Brevet FR3064733A1 — publié le 20181005

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. 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 canaux étant alignés suivant un axe d'alignement des canaux (X), ces tubes étant perpendiculaires à une direction transversale (D), o chaque canal présentant une hauteur (Tr) mesurée suivant cette direction transversale (D), 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, le ou les tubes d'une rangée suivant l'axe d'alignement (X) s'étendant sur une distance (TS) mesurée suivant cet axe (X), 3064 733 2 au moins une ailette disposée dans un passage d'air formé entre deux tubes voisins, l'ailette débordant de part et d'autre de la rangée de tube(s) sur une distance non nulle (EL) mesurée suivant l'axe d'alignement (X), 5 évaporateur dans lequel le rapport de débordement d'ailette (2*EL)/TS est de préférence compris, en pourcentage, entre 10% et 25% pour un évaporateur dont la dimension (CS) des ailettes mesurée suivant l'axe d'alignement (X) est comprise entre 16 mm et 38 mm. 10 Selon l'invention, un réfrigérant à l'état supercritique, tel que du CO2 notamment, requiert de travailler dans des contraintes mécaniques en hautes pressions et de prendre en compte des propriétés de transfert thermique élevé. Dans ce contexte, grâce à l'invention, les tubes présentent des dimensions plus réduites et les ailettes peuvent être plus 15 larges que le ou les tubes pour améliorer l'équilibre de transfert thermique entre l'air et le réfrigérant. L'invention permet également d'améliorer la protection contre la projection d'eau en formant des passages de drainage entre les ailettes du fait de leur débordement. 20 Grâce à des calculs, il est montré que le paramètre Puissance (en kW) par unité de masse (en kg) de l'évaporateur selon l'invention est maximal, dans le cas du CO2 comme réfrigérant, lorsque la dimension totale additionnée des tubes et de l'espace inter-tubes est de 26 mm, et l'ailette est de 32 mm, toutes ces dimensions étant mesurées suivant la 25 même direction. Selon un exemple de l'invention, le rapport de débordement d'ailette (2*EL)/TS est compris, en pourcentage, entre 12,5% et 25%. 3064 733 3 Selon un exemple de l'invention, le rapport de débordement d'ailette (2*EL)/TS est sensiblement égal à 22%. Selon un exemple de l'invention, le pas (Fp) d'ailettes est compris entre 1,2 et 1,5 mm, notamment 1,3 mm. 5 Selon un exemple de l'invention, les ailettes présentent une épaisseur comprise entre 50 et 80 micromètres, notamment sensiblement égale à 70 micromètres. Selon un exemple de l'invention, le hauteur de tube (Th) est comprise entre 1,25 et1,65 mm, notamment sensiblement égale à 1,44 10 mm. Selon l'un des aspects de l'invention, la distance entre les deux 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 15 boites collectrices est comprise entre 150 mm et 250 mm, étant notamment de 190 mm. 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 20 extrémités de faisceau, mesurée parallèlement aux boites collectrices, est comprise entre 230 mm et 560 mm. 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. 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 3064733 4 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 5 climatisation. 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 10 dessin annexé dans lequel : - la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, un évaporateur selon un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre, schématiquement et partiellement, en coupe, un faisceau de canaux l'évaporateur de la figure 1, 15 - la figure 3 est une vue en coupe suivant le plan P des tubes et ailettes de l'évaporateur des figures 1 et 2, - la figure 4 est un graphe qui illustre schématiquement la corrélation entre TS et le paramètre de débordement (2*EL)/TS de l'évaporateur la figure 1, 20 - la figure 5 est un graphe qui illustre schématiquement la corrélation entre le rapport Puissance sur masse, et la profondeur e l'ailette. 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. 3064733 5 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. 5 Des ailettes de refroidissement 6 sont disposées entre les tubes 5. La figure 2 est une vue en coupe transversale suivant le plan P de la figure 1, de canaux 4 parallèles entre eux. Le plan P est perpendiculaire aux tubes 5. Les canaux 4 des tubes 5 sont alignés suivant 10 un axe X. Cet axe est dans le plan P. 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. Comme visible sur les figures 1 et 2, l'évaporateur 1 comporte : 15 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, o chaque canal 4 présentant une hauteur Tr mesurée suivant cette direction transversale D, 20 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 tube par une épaisseur Td mesurée suivant cette direction transversale D, 25 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 deux tubes voisins 5. 3064 733 6 Les tubes d'une rangée suivant l'axe d'alignement X s'étendent sur une distance TS mesurée suivant cet axe X. Chaque ailette disposée dans un passage d'air formé entre deux tubes voisins, l'ailette débordant de part et d'autre de la rangée de tubes 5 sur une distance non nulle EL mesurée suivant l'axe d'alignement X, comme visible sur le figure 3. Le rapport de débordement d'ailette (2*EL)/TS est compris, en pourcentage, entre 10% et 25% pour un évaporateur dont la dimension CS des ailettes mesurée suivant l'axe d'alignement X est comprise entre 16 10 mm et 38 mm, comme on peut le voir matérialisé par le grand rectangle sur le figure 4. Grâce à des calculs, dont les résultats sont visibles sur la figure 5, il est montré que le paramètre (données en ordonnée) Puissance (en kW) par unité de masse (en kg) de l'évaporateur selon l'invention est 15 maximal, dans le cas du CO2 comme réfrigérant, lorsque la dimension totale additionnée des tubes et de l'espace inter-tubes est de 26 mm, et l'ailette est de 32 mm (données en abscisse), toutes ces dimensions étant mesurées suivant la même direction. Dans l'exemple illustré, le rapport de débordement d'ailette 20 (2*EL)/TS est sensiblement égal à 22%. Le pas (Fp) d'ailettes est compris entre 1,2 et 1,5 mm, notamment 1,3 mm. Les ailettes présentent une épaisseur comprise entre 50 et 80 micromètres, notamment sensiblement égale à 70 micromètres. 25 La hauteur de tube (Th) est comprise entre 1,25 et1,65 mm, notamment sensiblement égale à 1,44 mm. 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 canaux (4) étant alignés suivant un axe d'alignement des canaux (X), ces tubes étant perpendiculaires à une direction transversale (D), o chaque canal présentant une hauteur (Tr) mesurée suivant cette direction transversale (D), 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, le ou les tubes d'une rangée suivant l'axe d'alignement (X) s'étendant sur une distance (TS) mesurée suivant cet axe (X), - au moins une ailette disposée dans un passage d'air formé entre deux tubes voisins, l'ailette débordant de part et d'autre de la rangée de tube(s) sur une distance non nulle (EL) mesurée suivant l'axe d'alignement (X), évaporateur dans lequel le rapport de débordement d'ailette (2*EL)/TS est de préférence compris, en pourcentage, entre 10% et 25% pour un évaporateur dont la dimension (CS) des ailettes mesurée suivant l'axe 30 d'alignement (X) est comprise entre 16 mm et 38 mm. 3064733 8 2. Evaporateur selon la revendication précédente, le rapport de débordement d'ailette (2*EL)/TS étant compris, en pourcentage, entre 12,5% et 25%. 5 3. Evaporateur selon la revendication 1 ou 2, le rapport de débordement d'ailette (2*EL)/TS étant sensiblement égal à 22%. 4. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, le pas (Fp) d'ailettes étant compris entre 1,2 et 1,5 mm, notamment 1,3 mm. 10 5. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, les ailettes présentent une épaisseur comprise entre 50 et 80 micromètres, notamment sensiblement égale à 70 micromètres. 15 6. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, la hauteur de tube (Th) étant comprise entre 1,25 et1,65 mm, notamment sensiblement égale à 1,44 mm. 7. Evaporateur selon l'une des revendications précédentes, le 20 fluide de refroidissement est un réfrigérant à l'état supercritique, tel que du CO2 notamment. 25