Brevet FR3059406A1 — publié le 20180601

Dispositif de mixage d'un fluide réfrigérant à l'intérieur d'une boîte collectrice d'un échangeur thermique pour une installation de conditionnement d'air d'un véhicule Le domaine de la présente invention est celui des échangeurs thermiques équipant les installations de conditionnement d'air pour un véhicule, notamment automobile. L'invention relève plus spécifiquement des modalités de distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur d'une boîte collectrice que comporte un tel échangeur thermique. Un véhicule est couramment équipé d'une installation de conditionnement d'air pour traiter thermiquement l'air présent ou envoyé dans l'habitacle du véhicule. Une telle installation comprend un circuit fermé à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant. Successivement suivant le sens de circulation du fluide réfrigérant à son travers, le circuit comprend essentiellement un compresseur, un condenseur, un détendeur et au moins un échangeur thermique. L'échangeur thermique comporte couramment un faisceau de tubes interposés entre une boîte collectrice et une boîte de renvoi du fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant est admis à travers une bouche d'entrée à l'intérieur d'une boîte collectrice, circule suivant des chemins successifs dans les tubes du faisceau entre la boîte collectrice et une boîte de renvoi, puis est évacué hors de l'échangeur thermique à travers une bouche de sortie. La bouche de sortie est susceptible d'être ménagée à travers la boîte collectrice ou à travers la boîte de renvoi. L'échangeur thermique est par exemple un évaporateur procurant un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air le traversant. Dans ce cas, le fluide réfrigérant circule à l'intérieur des tubes du faisceau et le flux d'air circule le long des tubes du faisceau pour son refroidissement. Un problème posé réside dans le fait que le fluide réfrigérant est à l'état diphasique liquide/gazeux lorsqu'il est admis à l'intérieur de l'échangeur thermique. Du fait de la différence entre les propriétés physiques entre le liquide et le gaz, le fluide réfrigérant tend à se séparer entre sa phase liquide et sa phase gazeuse. 3059406 2 Il en résulte une hétérogénéité de l'alimentation des tubes du faisceau au regard des différentes phases du fluide réfrigérant, selon leur position par rapport à la bouche d'entrée du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boîte collectrice. Plus particulièrement, les tubes du faisceau situés au plus proche de la bouche d'entrée sont principalement alimentés en 5 liquide et inversement les tubes du faisceau les plus éloignés de la bouche d'entrée sont principalement alimentés en gaz. Ce phénomène génère une hétérogénéité de la température du flux d'air qui a traversé l'échangeur thermique en fonctionnement. Cette hétérogénéité complique la 10 gestion thermique de l'appareil qui reçoit l'échangeur thermique et in fine implique des écarts de températures entre deux zones de l'habitacle, alors que la même température de flux d'air est demandée. Il est connu de loger un conduit pourvu d'une pluralité d'orifices à l'intérieur d'une 15 boîte collectrice. Le fluide réfrigérant en phase liquide est ainsi projeté à travers les orifices sous forme de gouttelettes sur la totalité de la longueur du conduit, tel qu'il ressort du document EP 2 392 886 A2. Une telle organisation n'est cependant pas optimale du point de vue de 20 l'homogénéisation de la température du flux d'air en sortie de l'échangeur thermique. La présente invention a pour objet un dispositif de mixage d'un fluide réfrigérant configuré pour être logé à l'intérieur d'une boîte collectrice d'un échangeur thermique sur laquelle débouchent des tubes d'un faisceau de tubes que comporte l'échangeur thermique. 25 Le dispositif de mixage est notamment destiné à mélanger une phase gazeuse avec une phase liquide du fluide réfrigérant distribué par le dispositif de mixage à l'intérieur de la boîte collectrice. L'invention a aussi pour objet un échangeur thermique comprenant une boîte 30 collectrice logeant un dispositif de mixage conforme à l'invention. L'échangeur thermique est notamment agencé pour équiper une installation de conditionnement d'air d'un véhicule, notamment automobile. 3059406 Un but de l'invention est de parfaire l'homogénéité de la température de l'échangeur thermique en fonctionnement et finalement d'améliorer son rendement. Il est plus spécifiquement visé par l'invention de parfaire une distribution dans la boîte collectrice du fluide réfrigérant de manière homogène entre sa phase liquide et sa phase gazeuse. 5 Il est encore plus spécifiquement visé par l'invention de procurer une alimentation homogène en fluide réfrigérant des tubes du faisceau débouchant sur la boîte collectrice. Il est notamment visé de proposer une boîte collectrice logeant un dispositif de mixage apte à alimenter en fluide réfrigérant les tubes du faisceau de l'échangeur thermique, en procurant 10 une homogénéisation performante du fluide réfrigérant entre sa phase liquide et sa phase gazeuse, et une distribution homogène du fluide réfrigérant à l'intérieur de chacun des tubes du faisceau. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de mixage et une boîte 15 collectrice logeant le dispositif de mixage pouvant être obtenus industriellement à moindres coûts. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de mixage et une boîte collectrice logeant le dispositif de mixage, dont l'organisation permette son adaptation 20 aisée et à moindres coûts à des échangeurs thermiques de structures diverses. Une telle diversité de structures des échangeurs thermiques est notamment à apprécier au regard du nombre de tubes du faisceau qu'ils comportent, des modalités de circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur thermique et/ou des positions 25 relatives entre la bouche d'entrée et la bouche de sortie du fluide réfrigérant que comporte l'échangeur thermique. Le dispositif de mixage de l'invention comprend un conduit d'axe longitudinal pourvu d'une bouche d'entrée pour l'admission du fluide réfrigérant dans le conduit et d'au 30 moins un orifice pour la pulvérisation du fluide réfrigérant hors du conduit. Le conduit loge un mélangeur comprenant au moins un organe de mélange du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit et au moins une paroi qui entoure l'organe de mélange en interposition entre l'organe de mélange et le conduit. 4 3059406 En d'autres termes, le dispositif de mixage comprend le conduit dans lequel est logé un mélangeur comprenant au moins un organe de mélange entouré d'une paroi du mélangeur qui est placée en interposition entre l'organe de mélange et le conduit. La paroi du mélangeur forme une peau enveloppant l'organe de mélange en délimitant à l'intérieur 5 du conduit un canal logeant l'organe de mélange. La paroi du mélangeur est notamment configurée en un tube qui loge l'organe de mélange et qui est interposé entre l'organe de mélange et le conduit. Le tube communique avec la bouche d'entrée et avec l'orifice pour l'admission et la circulation du fluide 10 réfrigérant à travers l'organe de mélange préalablement à son évacuation hors du conduit à travers l'orifice. La communication entre le tube et la bouche d'entrée et/ou l'orifice est comprise comme étant une communication fluidique entre eux. Une telle communication est apte à 15 procurer une circulation d'un fluide, notamment le fluide réfrigérant, entre deux organes, tel que par exemple le tube ou le canal, la bouche d'entrée, l'orifice, l'organe de mélange et le conduit. D'une manière générale et par la suite, la notion de communication entre des organes est considérée comme une communication fluidique autorisant le passage d'un fluide de l'un à l'autre des organes, notamment le fluide réfrigérant. 20 Un chemin de circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit est ainsi défini entre la bouche d'entrée et l'orifice, via l'évidement intérietir du conduit qui loge le mélangeur comprenant l'organe de mélange enveloppé de la peau formée par la paroi du mélangeur. Le fluide réfrigérant admis à l'intérieur du dispositif de mixage à travers la 25 bouche d'entrée circule à l'intérieur du canal le long de l'organe de mélange, ce qui procure un mélange entre une phase gazeuse et une phase liquide du fluide réfrigérant préalablement à son évacuation hors du dispositif de mixage à travers le ou les orifices. L'organe de mélange est susceptible de présenter une structure fragile et/ou 30 facilement déformable sous l'effet des contraintes et/ou des efforts qu'il subit. De tels contraintes et/ou efforts sont par exemple causés par la manipulation du mélangeur et/ou sous l'effet des variations de température qu'il doit supporter lorsque le dispositif de mixage est en fonctionnement. 5 3059406 La paroi du mélangeur est avantageusement structurée en organe de rigidification de l'organe de mélange. Ainsi, la paroi du mélangeur confère à l'organe de mélange sa tenue mécanique 5 intrinsèque facilitant la manipulation du mélangeur pour son montage dans le conduit. Cette rigidification de l'organe de mélange améliore également sa tenue mécanique pendant les variations de températures supportées par le dispositif de mixage en fonctionnement. L'enveloppement de l'organe de mélange par la peau est organisé pour rigidifier l'organe de mélange, qui peut ainsi être spécifiquement structuré de manière à 10 procurer les meilleurs résultats visant à mélanger le fluide réfrigérant entre une phase liquide et une phase gazeuse à l'intérieur du canal. La paroi du mélangeur, autrement appelé peau du mélangeur, forme aussi avantageusement un organe de canalisation du fluide réfrigérant, qui est apte à guider le 15 fluide réfrigérant circulant dans le conduit à travers l'organe de mélange et à le diriger vers le ou les orifices, pour son évacuation hors du conduit. En d'autres termes, la paroi du mélangeur délimite le canal qui loge l'organe de mélange entre la bouche d'entrée et l'orifice avec lesquels le canal est communiquant. Le 20 canal ménage un chemin de circulation du fluide réfrigérant à travers l'organe de mélange entre la bouche d'entrée et le ou les orifices. Ce guidage force le fluide réfrigérant à venir en contact contre et à traverser l'organe de mélange le long du chemin de circulation. Diverses modalités peuvent être prévues pour organiser la communication entre le 25 canal délimité par la paroi du mélangeur et l'orifice. Il est cependant préféré une forme de réalisation, selon laquelle la paroi du mélangeur est ajourée pour autoriser le passage du fluide réfrigérant depuis l'organe de mélange vers l'orifice. Plus particulièrement, la paroi du mélangeur comporte au moins une ouverture à 30 travers laquelle le fluide réfrigérant est apte à circuler depuis l'organe de mélange vers l'orifice. Les débouchés de l'ouverture sont notamment placés en communication avec le ou les orifices et avec le canal formé par la paroi du mélangeur et logeant l'organe de mélange. L'ouverture est notamment disposée en vis-à-vis d'au moins un orifice. L'ouverture 3059406 6 débouche sur le ou les orifices pour procurer une évacuation du fluide réfrigérant hors du mélangeur directement vers un ou plusieurs orifices. Selon une forme de réalisation, l'ouverture est formée par une fente ménagée dans la 5 paroi du mélangeur et débouchant sur plusieurs orifices que comporte le conduit. Selon une autre forme de réalisation, l'ouverture est formée de plusieurs trous ménagés dans la paroi du mélangeur, chaque trou débouchant sur au moins un orifice parmi plusieurs orifices que comporte le conduit. L'ouverture est susceptible d'être formée 10 d'au moins une fente et d'au moins un trou, au moins une fente pouvant être interposée entre au moins deux trous. Selon une forme de réalisation et dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit et pour une ouverture débouchant sur un nombre N d'orifices, la section de 15 l'ouverture est comprise entre 10% et 30% des sections cumulées des N orifices. Autrement exprimé, la section d'une ouverture débouchant sur un nombre N d'orifices dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit répond à la règle suivante : 20 10%* N * S1 REVENDICATIONS1. Dispositif de mixage (19) destiné à mélanger une phase gazeuse avec une phase liquide d'un fluide réfrigérant (FR) et configuré pour être logé à l'intérieur d'une boîte collectrice (7) d'un échangeur thermique (5), le dispositif de mixage (19) comprenant un conduit (14) d'axe longitudinal (Al) pourvu d'une bouche d'entrée (10) pour l'admission du fluide réfrigérant (FR) dans le conduit (14) et d'au moins un orifice (17) pour la pulvérisation du fluide réfrigérant (FR) hors du conduit (14), le conduit (14) logeant un mélangeur (21) comprenant au moins un organe de mélange (22) du fluide réfrigérant (FR) à l'intérieur du conduit (14) et au moins une paroi (23) qui entoure l'organe de mélange (22) en interposition entre l'organe de mélange (22) et le conduit (14). 2. Dispositif de mixage (19) selon la revendication précédente, dans lequel la paroi (23) du mélangeur (21) est structurée en organe de rigidification de l'organe de mélange (22). 3. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi (23) du mélangeur (21) forme un organe de canalisation du fluide réfrigérant (FR) apte à guider le fluide réfrigérant (FR) circulant dans le conduit (14) le long de l'organe de mélange (22) et à le diriger vers l'orifice (17) pour son évacuation hors du conduit (14). 4. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi (23) du mélangeur (21) est ajourée pour autoriser le passage du fluide réfrigérant (FR) depuis l'organe de mélange (22) vers l'orifice (17). 5. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi (23) du mélangeur (21) comporte au moins une ouverture (26) à travers laquelle le fluide réfrigérant (FR) est apte à circuler depuis l'organe de mélange (22) vers ledit au moins un orifice (17). 6. Dispositif de mixage (19) selon la revendication 5, dans lequel l'ouverture (26) est disposée en vis-à-vis d'au moins un orifice (17). 3059406 26 7. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, dans lequel l'ouverture (26) est formée par une fente (26b) débouchant sur plusieurs orifices (17) que comporte le conduit (14). 5 8. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l'ouverture (26) est formée de plusieurs trous (26a), chaque trou (26a) débouchant sur au moins un orifice (17) parmi plusieurs orifices (17) que comporte le conduit (14). 9. Dispositif de mixage (19) l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel 10 dans un plan perpendiculaire (PT) à l'axe longitudinal (A1) du conduit (14) et pour une ouverture (26) débouchant sur un nombre N d'orifices (17), la section de l'ouverture (26) est comprise entre 10% et 30% des sections cumulées des N orifices (17). 10. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 dans lequel l'épaisseur (Cl) de la paroi (23) du mélangeur (21) est inférieure à 30% de la dimension de l'organe de mélange (22), mesurées dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal (Al) du conduit (14). 11. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20" dans lequel un jeu (J1) est ménagé entre le mélangeur (21) et le conduit (14) suivant une direction transverse (DT) par rapport à l'axe longitudinal (Al) du conduit (14). 12. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélangeur (21) et la paroi (14a) du conduit (14) sont en contact, le 25 mélangeur (21) et la paroi (14a) du conduit (14) étant solidaires l'un de l'autre. 13. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit (14) et le mélangeur (21) sont coaxiaux. 30 14. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plusieurs orifices (17) sont ménagés le long du conduit (14). 15. Dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe de mélange (22) est configuré pour diriger le fluide réfrigérant (FR) 27 3059406 vers la paroi (23) du mélangeur (21). 16. Echangeur thermique (5) comprenant une boîte collectrice (7) logeant un dispositif de mixage (19) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, et comprenant 5 des tubes (12) d'un faisceau (6) de tubes (12) débouchant sur la boîte collectrice (7) pour leur alimentation en fluide réfrigérant (FR) par le dispositif de mixage (19). 17. Echangeur thermique (5) selon la revendication 16, dans lequel le dispositif de mixage (19) est logé dans une chambre (9) délimitée par une paroi (7a) de la boîte 10 collectrice (7), un espace de circulation du fluide réfrigérant (FR) étant ménagé à l'intérieur de la chambre (9) au moins en partie autour du dispositif de mixage (19) vers des débouchés (24) des tubes (12) du faisceau (6) sur la chambre (9).