Brevet FR3062467A1 — publié le 20180803

Evaporateur pour installation de climatisation L'invention concerne un évaporateur pour une installation de climatisation de véhicule automobile. On connait par le brevet US4998580 un condenseur avec tubes et des ailettes. La présente invention vise notamment à améliorer la performance de refroidissement d'un évaporateur, à savoir la puissance de refroidissement par unité de surface pour un même débit d'air, lorsque le fluide de refroidissement est un réfrigérant à l'état supercritique, tel que du CO2 notamment. En effet le réfrigérant CO2, ou encore dénommé R744, impose de travailler à haute pression et avec un transport et un transfert de chaleur intenses. La présente invention vise à proposer un évaporateur qui soit optimal pour un réfrigérant de ce type, tel que celui R744. L'invention a ainsi pour objet un évaporateur pour une installation de climatisation de véhicule automobile, cet évaporateur comportant : une pluralité de tubes formant des canaux dans lesquels circule un fluide de refroidissement, ces tubes étant perpendiculaires à une direction transversale, o chaque canal présentant une hauteur (Tr) mesurée suivant cette direction transversale, o chaque tube présentant une hauteur (Th) mesurée suivant cette direction transversale, o chaque canal étant séparé d'une face extérieure du tube par une épaisseur (Td) mesurée suivant cette direction transversale, 3062467 2 o les tubes voisins sont séparés entre eux par un pas (Tp) mesuré suivant la direction transversale, au moins une ailette disposée dans un passage d'air formé entre deux tubes voisins, 5 évaporateur dans lequel la valeur Pr est choisie comme suit : 0,2034*Td+0,0427 Pr 0,2727*Td+0,1873 la valeur Pr étant définie par le rapport Th/Tp. Grâce à l'invention, l'évaporateur présente une performance 10 satisfaisante, optimisée en fonction des contraintes hydrauliques et aérauliques. Ceci est particulièrement avantageux lorsque le fluide de refroidissement est un réfrigérant à l'état supercritique, tel que du CO2 notamment. Afin d'obtenir la relation sur Pr ci-dessus, il a été procédé à une 15 étape d'optimisation hydraulique associée à la valeur Tr puis à une étape de choix de la valeur Td en fonction de contraintes de fabrication. Puis l'obtention de la relation Pr ci-dessus correspond à une étape d'optimisation aéraulique. Tr est un paramètre hydraulique lié au réfrigérant. 20 Selon l'un des aspects de l'invention, concernant l'optimisation hydraulique, la hauteur (Tr) des canaux est choisie comprise entre 0,39 et 0,88 mm. Grâce à des simulations numériques à chute de pression fixée, il a été constaté que dans cette plage de valeurs, la performance de refroidissement est maximum. 25 Selon l'un des aspects de l'invention, concernant la prise en compte des contraintes de fabrication, l'épaisseur (Td) est choisie comprise entre 0.15 et 0.4 mm. Les contraintes à prendre en compte sont notamment la pression d'éclatement des tubes et des contraintes de fabrication. Une 3062467 3 valeur Td trop faible génère un risque d'éclatement des tubes et une valeur Td trop élevée entraine une masse excessive des tubes. Selon l'un des aspects de l'invention, la distance entre les deux 5 boites collectrices est comprise entre 150 et 250 mm, notamment est substantiellement de 190 mm. Selon l'un des aspects de l'invention, la distance H entre les deux boites collectrices est comprise entre 150 mm et 250 mm, étant notamment de 190 mm. 10 Selon l'un des aspects de l'invention, l'épaisseur des ailettes est comprise entre 28 et 38 mm. Selon l'un des aspects de l'invention, la distance L entre les deux extrémités de faisceau, mesurée parallèlement aux boites collectrices, est comprise entre 230 mm et 560 mm. 15 Le nombre et les dimensions des tubes et des canaux sont de préférence un équilibre entre les contraintes du procédé d'extrusion, la limitation de la chute de pression de l'écoulement du réfrigérant et la résistance mécanique. Selon l'un des aspects de l'invention, les tubes étant réalisés dans 20 un matériau avec une anisotropie notamment supérieure à 0.6, les tubes étant notamment réalisés par extrusion et brasés, chacun des canaux ayant notamment une section transversale de forme allongée. Selon l'un des aspects de l'invention, l'évaporateur est agencé pour être disposé sur une ligne basse pression d'un système ou installation de 25 climatisation. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 3062467 4 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, un évaporateur selon un exemple de réalisation de l'invention, 5 - la figure 2 illustre, schématiquement et partiellement, en coupe, un faisceau de canaux l'évaporateur de la figure 1, - la figure 3 est un graphe qui illustre schématiquement la corrélation entre Td et Pr de l'évaporateur de la figure 1, - la figure 4 est un graphe qui illustre schématiquement la 10 corrélation entre Tr et la performance de l'évaporateur de la figure 1, et - la figure 5 est un graphe qui illustre schématiquement la corrélation entre Pr et la performance de l'évaporateur de la figure 1. On a représenté sur la figure 1 un évaporateur 1 d'une installation de 15 climatisation à cycle de fonctionnement transcritique, qui comprend un compresseur rotatif (non représenté) entraîné, via un embrayage, par un élément tournant du moteur du véhicule. Le fluide de refroidissement ou fluide frigoporteur est un réfrigérant à l'état supercritique, tel que du CO2 notamment. 20 L'évaporateur 1 comporte deux boîtes collectrices 2 disposées en vis-à-vis. Entre les boîtes collectrices 2 est disposé un faisceau de canaux d'échange thermique 4 destinés à contenir le fluide réfrigérant, et disposés parallèles entre eux. Ces canaux 4 sont formés dans des tubes 5. Des ailettes de refroidissement 6 sont disposées entre les tubes 25 5. La figure 2 est une vue en coupe transversale suivant le plan P de la figure 1, de canaux 4 parallèles entre eux. Les tubes 5 sont réalisés dans un matériau avec une anisotropie notamment supérieure à 0.6. Les tubes 5 sont réalisés par extrusion et brasés. 3062467 5 Comme visible sur les figures 1 et 2, l'évaporateur 1 comporte : - la pluralité de tubes plats 5 formant les canaux 4 dans lesquels circule le fluide frigoporteur, ces tubes 5 étant perpendiculaires à une direction transversale D, 5 o chaque canal 4 présentant une hauteur Tr mesurée suivant cette direction transversale D, o chaque tube 5 plat présentant une hauteur Th mesurée suivant cette direction transversale D, o chaque canal 4 étant séparé d'une face extérieure 8 du 10 tube par une épaisseur Td mesurée suivant cette direction transversale D, o les tubes 5 voisins sont séparés entre eux par un pas Tp mesuré suivant la direction transversale D, - les ailettes 6 disposées dans des passages d'air formés entre 15 deux tubes voisins 5, évaporateur dans lequel la valeur Pr est choisie comme suit : 0,2034*Td+0,0427 Pr 0,2727*Td+0,1873 la valeur Pr étant définie par le rapport Th/Tp. 20 Le graphe de la figure 3 montre la relation entre la valeur Pr et Td pour obtenir une performance maximum. Afin d'obtenir la relation sur Pr ci-dessus, il a été procédé à une étape d'optimisation hydraulique associée à la valeur Tr puis à une étape de choix de la valeur Td en fonction de contraintes de fabrication. Puis 25 l'obtention de la relation Pr ci-dessus correspond à une étape d'optimisation aéraulique. Nous allons expliquer ces étapes en référence aux figures 3 à 5. Concernant l'optimisation hydraulique, la hauteur Tr des canaux est choisie comprise entre 0,39 et 0,88 mm, comme on peut le voir sur la figure 3062467 6 4. Grâce à des simulations numériques à chute de pression fixée, il a été constaté que dans ces plages de valeurs, la performance de refroidissement est maximum. Concernant la prise en compte des contraintes de fabrication, 5 l'épaisseur Td est choisie comprise entre 0.15 et 0.4 mm. Les contraintes à prendre en compte sont notamment la pression d'éclatement des tubes. Une valeur Td trop faible génère un risque d'éclatement des tubes et une valeur Td trop élevée entraine une masse excessive des tubes. Quant à l'optimisation aéraulique, la figure 5 montre la relation entre 10 la valeur Pr (qui est égale à Th/Tp) pour différentes valeurs Fh et pour Td=0,3 mm, Fh étant la hauteur des ailettes entre lesquelles circule l'air. La valeur Pr retenue pour une valeur Fh donnée est comprise dans une plage autour de la valeur Pr donnant la performance maximale plus ou moins 2%. L'optimisation hydraulique illustrée à la figure 4 et l'optimisation 15 aéraulique illustrée à la figure 5, en combinaison avec le choix sur la valeur Td, permet d'obtenir la relation illustrée à la figure 3. La distance H entre les deux boites collectrices est de 190 mm. Le pas d'ailettes et l'épaisseur d'ailette sont de préférence définis 20 par la manufacturabilité, la limitation de la chute de pression et la protection anti-corrosion. Le nombre et les dimensions des tubes et des canaux sont de préférence un équilibre entre les contraintes du procédé d'extrusion, la limitation de la chute de pression de l'écoulement du réfrigérant et la 25 résistance mécanique. REVENDICATIONS1. Evaporateur pour une installation de climatisation de véhicule automobile, cet évaporateur comportant : - une pluralité de tubes formant des canaux dans lesquels circule un fluide de refroidissement, ces tubes étant perpendiculaires à une direction transversale, o chaque canal présentant une hauteur (Tr) mesurée suivant cette direction transversale, o chaque tube présentant une hauteur (Th) mesurée suivant cette direction transversale, o chaque canal étant séparé d'une face extérieure du tube par une épaisseur (Td) mesurée suivant cette direction transversale, o les tubes voisins sont séparés entre eux par un pas (Tp) mesuré suivant la direction transversale, - au moins une ailette disposée dans un passage d'air formé entre deux tubes voisins, évaporateur dans lequel la valeur Pr est choisie comme suit : 0,2034*Td+0,0427 Pr 0,2727*Td+0,1873 la valeur Pr étant définie par le rapport Th/Tp. 2. Evaporateur selon la revendication précédente, la hauteur (Tr) des canaux est choisie comprise entre 0,39 et 0,88 mm. 3. Evaporateur selon la revendication 1 ou 2, l'épaisseur (Td) est choisie comprise entre 0.15 et 0.4 mm.