de premiers canaux d'écoulement pour le fluide frigorigène (F1) et de seconds canaux d'écoulement pour le fluide de refroidissement (F2), les premiers canaux alternant avec les seconds canaux, les deuxièmes plaques (14) comportant des passages de communication (32, 34 ; 40, 42) pour permettre le passage du fluide frigorigène (F1) et du fluide de refroidissement (F2) d'un canal d'écoulement à l'autre, et en ce que les deuxièmes plaques (14) forment au moins une passe (P,) sur le fluide frigorigène (F1). 15. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les premières plaques (12) et les deuxièmes plaques (14) délimitent un conduit de retour (74) pour le fluide frigorigène (F1) en sorte que ce fluide circule en au moins deux passes (P1, P2, P3) dans les première plaques (12), gagne ensuite une extrémité de la réserve de fluide (70), traverse cette réserve de fluide et la quitte à une autre extrémité pour gagner ensuite les deuxièmes plaques (14) via le conduit de retour (74). 16. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la réserve de fluide (70) est formée dans un réservoir tubulaire (72) logé dans la cavité aménagée dans les plaques. 17. Condenseur selon l'une des revendications 1 à 16, 30 caractérisé en ce que la réserve de fluide (70) comprend une cartouche filtrante et/ou déshydratante.