Brevet FR3028928A1 — publié le 20160527

DISTRIBUTEUR DE FLUIDE FRIGORIGENE, INSTALLATION FRIGORIFIQUE ET METHODE DE FABRICATION La présente invention concerne un distributeur de fluide frigorigène pour évaporateur intratubulaire, une installation frigorifique comprenant un tel distributeur, ainsi qu'une méthode de fabrication d'un tel distributeur. Une installation frigorifique comporte généralement un circuit de refroidissement fermé, équipé de quatre organes principaux : un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeur. Le détendeur reçoit le fluide frigorigène à l'état liquide sous haute pression, et abaisse sa pression pour ramener le fluide à l'état diphasique. Un distributeur est placé sur le circuit et homogénéise le mélange liquide-gazeux à l'entrée du faisceau tubulaire. Un but de la présente invention est de proposer un nouveau distributeur de fluide frigorigène permettant d'améliorer le rendement d'une installation de fluide frigorigène. A cet effet, l'invention a pour objet un distributeur de fluide frigorigène, comprenant : - une partie annulaire centrée sur un axe et pourvue de premiers moyens de liaison avec un organe d'alimentation en fluide frigorigène, - un disque d'extrémité décalé le long de l'axe par rapport à la partie annulaire et délimitant avec la partie annulaire une zone d'écoulement du fluide frigorigène. Grâce à l'invention, le fluide est forcé de circuler dans les zones d'écoulement, selon une direction radiale. Les zones d'écoulement débouchent dans une chambre de distribution dont les parois bloquent l'écoulement du fluide, ce qui crée un flux hautement turbulent et limite l'alimentation préférentielle des tubes situés directement en face de la conduite d'alimentation du fluide frigorigène. Ainsi la distribution du fluide est améliorée. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel distributeur peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - Le distributeur comprend des deuxièmes moyens de liaison entre la partie annulaire et le disque d'extrémité. - La partie annulaire et le disque d'extrémité sont des pièces séparées. - La partie annulaire et le disque d'extrémité sont en une seule pièce. - Les deuxièmes moyens de liaison comprennent des ponts de matière entre la partie annulaire et le disque d'extrémité. - Le distributeur comprend plusieurs parties annulaires décalées entre elles le long de l'axe, une zone d'écoulement étant délimitée entre deux parties annulaires adjacentes. 3028928 2 - La partie annulaire et le disque d'extrémité sont en acier. - La zone d'écoulement comprend plusieurs parties en forme de portions d'anneau dont les extrémités sont délimitées par les deuxièmes moyens de liaison. Un autre aspect de l'invention concerne une installation frigorifique qui comprend 5 un distributeur tel que mentionné ci-dessus, un organe d'alimentation en fluide frigorigène étant relié à la partie annulaire du distributeur par les moyens de liaison, et les zones de d'écoulement débouchant dans une chambre de distribution. L'invention concerne également une méthode de fabrication d'un distributeur tel que mentionné ci-dessus et dont la partie annulaire et le disque d'extrémité sont en une 10 seule pièce. Ce procédé comprend des étapes dans lesquelles : - on dispose d'une tôle circulaire centrée sur l'axe, - des encoches en forme de portion d'anneau et séparées entre elles par des ponts de matière sont ménagées le long d'un contour circulaire centré sur l'axe et séparant la partie annulaire du disque d'extrémité, 15 - les ponts de matière sont déformés par emboutissage pour décaler le long de l'axe la partie annulaire du disque d'extrémité. L'invention sera mieux comprise et d'autres aspects de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un distributeur de fluide frigorigène conforme à l'invention, et de se sa méthode de fabrication, donnée 20 uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un distributeur de fluide frigorigène conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue de face du distributeur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue latérale du distributeur de la figure 1 ; 25 - la figure 4 est une coupe longitudinale à plus petite échelle du distributeur de la figure 1, monté sur une conduite d'alimentation en fluide frigorigène ; - la figure 5 est une vue de face schématique du distributeur de la figure 1, monté dans une chambre de distribution ; - la figure 6 est une vue de face d'un distributeur de fluide frigorigène conforme à 30 un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 7 est une coupe longitudinale du distributeur de la figure 6. Les figures 1 à 5 montrent un distributeur 100 de fluide frigorigène centré sur un axe A. Le distributeur 100 comporte une face arrière AR et une face avant AV opposées, perpendiculaires à l'axe A. 35 Le distributeur 100 comporte quatre parties annulaires 1, 2, 3 et 4 de diamètre décroissant, décalées le long de l'axe A, et centrées et perpendiculaires à cet axe. La 3028928 3 première partie 1 a une face arrière qui définit la face arrière AR du distributeur 100. On note D1 le diamètre extérieur de la première partie 1 et D2 son diamètre intérieur. La face avant AV du distributeur 100 est définie par une partie ou disque d'extrémité 5 perpendiculaire à l'axe A et centrée sur cet axe. 5 Le distributeur 100 est de forme globalement conique, avec son côté de grand diamètre défini par la première partie annulaire 1 et son côté de petit diamètre défini par le disque d'extrémité 5. On note V un volume intérieur du distributeur 100. La première partie 1 est pourvue de premiers moyens de liaison avec un organe d'alimentation C en fluide frigorigène, visible à la figure 4. Par exemple, il s'agit de la boîte 10 d'entrée d'un évaporateur. Les premiers moyens de liaison comprennent des trous, par exemple trois premiers trous 11 espacés angulairement de 120° autour de l'axe A. Des vis 111, représentées à la figure 4 uniquement pour la clarté du dessin, sont utilisées pour fixer le distributeur 100 à l'organe C et coopèrent avec les trous 11. La première partie 1 comprend des deuxièmes moyens de liaison avec la 15 deuxième partie annulaire 2 du distributeur 100. Les deuxièmes moyens de liaison comprennent des trous 12 pour le passage de boulons 10 représentés par un trait d'axe aux figures 1 à 3. Les boulons 10 espacés angulairement de manière homogène. Dans l'exemple représenté sur les figures, la première partie annulaire 1 comporte quatre deuxièmes trous 12 espacés angulairement de 90° et décalés angulairement par rapport 20 aux premiers trous 11. Le diamètre extérieur D2 de la deuxième partie 2 est égal au diamètre intérieur D2 de la première partie 1. La deuxième partie annulaire 2 comporte des moyens de liaison avec la première partie annulaire 1, à savoir des trous 21 avec lesquels les boulons 10 coopèrent. Les trous 21 sont ménagés dans des pattes 23 qui s'étendent radialement 25 vers l'extérieur. Des premières entretoises 6, par exemple des rondelles, sont montées entre les parties 1 et 2 au moyen de ces boulons 10. Ainsi, les parties 1 et 2 sont décalées l'une par rapport à l'autre le long de l'axe A, de sorte qu'une première zone ou fente d'écoulement Z1 circulaire centrée sur l'axe A est délimitée entre un bord intérieur B12 circulaire de la première partie 1 et un bord extérieur B21 circulaire de la deuxième 30 partie 2. La première zone Z1 comprend plusieurs parties en forme de portion d'anneau dont les extrémités sont délimitées par les boulons 10. Le diamètre extérieur D3 de la troisième partie 3 est égal au diamètre intérieur D3 de la deuxième partie 2. La troisième partie annulaire 3 comporte des moyens de liaison avec la deuxième partie annulaire 2, à savoir des trous 31 avec lesquels des boulons 10 35 coopèrent. Les trous 31 sont ménagés dans des pattes 33 qui s'étendent radialement vers l'extérieur. Des deuxièmes entretoises 7 sont montées entre les parties 2 et 3 au 3028928 4 moyen de ces boulons 10. Ainsi, les parties 2 et 3 sont décalées l'une par rapport à l'autre le long de l'axe A, de sorte qu'une deuxième zone ou fente d'écoulement Z2 circulaire, centrée sur l'axe A, est délimitée entre un bord intérieur B22 circulaire de la deuxième partie 2 et un bord extérieur B31 circulaire de la troisième partie 3. La deuxième zone Z2 5 comprend plusieurs parties en forme de portion d'anneau dont les extrémités sont délimitées par les boulons 10. Le diamètre extérieur D4 de la quatrième partie 4 est égal au diamètre intérieur D4 de la troisième partie 3. La quatrième partie annulaire 4 comporte des moyens de liaison avec la troisième partie annulaire 3, à savoir des trous 41 avec lesquels des boulons 10 10 coopèrent. Les trous 41 sont ménagés dans des pattes 43 qui s'étendent radialement vers l'extérieur. Des troisièmes entretoises 8 sont montées entre les parties 3 et 4 au moyen de ces boulons 10. Ainsi, les parties 3 et 4 sont décalées l'une par rapport à l'autre le long de l'axe A, de sorte qu'une troisième zone ou fente d'écoulement Z3 circulaire, centrée sur l'axe A, est délimitée entre un bord intérieur B32 circulaire de la troisième 15 partie 3 et un bord extérieur B41 circulaire de la quatrième partie 4. La troisième zone Z3 comprend plusieurs parties en forme de portion d'anneau dont les extrémités sont délimitées par les boulons 10. Le diamètre extérieur D5 du disque d'extrémité 5 est égal au diamètre intérieur D5 de la quatrième partie 4. Le disque d'extrémité 5 comporte des moyens de liaison avec la 20 quatrième partie annulaire 4, à savoir des trous 51 avec lesquels des boulons 10 coopèrent. Les trous 51 sont ménagés dans des pattes 53 qui s'étendent radialement vers l'extérieur. Des quatrièmes entretoises 9 sont montées entre la quatrième partie annulaire 4 et le disque d'extrémité 5 au moyen des boulons 10. Ainsi, la quatrième partie annulaire 4 et le disque d'extrémité 5 sont décalées l'une par rapport à l'autre le long de 25 l'axe A, de sorte qu'une quatrième zone ou fente d'écoulement Z4 circulaire, centrée sur l'axe A est délimitée entre un bord intérieur B42 circulaire de la quatrième partie 4 et un bord extérieur B51 circulaire de la plaque d'extrémité 5. La quatrième zone Z4 comprend plusieurs parties en forme de portion d'anneau, dont les extrémités sont délimitées par les boulons 10. 30 Pour la clarté du dessin, les entretoises 6 à 9 sont représentées à la figure 2 en traits pointillés, et sont également visibles à la figure 3. Ainsi, les zones d'écoulement Z1 à Z3 sont délimitées entre deux parties annulaires 1 à 4 adjacentes, et la zone d'écoulement Z4 est délimitée entre la dernière partie annulaire 4 et le disque d'extrémité 5. 3028928 5 Dans ce premier mode de réalisation, les parties annulaires 1 à 4 et le disque d'extrémité 5 sont des pièces séparées. Ces pièces sont réalisées de préférence en acier, par exemple par découpage de tôles. Le distributeur 100 fait partie d'une installation frigorifique qui comporte de manière 5 classique un circuit de refroidissement fermé équipé de quatre organes principaux, à savoir un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeur. Le distributeur 100 est placé à la sortie du détendeur et les zones d'écoulement Z1 à Z4 débouchent dans une entrée d'une chambre de distribution 102 visible aux figures 4 et 5, et délimitée par des parois 103. La chambre de distribution 102 forme la boîte d'entrée C d'un 10 évaporateur tubulaire et comporte également des sorties, non visibles sur ces figures. Comme visible à la figure 4, la première partie annulaire 1 est en contact avec une plaque de la boîte d'entrée C de l'évaporateur tubulaire, délimitant l'une des parois 103 de la chambre de distribution 102. Une conduite d'alimentation en fluide frigorigène est percée dans l'épaisseur de la plaque. 15 Les trous 11 étant centrés sur l'axe A, ils permettent de centrer la conduite d'alimentation sur l'axe A du distributeur 100. En fonctionnement, un écoulement de fluide frigorigène F circule dans la conduite C, le long de l'axe A et dans un sens allant de la face arrière AR vers la face avant AV du distributeur 100. L'écoulement F passe à l'intérieur de la première partie annulaire 1 et 20 pénètre dans le volume intérieur V du distributeur 100. L'écoulement F étant bloqué par le disque d'extrémité 5, il est forcé de s'écouler au travers des zones d'écoulement Z1 à Z4 pour entrer dans la chambre de distribution 102. L'écoulement F est séparé en plusieurs écoulements secondaires F1 à F4 qui sortent du volume intérieur V du distributeur 100 en passant chacun au travers de l'une des fentes Z1 à Z4. Compte tenu de la géométrie du 25 distributeur 100, chaque écoulement secondaire s'écoule selon une direction radiale par rapport à l'axe A, à la sortie du distributeur 100. Des parois 103 de la chambre de distribution 102 bloquent les écoulements secondaires F1 à F4, comme représenté par les flèches à la figure 5, ce qui crée de fortes turbulences évitant la séparation des phases liquide et gazeuse. Ainsi, le fluide frigorigène 30 a une bonne homogénéité, en particulier en ce qui concerne la répartition entre la phase liquide et la phase gazeuse. La suite de la description concerne un distributeur 101 de fluide frigorigène conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté aux figures 6 et 7. Dans la suite, les éléments du distributeur 101 analogues à ceux du distributeur 35 100 portent les mêmes références numériques. On ne décrit pas en détail les éléments du distributeur 101 similaires à ceux du distributeur 100. 3028928 6 Le distributeur 101 comprend quatre parties annulaires 1, 2, 3 et 4 ainsi qu'un disque d'extrémité 5. Le distributeur 101 se distingue du distributeur 100 en ce que les parties annulaires 1, 2, 3 et 4 et le disque d'extrémité 5 sont en une seule pièce. Le distributeur est fabriqué à partir d'un flan de tôle circulaire, centré sur l'axe A, 5 par exemple en acier. Des encoches en forme de portion d'anneau sont ménagées le long de contours circulaires concentriques, centrés sur l'axe A et séparant entre eux les parties annulaires 1 à 4 et le disque d'extrémité 5. Sur un même contour circulaire, plusieurs encoches sont séparées entre elles par des ponts de matière, par exemple quatre ponts de matière 106, 10 107, 108 et 109 espacés angulairement de 90°. Les ponts de matière 106 à 109 présents sur un même contour circulaire sont décalés angulairement par rapport aux ponts de matière présents sur le ou les contours circulaires adjacents. Des trous 11 sont percés sur la première partie annulaire 1 pour la liaison du 15 distributeur avec la boite d'entrée de l'évaporateur, en assurant le centrage avec l'axe A de la tubulure d'entrée du frigorigène. Les ponts de matière 106 à 109 sont déformés par emboutissage de la tôle circulaire, afin de décaler graduellement le long de l'axe A les parties annulaires 1 à 4 et le disque d'extrémité. La tôle prend ainsi une forme globalement tronconique, centrée sur 20 l'axe A. Les ponts de matière 106 à 109 constituent des moyens de liaison entre les parties annulaire 1 à 4 et le disque d'extrémité 5. Les parties 1 à 4 et le disque d'extrémité 5 sont en une seule pièce. Les encoches ménagées dans le flan de tôle forment les zones d'écoulement Z1 à Z4. Cette méthode permet de fabriquer rapidement et à bas coût un distributeur 101 25 de fluide frigorigène efficace. Le fonctionnement du distributeur 101 est le même que celui du distributeur 100. Les distributeurs 100 et 101 représentés sur les figures comportent chacun quatre parties annulaires 1 à 4 et par conséquent quatre zones d'écoulement Z1 à Z4. En variante, le nombre de parties annulaires est égal à un, deux, trois ou à un nombre supérieur à 30 quatre. Un distributeur selon l'invention comporte ainsi au moins une partie annulaire et un disque d'extrémité 5. Dans le cas où le distributeur 100 ou 101 comporte plusieurs parties annulaires, chaque partie annulaire 1 à 4 comporte des moyens de liaison avec la conduite C. Pour la première partie 1, ces moyens de liaison font formés par les trous 11. Chacune des 35 parties annulaires suivantes 2, 3 et 4 sont reliées à la conduite C indirectement, par la ou les parties annulaires 3 et 4 de plus grand diamètre, situées en aval, grâce aux pattes 23, 3028928 7 33, 43 et 53 et aux trous 21, 31, 41 et 51, qui forment des moyens de liaison entre la conduite C et cette partie annulaire. Dans le cadre de l'invention, les différents modes de réalisation et les variantes décrits peuvent être combinés entre eux, au moins de manière partielle. 5 REVENDICATIONS1.- Distributeur (100 ; 101) de fluide frigorigène, comprenant : - une partie annulaire (1-4) centrée sur un axe (A) et pourvue de premiers moyens de liaison (11, 111, 2, 3) avec un organe d'alimentation (C) en fluide frigorigène, - un disque d'extrémité (5) décalé le long de l'axe (A) par rapport à la partie annulaire (1-4) et délimitant avec la partie annulaire (1-4) une zone (Z1-Z4) d'écoulement (F1-F4) du fluide frigorigène. 2.- Distributeur (100 ; 101) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des deuxièmes moyens de liaison (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43, 51, 53 ; 106, 107, 108, 109) entre la partie annulaire (1-4) et le disque d'extrémité (5). 3.- Distributeur (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie annulaire (1-4) et le disque d'extrémité (5) sont des pièces séparées. 4.- Distributeur (101) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie annulaire (1-4) et le disque d'extrémité (5) sont en une seule pièce. 5.- Distributeur (101) selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de liaison comprennent des ponts de matière (106, 107, 108, 109) entre la partie annulaire (1-4) et le disque d'extrémité (5). 6.- Distributeur (100 ; 101) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs parties annulaires (1-4) décalées entre elles le long de l'axe (A), une zone d'écoulement (Z1-Z4) étant délimitée entre deux parties annulaires (1-4) adjacentes. 7.- Distributeur (100 ; 101) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie annulaire (1-4) et le disque d'extrémité (5) sont en acier. 8.- Distributeur (100 ; 101) selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la zone (Z1-Z4) d'écoulement (F1-F4) comprend plusieurs parties en forme de portions d'anneau dont les extrémités sont délimitées par les deuxièmes moyens de liaison (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43, 51, 53 ; 106, 107, 108, 109). 3028928 9 9.- Installation frigorifique, caractérisée en ce qu'elle comprend un distributeur (100 ; 101) selon l'une des revendications précédentes, une conduite de fluide frigorigène (C) étant reliée à la partie annulaire (1-4) du distributeur par les moyens de liaison (11), et les 5 zones de d'écoulement (Z1-Z4) débouchant dans une chambre de distribution (102). 10.- Méthode de fabrication d'un distributeur (101) selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des étapes dans lesquelles : - on dispose d'une tôle circulaire centrée sur l'axe (A) 10 - des encoches en forme de portion d'anneau et séparées entre elles par des ponts de matière (106-109) sont ménagées le long d'un contour circulaire centré sur l'axe (A), les encoches séparant la partie annulaire (1-4) du disque d'extrémité (5) et formant la zone d'écoulement (Z1-Z4), - les ponts de matière (106-109) sont déformés par emboutissage de la tôle pour 15 décaler le long de l'axe (A) la partie annulaire (1-4) par rapport au disque d'extrémité (5).