Brevet FR3063341A1 — publié le 20180831

Evaporateur pour installation de climatisation L'invention concerne un évaporateur pour une installation de climatisation de véhicule automobile. Les évaporateurs de systèmes de climatisation d'automobile sont soumis à une formation de condensat d'eau, du fait qu'ils sont froids et ont un air chaud humide soufflé presque continuellement sur eux. L'eau se condense sur les surfaces extérieures et les ailettes du tube ou de la plaque, en bloquant partiellement le flux d'air, en augmentant la résistance thermique et éventuellement en versant ou «crachant» de l'eau liquide dans le conduit du système. Un écran est souvent installé en aval de l'évaporateur pour bloquer l'évacuation de l'eau, ce qui ajoute des dépenses considérables. On connait par le brevet US 6 439 300 un évaporateur avec une certaine orientation des ailettes. La demande de brevet U52005217838 décrit un évaporateur avec des renfoncements de drainage. La présente invention vise à améliorer encore ce type d'évaporateur. Un rôle principal d'un évaporateur est d'assurer l'évaporation complète du fluide réfrigérant bi-phase. Durant l'évaporation, le fluide réfrigérant échange de la chaleur avec son environnement, plus précisément un écoulement d'air, à travers des tubes et des ailettes. L'air est refroidi et déshumidifié par ce procédé. La rétention d'eau dans l'évaporateur après condensation représente un problème. En effet il est souhaitable de réduire le risque de projection d'eau. Aussi il est requis d'avoir une quantité d'eau retenue qui ne dépasse pas une valeur seuil. 3063341 2 La condensation se produit dans la largeur des ailettes de l'évaporateur. Il est également requis par les constructeurs automobiles de ne pas projeter de gouttes d'eau dans l'habitacle à travers des ouvertures du 5 système de climatisation en fonctionnement, notamment de HVAC. Dans le cas d'un fluide réfrigérant qui est du CO2, le risque d'avoir des éjections d'eau est notable. L'invention a pour objet un évaporateur de véhicule automobile, comportant : 10 - un ensemble réservoir ayant une boite collectrice supérieure et une boite collectrice inférieure, - une pluralité de tubes, notamment de tubes extrudés, connectés fluidiquement, à leurs extrémités, aux boites collectrices, - une pluralité d'ailettes disposées entre les tubes, en contact avec 15 ces tubes, les ailettes ayant une largeur (W), mesurée perpendiculairement à un plan s'étendant de l'une des boites collectrices à l'autre, comprise entre 26 mm et 32 mm, et les ailettes présentant un pas d'ailettes (Fp) compris entre 1.3 mm et 1.5 mm, correspondant à un ratio X= Fp/VV compris entre 20 0.040 et 0.058. L'invention est particulièrement avantageuse dans la mesure où le déposant a constaté de manière exceptionnelle que, dans ces plages de valeurs, il est possible de limiter considérablement des éclaboussures 25 d'eau depuis l'évaporateur vers les sorties d'un HVAC et ceci évite d'avoir un impact sur la chute de pression d'air depuis le ventilateur de l'HVAC, le tout sans nuire au niveau de performance de refroidissement de l'évaporateur. 3063341 3 Selon un aspect de l'invention, les ailettes présentent une largeur (W) sensiblement égale à 32 mm. Le déposant a constaté de bons résultats de performance en termes de rétention d'eau et d'éjection d'eau notamment pour cette valeur 5 d'épaisseur de 32 mm. La valeur de rétention d'eau correspond à la quantité d'eau retenue dans l'évaporateur après un certain temps de condensation durant la mise en fonctionnement de la boucle de climatisation. Une valeur de rétention d'eau la plus basse possible est souhaitée afin de minimiser le risque de 10 projection d'eau. Par exemple cette masse d'eau ne doit pas excéder 20% de la masse de l'évaporateur avant et après la condensation dans certaines conditions de test. La valeur de projection d'eau correspond à la distance de projection des goutes d'eau pendant la condensation et lorsque le ventilateur de 15 l'HVAC est mis en route de 0% à 100% de capacité. Il est indispensable d'éviter que des gouttes d'eau ne soient projetées vers les sorties de l'HVAC et ne se retrouve dans l'habitacle. L'utilisation de fluide réfrigérant comme le CO2 (fluide encore appelé R744) impose une plus grande attention encore quant au risque de 20 projection d'eau durant des situations variables dans l'habitacle. Les pertes de pression de l'air soufflé à travers l'évaporateur sont de préférence minimales. Selon l'un des aspects de l'invention, l'évaporateur est agencé pour permettre une circulation en six passes de fluide réfrigérant. 25 Selon l'un des aspects de l'invention, l'évaporateur est agencé pour résister à une pression de fluide réfrigérant d'au moins 320 bars. Cette pression limite est encore appelée pression d'éclatement. Selon l'un des aspects de l'invention, les ailettes sont réalisées en aluminium, notamment à partir d'une feuille d'aluminium. 3063341 4 Les ailettes sont agencées pour permettre le transfert de chaleur du tube vers l'espace environnant les ailettes. La capacité d'échange de chaleur, que l'on souhaite la meilleure, peut être affectée par le matériau des ailettes, l'épaisseur du matériau des 5 ailettes, la quantité de fenêtres à persiennes, le nombre de persiennes par fenêtres, l'angle des persiennes, le joint de brasure entre les tubes et les ailettes. Selon l'un des aspects de l'invention, chaque ailette comporte deux fenêtres à persiennes. Les persiennes définissent des ouvertures formées 10 sur l'ailette. Deux fenêtres à persiennes signifient deux groupes de persiennes, notamment deux groupes séparés par un espace plus grand que l'espace séparant les persiennes au sein d'un groupe ou fenêtre. Ces persiennes permettent notamment d'offrir une meilleure performance pour l'évaporateur. 15 Une direction transversale est définie comme étant perpendiculaire aux tubes. Selon l'un des aspects de l'invention, lorsque les ailettes sont observées suivant la direction transversale les persiennes de la première fenêtre à persiennes sont inclinées vers le haut depuis l'entrée d'air de 20 l'évaporateur vers le centre de l'évaporateur de manière à diriger le flux d'air humide entrant vers le haut. L'angle d'inclinaison de ces persiennes est notamment compris entre 32° et 38°. Selon l'un des aspects de l'invention, lorsque les ailettes sont observées suivant la direction transversale (D), les persiennes de la 25 deuxième fenêtre à persiennes sont inclinées vers le bas depuis le centre de l'évaporateur vers la sortie d'air de l'évaporateur de manière à diriger le flux d'air humide sortant vers le bas. L'angle d'inclinaison de ces persiennes est notamment compris entre 32° et 38°. 3063341 5 Ainsi ces persiennes permettent de diriger les gouttes d'eau vers le bas à la sortie de l'évaporateur, et une récupération de ces gouttelettes est possible. Ceci permet d'éviter des projections d'eau à la sortie de l'évaporateur. 5 De plus les goutes d'eau sont mieux évacuées de l'évaporateur. Grâce à l'invention, la rétention d'eau est réduite. La projection d'eau est évitée. Les pertes de pression de l'air traversant l'évaporateur sont également meilleures. Selon l'un des aspects de l'invention, les tubes sont réalisés en 10 aluminium. Le fluide réfrigérant circule à l'intérieur des tubes, dans des canaux de ces tubes, et les ailettes assurent l'échange de chaleur du réfrigérant vers l'extérieur. La performance thermique des tubes est dépendante du matériau 15 des tubes, de la section des canaux, du nombre de tubes. Selon l'un des aspects de l'invention, les boites collectrices comporte : - une plaque collectrice, - une plaque de distribution, 20 - une plaque intermédiaire, - une plaque de couverture, - des embouts de connexion. Selon l'un des aspects de l'invention, la distance entre les deux 25 boites collectrices est comprise entre 150 et 230 mm, notamment est substantiellement de 190 mm. Le nombre et les dimensions des tubes et des canaux sont de préférence un équilibre entre les contraintes du procédé d'extrusion, la 3063341 6 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 un matériau avec une anisotropie notamment supérieure à 0.6, les tubes 5 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 climatisation. 10 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, un 15 évaporateur selon un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre, schématiquement et partiellement, une vue selon une direction transversale D de l'évaporateur de la figure 1, - la figure 3 illustre, schématiquement et partiellement, des ailettes de l'évaporateur de la figure 1, la figure 3 étant vue suivant la 20 même direction que la figure 1, et - la figure 4 illustre, schématiquement et partiellement, suivant la flèche IV, des persiennes d'ailettes de la figure 3. On a représenté sur la figure 1 un évaporateur 1 d'une installation de 25 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. 3063341 7 L'évaporateur 1 comporte deux boîtes collectrices 2a et 2b disposées en vis-à-vis. Entre les boîtes collectrices 2a et 2b 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 5 dans des tubes 5. Des ailettes de refroidissement 6 sont disposées entre les tubes 5. Les tubes 5 sont réalisés dans un matériau avec une anisotropie notamment supérieure à 0.6. 10 Les tubes 5 sont réalisés par extrusion et brasés. 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, 15 o chaque canal 4 présentant une hauteur mesurée suivant cette direction transversale D, o chaque tube 5 plat présentant une hauteur mesurée suivant cette direction transversale D, o chaque canal 4 étant séparé d'une face extérieure 8 du 20 tube par une épaisseur 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 25 deux tubes voisins 5. L'évaporateur 1 comporte ainsi : - un ensemble réservoir 100 ayant la boite collectrice supérieure 2a et une boite collectrice inférieure 2b, - la pluralité de tubes 5, connectés fluidiquement, à leurs extrémités, aux boites collectrices 2a et 2b, 3063341 8 - une pluralité d'ailettes 6 disposées entre les tubes 5, en contact avec ces tubes. Comme visible sur la figure 2, les boites collectrices 2a et 2b comportent chacune : 5 - une plaque collectrice 91, - une plaque de distribution 95, - une plaque intermédiaire 97, - une plaque de couverture 99, - des embouts de connexion. 10 Comme on peut le voir sur la figure 2, les ailettes 6 présentent une largeur W, mesurée perpendiculairement à un plan P s'étendant de l'une des boites collectrices à l'autre, comprise entre 26 mm et 32 mm, et les ailettes présentant un pas d'ailettes Fp compris entre 1.3 mm et 1.5 mm, correspondant à un ratio X= Fp/W compris entre 0.040 et 0.058. 15 Les ailettes 6 présentent une largeur W sensiblement égale à 32 MM. L'évaporateur 1 est agencé pour permettre une circulation en six passes de fluide réfrigérant. L'évaporateur 1 est agencé pour résister à une pression de fluide 20 réfrigérant d'au moins 320 bars. Les ailettes 6 sont réalisées à partir d'une feuille d'aluminium. Les ailettes 6 sont agencées pour permettre le transfert de chaleur du tube 5 vers l'espace environnant les ailettes. La capacité d'échange de chaleur, que l'on souhaite la meilleure, 25 peut être affectée par le matériau des ailettes, l'épaisseur du matériau des ailettes, la quantité de fenêtres à persiennes, le nombre de persiennes par fenêtres, l'angle des persiennes, le joint de brasure entre les tubes et les ailettes. 3063341 9 Chaque ailette 6 comporte deux fenêtres à persiennes 20, plus précisément 20a et 20b, comme visible sur les figures 2 et 4. Les persiennes 24 définissent des ouvertures 21 formées sur l'ailette. Deux fenêtres à persiennes 20a, 20b signifient deux groupes de persiennes, à 5 savoir deux groupes séparés par un espace 22 plus grand que l'espace séparant les persiennes au sein d'un groupe ou fenêtre. Ces persiennes 24 permettent d'offrir une meilleure performance pour l'évaporateur. Une direction transversale D est définie comme étant 10 perpendiculaire aux tubes 5. Lorsque les ailettes 5 sont observées suivant la direction transversale D, les persiennes 24 de la première fenêtre à persiennes 20a sont inclinées vers le haut depuis l'entrée d'air de l'évaporateur vers le centre 25 de l'évaporateur de manière à diriger le flux d'air humide entrant 15 vers le haut. L'angle d'inclinaison de ces persiennes 24 est compris entre 32° et 38°. Toujours lorsque les ailettes sont observées suivant la direction transversale D, les persiennes de la deuxième fenêtre à persiennes 20b sont inclinées vers le bas depuis le centre 25 de l'évaporateur vers la sortie 20 d'air de l'évaporateur de manière à diriger le flux d'air humide HA sortant vers le bas. L'angle d'inclinaison de ces persiennes est compris entre 32° et 38°. Ainsi ces persiennes 24 permettent de diriger les gouttes d'eau WD vers le bas à la sortie de l'évaporateur, et une récupération de ces 25 gouttelettes est possible. Ceci permet d'éviter des projections d'eau à la sortie de l'évaporateur. De plus les goutes d'eau sont mieux évacuées de l'évaporateur. REVENDICATIONS1. Evaporateur de véhicule automobile, comportant : - un ensemble réservoir ayant une boite collectrice supérieure (2a) et une boite collectrice inférieure (2b), - une pluralité de tubes (5), notamment de tubes extrudés, connectés fluidiquement, à leurs extrémités, aux boites collectrices, - une pluralité d'ailettes (6) disposées entre les tubes, en contact avec ces tubes, les ailettes ayant une largeur (W), mesurée perpendiculairement à un plan s'étendant de l'une des boites collectrices à l'autre, comprise entre 26 mm et 32 mm, et les ailettes présentant un pas d'ailettes (Fp) compris entre 1.3 mm et 1.5 mm, correspondant à un ratio X= Fp/VV compris entre 0.040 et 0.058. 2. Evaporateur selon la revendication précédente, les ailettes présentant une largeur (W) sensiblement égale à 32 mm. 3. Evaporateur selon la revendication 1 ou 2, l'évaporateur étant agencé pour permettre une circulation en six passes de fluide réfrigérant. 4. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, les ailettes sont réalisées en aluminium, notamment à partir d'une feuille d'aluminium. 5. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, chaque ailette (6) comportant deux fenêtres à persiennes. 3063341 11 6. Evaporateur selon la revendication 4 ou 5, les persiennes (24) définissent des ouvertures (21) formées sur l'ailette. 5 7. Evaporateur selon l'une des revendications 4 à 6, lorsque les ailettes (5) sont observées suivant la direction transversale (D), les persiennes (24) de la première fenêtre à persiennes (20a) sont inclinées vers le haut depuis l'entrée d'air de l'évaporateur vers le centre (25) de l'évaporateur de manière à diriger le flux d'air humide entrant vers le haut. 10 8. Evaporateur selon l'une des revendications 4 à 7, lorsque les ailettes sont observées suivant la direction transversale (D), les persiennes de la deuxième fenêtre à persiennes (20b) sont inclinées vers le bas depuis le centre (25) de l'évaporateur vers la sortie d'air de l'évaporateur de 15 manière à diriger le flux d'air humide sortant vers le bas. 9. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, l'évaporateur étant agencé pour être utilisé avec du fluide réfrigérant CO2.