EP1798510A1 - Boîte collectrice perfectionnée pour un échangeur de chaleur d'un circuit de climatisation - Google Patents

Boîte collectrice perfectionnée pour un échangeur de chaleur d'un circuit de climatisation Download PDF

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EP1798510A1
EP1798510A1 EP06125672A EP06125672A EP1798510A1 EP 1798510 A1 EP1798510 A1 EP 1798510A1 EP 06125672 A EP06125672 A EP 06125672A EP 06125672 A EP06125672 A EP 06125672A EP 1798510 A1 EP1798510 A1 EP 1798510A1
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EP
European Patent Office
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wall
heat exchanger
box according
opening
coolant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06125672A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Patrick Balthazard
Philippe Faille
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28F2240/00—Spacing means

Definitions

  • the invention relates to the field of heat exchangers, especially for motor vehicles.
  • It relates more particularly to an improved manifold for a heat exchanger, in particular a gas cooler, an air conditioning circuit.
  • Such a circuit comprises a heat exchanger, called gas cooler, which replaces the condenser used in conventional air conditioning circuits where the refrigerant is present in the gas phase and in the liquid phase.
  • gas cooler a heat exchanger used in conventional air conditioning circuits where the refrigerant is present in the gas phase and in the liquid phase.
  • Such a circuit essentially comprises a compressor, a gas cooler, an expander and an evaporator traveled in this order by the gaseous refrigerant.
  • such a circuit comprises an internal exchanger comprising a first branch through which the refrigerant fluid from the gas cooler (refrigerant to be cooled) and a second branch through which the refrigerant fluid from the evaporator (coolant coolant) passes.
  • the gas cooler comprises, in a conventional manner, a bundle of tubes mounted between two collecting boxes
  • the internal heat exchanger is embodied as a separate component which has circulation channels for the coolant to be cooled and circulation channels for the cooling coolant.
  • the refrigerant exchanges heat with itself.
  • the invention particularly aims to simplify the realization of such an air conditioning circuit.
  • the invention proposes for this purpose a manifold of a heat exchanger for an air conditioning circuit traversed by a refrigerant.
  • the header is a double-walled tank having an outer wall and an inner wall to delimit an inner chamber and a peripheral chamber separated by the inner wall and adapted to be traversed by the coolant to be cooled and the other by the same coolant coolant, so as to constitute an internal heat exchanger integrated in the manifold.
  • the manifold comprises an opening through the outer and inner walls for receiving / receiving the ends of tubes.
  • the two circulation branches of the internal heat exchanger are formed by the inner chamber and the peripheral chamber delimited both in the header box of the heat exchanger.
  • the inner chamber and the peripheral chamber are adapted to be traversed respectively by the coolant to be cooled and by the cooling coolant.
  • the heat exchanger comprises tubes which pass through both the outer wall and the inner wall to open into the inner chamber.
  • spacers are arranged between the inner wall and the outer wall to divide the peripheral chamber into a plurality of parallel channels for circulating the refrigerant.
  • the invention in another aspect, relates to a heat exchanger, in particular a gas cooler, for an air conditioning circuit traversed by a refrigerant fluid, comprising a heat exchange tube bundle and at least one collecting box such as previously defined.
  • the invention also relates to an air conditioning circuit comprising a heat exchanger as defined above.
  • FIG. 1 shows an air conditioning circuit 10 traversed by a gaseous refrigerant such as carbon dioxide (CO 2 ) operating in the supercritical state.
  • a gaseous refrigerant such as carbon dioxide (CO 2 ) operating in the supercritical state.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the circuit 10 comprises a compressor 12 capable of compressing the coolant and sending it into a heat exchanger, namely a gas cooler 14, where the hot refrigerant fluid under high pressure is cooled in part by a flow of gas. air as represented by the arrow F1.
  • a gas cooler 14 At the outlet of the gas cooler 14, the refrigerant passes through an internal heat exchanger 16 and more particularly a branch 18 of the latter to then gain a pressure reducer 20.
  • the refrigerant then passes through an evaporator 22 swept by a flow of air, as represented by the arrow F2, which makes it possible to produce a flow of conditioned air to be sent for example into the passenger compartment. a motor vehicle.
  • the fluid gains a reservoir 24, also called a bottle, to then gain a second branch 26 of the internal exchanger 16 and return to the compressor 12 to perform a new cycle of operation, and thus to after.
  • the hot and high pressure refrigerant fluid that passes through the branch 18 exchanges heat with the same refrigerant fluid at a lower temperature and lower pressure which circulates in the branch 26.
  • the branch 18 is traversed by a coolant to be cooled, while the branch 26 is traversed by a coolant coolant.
  • the cooler 14 and the internal heat exchanger 16 are separate components.
  • the gas cooler 28 comprises a manifold 30 constituted by a double-walled tank, in the example of generally cylindrical shape, having an outer wall 32 and an inner wall 34.
  • the walls 32 and 34 are cylindrical walls of circular section, arranged concentrically. These two walls make it possible to limit an inner chamber 36 and a peripheral chamber 38 which are separated from one another by the inner wall 34 and which are adapted to be traversed by the coolant to be cooled and the other by the cooling coolant. which makes it possible to constitute an internal heat exchanger integrated directly into the header box 30.
  • the inner chamber 36 and the peripheral chamber 38 are respectively traversed by the coolant to be cooled and by the coolant coolant.
  • the gas cooler 28 further comprises a beam formed of a multiplicity of tubes 40 having respective ends 42 which successively pass through the outer wall 32 and the inner wall 34 to open into the inner chamber 36. A fluid communication is thus permitted. between the tubes 40 of the bundle and the inner chamber 36, which corresponds to the first branch 18 of the internal heat exchanger 16 of FIG. 1.
  • the tubes 40 are flat tubes having a cross section of general shape rectangular and having a multiplicity of parallel internal channels (not shown in the drawing).
  • the end of the tube 42 is twisted or twisted at 90 ° with respect to the body of the tube as seen in FIG.
  • the ends 42 of the tubes 40 could open in the peripheral chamber 38 and not in the inner chamber 36, the fluid to be cooled, that is to say the fluid under high pressure, circulating then in the peripheral chamber 38 and the coolant fluid then flowing in the inner chamber 36.
  • spacers 44 are disposed between the inner wall 34 and the outer wall 32 to divide the peripheral chamber 38 into a plurality of parallel channels 46 for the circulation of the refrigerant. Fluid communication is established between the channels 46 by machining (not shown) made at selected locations in the spacers 44.
  • FIG. 3 shows schematically an air conditioning circuit comprising a gas cooler 28 according to the invention having two manifolds 30 into which open respectively the tubes (not shown) of the beam.
  • each of the manifolds 30 integrates an internal heat exchanger and is crossed on the one hand by the coolant to be cooled and on the other hand by the coolant coolant that comes from the evaporator 22.
  • the coolant coolant from the evaporator 22 gains a first manifold 30 (that on the right side of Figure 3) by a pipe 48 and then gains the second manifold 30 (the one on the left side of Figure 3) by a second pipe 50 before returning to the compressor 12 by a third pipe 52.
  • the pipe 48 is divided into two branches 48-1 and 48-2 which respectively feed the manifolds located on the right side and the left side of Figure 4.
  • the coolant gains the compressor 12 through a pipe 52.
  • Figure 5 shows, in more detail, a manifold 30 similar to that of Figure 2. It is seen that the outer wall 32 and the inner wall 34 have different thicknesses. In this case, the thickness of the outer wall is greater than the thickness of the inner wall, and this to provide a better resistance to pressure.
  • the inner chamber 36 is traversed by the refrigerant whose pressure may be, for example, of the order of 115 bar and the temperature between 35 ° C and 135 ° C.
  • the peripheral chamber 38 is traversed by the same coolant coolant, whose pressure is of the order of 40 bars and the temperature between 5 ° C and 38 ° C.
  • the manifold 30 further comprises a plurality of passages 54 arranged radially to allow each time the insertion of an end 42 of a tube 40 (see Figure 2).
  • the manifold 30 has four spacers 44, one of which is arranged to define the passages 54 above.
  • the manifold 30 has an enlarged passage 56 adapted to receive a manifold 58 into which the respective ends 42 of the tubes of the beam.
  • the manifold 58 is shown in a position before insertion into the passage 56.
  • FIG. 7 which is a sectional view along the line VII-VII of FIG. 8, shows the manifold 30 of FIG. 5 with one of the tubes 40 whose end 42 is engaged in a passage 54.
  • FIG. 8 is a sectional view along the line VIII-VIII of Figure 7.
  • the manifold 40 further comprises two end rings 62 (only one of which is visible in Figure 8) to close the peripheral chamber at both ends.
  • connection block 66 adapted to be disposed against the outer wall 32 of the manifold.
  • This connection block is of parallelepipedal general shape and has a first opening 68 capable of opening into the peripheral chamber 38 (FIG. 11) and a second opening 70 able to open into the internal chamber 36 in order to establish a fluid communication with the latter. .
  • the opening 68 is delimited by a tubing 72 (FIGS. 9 and 11) which passes through the outer wall 32 to open into the peripheral chamber 38, here in a region opposite to that of the tubes 40.
  • the connection block 66 comprises two opposite walls. 74 which fit closely around the outer wall 32 to allow a sealed connection by soldering.
  • the connection block 66 has an inner end 76 for connecting a suitable conduit (not shown).
  • the tubing 72 thus allows entry or the coolant coolant outlet, i.e. low pressure.
  • connection block 78 ( Figure 10) which comprises a single tube 72 similar to that of Figure 9 and thus defining an opening 68.
  • the tubing 72 of the block 66 and the tubing 72 of the block 78 serve one for admission and the other for the discharge of the refrigerant fluid at low pressure.
  • the high pressure coolant which is to be cooled, enters the inner chamber 36 via the tubes 40 as represented by the arrows F3. After heat exchange, this fluid must be evacuated through the opening 70 of the connection block 66 (FIGS. 9 and 12).
  • This opening 70 is delimited by a pipe 80 which successively passes through the outer wall 32 and the inner wall 34 to open into the inner chamber 36.
  • the two lateral walls 74 of the connection block 66 which come close to the outer shape of the collector box.
  • a tip 82 allows the connection of a tubing (not shown) for the discharge of the high-pressure refrigerant from the inner chamber 36.
  • connection block 66 which allows a double connection
  • connection block 78 which allows a simple connection.
  • the opening 68 or 70 is delimited respectively by a tubing 72 or 80 which is made in one piece with the connecting block 66 or 78, as the case may be.
  • the outer wall 32 is arranged to define a base 84 providing a planar surface of generally rectangular shape for receiving the connection block 78.
  • An insert 86 made for example by stamping, comprises a flange 88 inserted between the base 84 and the connection block 78 and a pipe 90 which passes successively through the wall 32 and the wall 34 of the header to open into the inner chamber 36.
  • This insert can be stamped, brazed from both sides on the base 84 of the manifold and on the connection block 78, or else glued on the base 84 and the connection block 78.
  • the insert may for example be tightly tightened through the internal cylindrical wall 34 of the manifold 40.
  • connection blocks 66 and 78 may be brazed or bonded to the outer wall 32 of the header.
  • an insert 92 is disposed between the walls 32 and 34 in alignment with the opening 70, which makes it possible to avoid the presence of a tube passing successively through the two walls. More particularly, the insert 92 is placed between a circular opening 94 of the outer wall 32 and a circular opening 96. The insert is shown alone in FIG.
  • This insert 92 can also be stamped and punched, assembled with the manifold, then brazed on both sides on the concentric walls 32 and 34.
  • the insert can be stamped, assembled on the collector, perforated and then brazed on both sides on the concentric walls.
  • the opening 68 of the connection block 66 or 78 emerges directly opposite a circular opening 98 formed in the thickness of the outer wall 32 to open directly into the peripheral chamber 38. This allows, by analogy with the embodiment of FIGS. 14 and 15, to avoid the use of a tubing (tubing 72 of FIGS. 9, 10 and 11) passing through the thickness of the outer wall 32.
  • Figure 17 shows a sectional view of a manifold 30, shown schematically, and wherein the outer wall 32 and the inner wall 34 are cylindrical walls of evolutive section, so non-circular.
  • the inner wall 34 may be of circular section and the outer wall 32 of oval or ovoid shape, which makes it possible to limit the deformation of the manifold under the effect of pressure and thus the level of resistance under tension.
  • the manifold comprises passages 54 similar to those described above ( Figure 5) for the insertion of the ends of the tubes.
  • the manifold plays both the role of tank and collector.
  • the manifold comprises a passage 56 similar to that of FIG. 6 for the reception of a manifold 58 which, itself, receives the ends 42 of the tubes of the bundle.
  • the invention thus makes it possible to simplify the production of the air conditioning circuit by the fact that the internal heat exchanger is integrated in at least one of the two manifolds of a heat exchanger, in particular a gas cooler. .
  • the invention also relates to the heat exchangers thus obtained and the air conditioning circuits which comprise them.
  • the invention finds particular application to heat exchangers for motor vehicles and in particular to gas coolers for air conditioning circuits.

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Abstract

L'invention concerne une boîte collectrice (30) d'un échangeur de chaleur pour un circuit de climatisation parcouru par un fluide réfrigérant. La boîte collectrice (30) est un réservoir à double paroi comportant une paroi extérieure (32) et une paroi intérieure (34) pour délimiter une chambre intérieure (36) et une chambre périphérique (38) séparées par la paroi intérieure (34) et propres à être parcourues l'une par le fluide réfrigérant à refroidir et l'autre par le même fluide réfrigérant refroidisseur de manière à constituer un échangeur de chaleur interne intégré à la boîte collectrice. Application aux refroidisseurs de gaz pour installations de climatisation de véhicules automobiles.

Description

  • L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles.
  • Elle concerne plus particulièrement une boîte collectrice perfectionnée pour un échangeur de chaleur, en particulier un refroidisseur de gaz, d'un circuit de climatisation.
  • On sait que dans un circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant constitué par un gaz naturel tel que le dioxyde de carbone (CO2), ce fluide reste essentiellement à l'état gazeux et peut atteindre des pressions et des températures de fonctionnement particulièrement élevées. Un tel circuit comporte un échangeur de chaleur, appelé refroidisseur de gaz, qui remplace le condenseur utilisé dans les circuits de climatisation classiques où le fluide réfrigérant est présent en phase gazeuse et en phase liquide. Un tel circuit comporte pour l'essentiel un compresseur, un refroidisseur de gaz, un détendeur et un évaporateur parcourus dans cet ordre par le fluide réfrigérant gazeux. En outre, un tel circuit comporte un échangeur interne comportant une première branche traversée par le fluide réfrigérant issu du refroidisseur de gaz (fluide réfrigérant à refroidir) et une deuxième branche traversée par le fluide réfrigérant issu de l'évaporateur (fluide réfrigérant refroidisseur).
  • Le refroidisseur de gaz comporte, de manière classique, un faisceau de tubes monté entre deux boîtes collectrices
  • De son côté, l'échangeur de chaleur interne est réalisé sous la forme d'un composant séparé qui comporte des canaux de circulation pour le fluide réfrigérant à refroidir et des canaux de circulation pour le fluide réfrigérant refroidisseur. Ainsi, dans cet échangeur de chaleur interne, le fluide réfrigérant échange de la chaleur avec lui-même.
  • L'invention a notamment pour but de simplifier la réalisation d'un tel circuit de climatisation.
  • Elle vise encore à procurer un tel circuit regroupant plusieurs composants dans un composant unique.
  • L'invention propose à cet effet une boîte collectrice d'un échangeur de chaleur pour un circuit de climatisation parcouru par un fluide réfrigérant.
  • Selon l'invention, la boîte collectrice est un réservoir à double paroi comportant une paroi extérieure et une paroi intérieure pour délimiter une chambre intérieure et une chambre périphérique séparées par la paroi intérieure et propres à être parcourues l'une par le fluide réfrigérant à refroidir et l'autre par le même fluide réfrigérant refroidisseur, de manière à constituer un échangeur de chaleur interne intégré à la boîte collectrice.
  • Selon un aspect particulièrement avantageux de l'invention, la boîte collectrice comprend une ouverture traversant les parois extérieure et intérieure destinées à accueillir/réceptionner les extrémités de tubes.
  • Ainsi, les deux branches de circulation de l'échangeur de chaleur interne sont formées par la chambre intérieure et la chambre périphérique délimitées toutes deux dans la boîte collectrice de l'échangeur de chaleur.
  • Ceci permet de simplifier la réalisation du circuit, d'en diminuer l'encombrement, et de limiter en outre les risques de fuites.
  • Dans une forme de réalisation préférée, la chambre intérieure et la chambre périphérique sont propres à être parcourues respectivement par le fluide réfrigérant à refroidir et par le fluide réfrigérant refroidisseur. En ce cas, l'échangeur de chaleur comporte des tubes qui traversent à la fois la paroi extérieure et la paroi intérieure pour déboucher dans la chambre intérieure.
  • Ceci permet d'augmenter la surface brasée entre les tubes et la boîte collectrice en limitant ainsi les déformations subies par les extrémités des tubes, qui sont traversés par un fluide sous pression élevée. Il en résulte aussi une amélioration de la résistance mécanique et de la résistance à la fatigue de l'échangeur de chaleur.
  • Il est concevable aussi de prévoir une disposition inverse, c'est-à-dire dans laquelle la chambre intérieure et la chambre périphérique seraient parcourues respectivement par le fluide réfrigérant refroidisseur et le fluide réfrigérant à refroidir.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, des entretoises sont disposées entre la paroi intérieure et la paroi extérieure pour diviser la chambre périphérique en plusieurs canaux parallèles de circulation du fluide réfrigérant.
  • D'autres caractéristiques complémentaires et/ou alternatives de l'invention sont indiquées ci-après.
    • La paroi extérieure et la paroi intérieure ont des épaisseurs différentes, l'épaisseur de la paroi extérieure étant supérieure à l'épaisseur de la paroi intérieure.
    • La paroi extérieure et la paroi intérieure sont des parois cylindriques de section circulaire, disposées de manière concentrique.
    • La paroi extérieure et la paroi intérieure sont des parois cylindriques de section évolutive.
    • La boîte collectrice comprend deux cloisons d'extrémité propres à fermer la chambre intérieure à ses deux extrémités.
    • La boîte collectrice comprend deux anneaux d'extrémité propres à fermer la chambre périphérique à ses deux extrémités.
    • La boîte collectrice comprend au moins un bloc de raccordement propre à être disposé contre la paroi extérieure et présentant une ouverture propre à déboucher dans la chambre périphérique pour établir une communication de fluide avec cette dernière.
    • La boîte collectrice comprend au moins un bloc de raccordement propre à être disposé contre la paroi extérieure et présentant une ouverture propre à déboucher dans la chambre intérieure pour établir une communication de fluide avec cette dernière.
    • Le bloc de raccordement présente une ouverture propre à déboucher dans la chambre périphérique et une ouverture propre à déboucher dans la chambre intérieure.
    • L'ouverture est délimitée par une tubulure réalisée d'une seule pièce avec le bloc de raccordement.
    • Le bloc de raccordement comprend un insert débouchant dans la chambre intérieure.
  • Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier un refroidisseur de gaz, pour un circuit de climatisation parcouru par un fluide réfrigérant, comprenant un faisceau de tubes d'échange de chaleur et au moins une boîte collectrice telle que définie précédemment.
  • L'invention concerne aussi un circuit de climatisation comprenant un échangeur de chaleur tel que défini précédemment.
  • Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 représente schématiquement un circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant du type CO2 et comprenant un refroidisseur de gaz et un échangeur de chaleur interne ;
    • la figure 2 est une vue partielle en coupe d'une boîte collectrice d'un refroidisseur de gaz selon l'invention, montrant également une partie d'un tube débouchant dans la boîte collectrice ;
    • les figures 3 et 4 sont deux schémas de principe d'un circuit de climatisation comportant un refroidisseur de gaz avec au moins une boîte collectrice selon l'invention ;
    • la figure 5 est une vue en coupe d'une boîte collectrice selon l'invention ;
    • la figure 6 est une autre vue en coupe d'une boîte collectrice selon l'invention ;
    • la figure 7 est une vue en coupe analogue à la figure 5, prise selon la ligne VII-VII de la figure 8, montrant en outre un tube débouchant dans la chambre intérieure ;
    • la figure 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 7 ;
    • la figure 9 est une vue de face d'un bloc de raccordement double selon l'invention ;
    • la figure 10 est une vue de face d'un bloc de raccordement simple selon l'invention ;
    • la figure 11 est une vue en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne XI-XI de la figure 9 ou de la figure 10 ;
    • la figure 12 est une vue en coupe, à échelle grandie, selon la ligne XII-XII de la figure 9 ;
    • la figure 13 est une vue en coupe d'une boîte collectrice et d'un bloc de raccordement selon l'invention dans une variante de réalisation ;
    • la figure 14 est une autre vue en coupe d'une boîte collectrice analogue dans une autre variante de réalisation;
    • la figure 15 est une représentation de l'insert du bloc de raccordement de la figure 14 ;
    • la figure 16 est une autre vue en coupe d'une boîte collectrice et d'un bloc de raccordement dans une autre forme de réalisation de l'invention ;
    • la figure 17 est une vue en coupe d'une boîte collectrice dont les parois ont une forme cylindrique à section évolutive ; et
    • la figure 18 est une vue analogue à la figure 17 dans une variante de réalisation.
  • On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un circuit de climatisation 10 parcouru par un fluide réfrigérant gazeux tel que du dioxyde de carbone (CO2) fonctionnant à l'état supercritique. Cela signifie que ce fluide reste essentiellement à l'état gazeux pendant tout le cycle de fonctionnement.
  • Le circuit 10 comprend un compresseur 12 propre à comprimer le fluide réfrigérant et à l'envoyer dans un échangeur de chaleur, à savoir un refroidisseur de gaz 14, où le fluide réfrigérant chaud et sous haute pression est refroidi en partie par un flux d'air comme représenté par la flèche F1. A la sortie du refroidisseur de gaz 14, le fluide réfrigérant traverse un échangeur de chaleur interne 16 et plus particulièrement une branche 18 de ce dernier pour gagner ensuite un détendeur 20.
  • À la sortie du détendeur, le fluide réfrigérant traverse ensuite un évaporateur 22 balayé par un flux d'air, comme représenté par la flèche F2, ce qui permet de produire un flux d'air climatisé à envoyer par exemple dans l'habitacle d'un véhicule automobile. A la sortie de l'évaporateur 22, le fluide gagne un réservoir 24, encore appelé bouteille, pour gagner ensuite une deuxième branche 26 de l'échangeur interne 16 et retourner vers le compresseur 12 pour effectuer un nouveau cycle de fonctionnement, et ainsi de suite. Dans l'échangeur de chaleur interne 16, le fluide réfrigérant chaud et sous haute pression qui traverse la branche 18 échange de la chaleur avec le même fluide réfrigérant à température plus basse et à plus basse pression qui circule dans la branche 26. Autrement dit, la branche 18 est traversée par un fluide réfrigérant à refroidir, tandis que la branche 26 est traversée par un fluide réfrigérant refroidisseur. Dans les solutions connues jusqu'à présent, le refroidisseur 14 et l'échangeur de chaleur interne 16 sont des composants séparés.
  • On se réfère maintenant à la figure 2 qui montre une partie d'un refroidisseur de gaz 28 selon l'invention qui intègre un échangeur de chaleur interne. Le refroidisseur de gaz 28 comporte une boîte collectrice 30 constituée par un réservoir à double paroi, dans l'exemple de forme générale cylindrique, comportant une paroi extérieure 32 et une paroi intérieure 34. Dans l'exemple, les parois 32 et 34 sont des parois cylindriques de section circulaire, disposées de manière concentrique. Ces deux parois permettent de limiter une chambre intérieure 36 et une chambre périphérique 38 qui sont séparées entre elles par la paroi intérieure 34 et qui sont propres à être parcourues l'une par le fluide réfrigérant à refroidir et l'autre par le fluide réfrigérant refroidisseur ce qui permet de constituer un échangeur de chaleur interne intégré directement dans la boîte collectrice 30.
  • Dans l'exemple représenté, la chambre intérieure 36 et la chambre périphérique 38 sont parcourues respectivement par le fluide réfrigérant à refroidir et par le fluide réfrigérant refroidisseur.
  • Le refroidisseur de gaz 28 comporte en outre un faisceau formé d'une multiplicité de tubes 40 ayant des extrémités respectives 42 qui traversent successivement la paroi extérieure 32 et la paroi intérieure 34 pour déboucher dans la chambre intérieure 36. Une communication de fluide est ainsi permise entre les tubes 40 du faisceau et la chambre intérieure 36, laquelle correspond à la première branche 18 de l'échangeur interne 16 de la figure 1. Dans l'exemple représenté, les tubes 40 sont des tubes plats présentant une section droite de forme générale rectangulaire et comportant une multiplicité de canaux internes parallèles (non représentés sur le dessin). L'extrémité du tube 42 est vrillée ou torsadée à 90° par rapport au corps du tube comme on le voit sur la figure 2.
  • Dans une variante de réalisation (non représentée), les extrémités 42 des tubes 40 pourraient déboucher dans la chambre périphérique 38 et non pas dans la chambre intérieure 36, le fluide à refroidir, c'est-à-dire le fluide sous haute pression, circulant alors dans la chambre périphérique 38 et le fluide refroidisseur circulant alors dans la chambre intérieure 36.
  • Par ailleurs, comme on le voit sur la figure 2, des entretoises 44 sont disposées entre la paroi intérieure 34 et la paroi extérieure 32 pour diviser la chambre périphérique 38 en plusieurs canaux parallèles 46 pour la circulation du fluide réfrigérant. Une communication de fluide est établie entre les canaux 46 par des usinages (non représentés) réalisés en des endroits choisis dans les entretoises 44.
  • On se réfère maintenant à la figure 3 qui représente schématiquement un circuit de climatisation comportant un refroidisseur de gaz 28 selon l'invention présentant deux boîtes collectrices 30 dans lesquelles débouchent respectivement les tubes (non représentés) du faisceau.
  • Dans l'exemple, chacune des boîtes collectrices 30 intègre un échangeur de chaleur interne et est traversée d'une part par le fluide réfrigérant à refroidir et d'autre part par le fluide réfrigérant refroidisseur qui provient de l'évaporateur 22. Dans ce premier exemple, le fluide réfrigérant refroidisseur provenant de l'évaporateur 22 gagne une première boîte collectrice 30 (celle du côté droit de la figure 3) par une conduite 48 puis gagne la deuxième boîte collectrice 30 (celle du côté gauche de la figure 3) par une deuxième conduite 50 avant de retourner vers le compresseur 12 par une troisième conduite 52.
  • Dans la variante de réalisation de la figure 4, la conduite 48 se divise en deux branches 48-1 et 48-2 qui alimentent respectivement les boîtes collectrices située du côté droit et du côté gauche de la figure 4. En sortie des boîtes collectrices 30, le fluide réfrigérant gagne le compresseur 12 par une conduite 52.
  • On se réfère maintenant à la figure 5 qui représente, de manière plus détaillée, une boîte collectrice 30 analogue à celle de la figure 2. On voit que la paroi extérieure 32 et la paroi intérieure 34 ont des épaisseurs différentes. En l'espèce, l'épaisseur de la paroi extérieure est supérieure à l'épaisseur de la paroi intérieure, et cela pour offrir une meilleure résistance à la pression.
  • La chambre intérieure 36 est parcourue par le fluide réfrigérant dont la pression peut être, par exemple, de l'ordre de 115 bars et la température comprise entre 35°C et 135°C. En revanche, la chambre périphérique 38 est parcourue par le même fluide réfrigérant refroidisseur, dont la pression est de l'ordre de 40 bars et la température comprise entre 5°C et 38°C. Ces valeurs sont données à titre purement indicatif et peuvent largement varier dans la pratique.
  • La paroi intérieure 34 présente un diamètre intérieur d1 et un diamètre extérieur d2 et une épaisseur e= (d2-d1)/2, tandis que la paroi extérieure 32 présente un diamètre intérieure D1 et un diamètre extérieur D2 et une épaisseur E=(D2-D1)/2. Dans un exemple de réalisation, les dimensions sont les suivantes :
    • d1 = 7 mm
    • d2 = 8 mm
    • e = 0,5 mm
    • D1 = 12 mm
    • D2 = 18 mm
    • E = 3 mm
    Dans cet exemple, l'épaisseur de la paroi extérieure est donc six fois celle de la paroi intérieure.
  • Comme on le voit sur la figure 5, la boîte collectrice 30 comporte en outre une pluralité de passages 54 disposés radialement pour permettre à chaque fois l'insertion d'une extrémité 42 d'un tube 40 (voir figure 2). Dans le mode de réalisé représenté, la boîte collectrice 30 comporte quatre entretoises 44, dont l'une est aménagée pour définir les passages 54 précités.
  • Comme on peut le voir d'après les figures 2 et 5, du fait que les extrémités 42 des tubes traversent à la fois les parois 32 et 34, la surface de contact entre les tubes et la boîte collectrice 30 se trouve augmentée, ce qui permet une bonne liaison par brasage. Ceci permet de limiter également la déformation des extrémités 42 des tubes sous l'effet de la pression, d'où il résulte une meilleure résistance mécanique et à la fatigue de l'échangeur de chaleur.
  • Dans la forme de réalisation de la figure 6, la boîte collectrice 30 comporte un passage élargi 56 propre à recevoir un collecteur 58 dans lequel débouchent les extrémités respectives 42 des tubes du faisceau. Sur le dessin, le collecteur 58 est représenté dans une position avant introduction dans le passage 56.
  • La figure 7, qui est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 8, représente la boîte collectrice 30 de la figure 5 avec l'un des tubes 40 dont l'extrémité 42 est engagée dans un passage 54.
  • Il est fait référence maintenant à la figure 8 qui est une vue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 7. À chaque extrémité de la boîte collectrice 40 la chambre intérieure 36 et la chambre périphérique 38 sont obturées. Deux cloisons d'extrémité 60, dont une seule est visible sur la figure 8, sont propres à fermer la chambre intérieure 36 à ses deux extrémités. Ces deux cloisons d'extrémité peuvent être réalisées par exemple sous la forme de bouchons métalliques qui sont brasés à l'intérieur de la paroi intérieure 34. La boîte collectrice comprend en outre deux anneaux d'extrémité 62 (dont un seul est visible sur la figure 8) pour fermer la chambre périphérique à ses deux extrémités.
  • Sur la coupe de la figure 8, on aperçoit deux tubes successifs 40 dont les extrémités respectives 42 sont torsadées à 90° afin que leur direction longitudinale coïncide avec la direction axiale de la boîte collectrice. Ces deux extrémités 42 sont disposées de façon jointive. Entre les corps respectifs des tubes sont disposés des intercalaires ondulés 64 formant ailettes d'échange de chaleur. Les ondulations respectives de ces intercalaires sont brasées à chaque fois sur les corps des tubes, d'une manière en soi connue.
  • On se réfère maintenant à la figure 9 qui montre un bloc de raccordement 66 propre à être disposé contre la paroi extérieure 32 de la boîte collectrice. Ce bloc de raccordement est de forme générale parallélépipédique et il présente une première ouverture 68 propre à déboucher dans la chambre périphérique 38 (figure 11) et une deuxième ouverture 70 propre à déboucher dans la chambre intérieure 36 pour établir une communication de fluide avec cette dernière. L'ouverture 68 est délimitée par une tubulure 72 (figures 9 et 11) qui traverse la paroi extérieure 32 pour déboucher dans la chambre périphérique 38, ici dans une région opposée à celle des tubes 40. Le bloc de raccordement 66 comporte deux parois opposées 74 qui viennent s'adapter étroitement autour de la paroi extérieure 32 pour permettre une liaison étanche par brasage. Le bloc de raccordement 66 comporte un embout intérieur 76 pour le raccordement d'une conduite appropriée (non représentée). La tubulure 72 permet ainsi l'entrée ou la sortie du fluide réfrigérant refroidisseur, c'est-à-dire à basse pression.
  • Sur la paroi extérieure 32 de la boîte collectrice est prévu un autre bloc de raccordement 78 (figure 10) qui comporte une seule tubulure 72 analogue à celle de la figure 9 et délimitant ainsi une ouverture 68. Ainsi, la tubulure 72 du bloc 66 et la tubulure 72 du bloc 78 servent l'une à l'admission et l'autre à l'évacuation du fluide réfrigérant à basse pression.
  • Comme on peut le voir sur les figures 11 et 12, le fluide réfrigérant à haute pression, qui doit être refroidi, pénètre dans la chambre intérieure 36 via les tubes 40 comme représenté par les flèches F3. Après échange de chaleur, ce fluide doit être évacué grâce à l'ouverture 70 du bloc de raccordement 66 (figures 9 et 12). Cette ouverture 70 est délimitée par une tubulure 80 qui traverse successivement la paroi extérieure 32 et la paroi intérieure 34 pour déboucher dans la chambre intérieure 36. On aperçoit également sur la coupe de la figure 12 les deux parois latérales 74 du bloc de raccordement 66 qui viennent épouser étroitement la forme extérieure de la boîte collectrice. Un embout 82 permet le raccordement d'une tubulure (non représentée) pour l'évacuation du réfrigérant à haute pression issu de la chambre intérieure 36.
  • Par conséquent, la paroi extérieure de la boîte collectrice 40 reçoit d'une part le bloc de raccordement 66, qui permet un raccordement double, et le bloc de raccordement 78 qui permet un raccordement simple. Dans la forme de réalisation des figures 9 à 12, l'ouverture 68 ou 70 est délimitée respectivement par une tubulure 72 ou 80 qui est réalisée d'une seule pièce avec le bloc de raccordement 66 ou 78, selon le cas.
  • Cependant, d'autres modes de réalisation sont envisageables.
  • Ainsi, dans la forme de réalisation de la figure 13, la paroi extérieure 32 est aménagée pour définir une embase 84 offrant une surface plane de forme générale rectangulaire pour la réception du bloc de raccordement 78. Un insert 86 réalisé par exemple par emboutissage, comprend une collerette 88 insérée entre l'embase 84 et le bloc de raccordement 78 et une tubulure 90 qui traverse successivement la paroi 32 et la paroi 34 de la boîte collectrice pour déboucher dans la chambre intérieure 36. Cet insert peut être estampé, brasé des deux côtés sur l'embase 84 du collecteur et sur le bloc de raccordement 78, ou bien encore collé sur l'embase 84 et le bloc de raccordement 78. L'insert peut par exemple être serré de manière étanche au travers de la paroi cylindrique interne 34 de la boîte collectrice 40.
  • Par ailleurs, les blocs de raccordement 66 et 78 peuvent être brasés ou collés sur la paroi extérieure 32 de la boîte collectrice.
  • Dans la variante de réalisation des figures 14 et 15, un insert 92 est disposé entre les parois 32 et 34 dans l'alignement de l'ouverture 70, ce qui permet d'éviter la présence d'une tubulure traversant successivement les deux parois. Plus particulièrement, l'insert 92 est placé entre une ouverture circulaire 94 de la paroi extérieure 32 et une ouverture circulaire 96. L'insert est représenté seul sur la figure 15.
  • Cet insert 92 peut aussi être embouti et poinçonné, assemblé avec la boîte collectrice, puis brasé des deux côtés sur les parois concentriques 32 et 34. En variante, l'insert peut être embouti, assemblé sur le collecteur, perforé puis brasé des deux côtés sur les parois concentriques.
  • Dans la forme de réalisation de la figure 16, l'ouverture 68 du bloc de raccordement 66 ou 78 débouche directement en vis-à-vis d'une ouverture circulaire 98 aménagée dans l'épaisseur de la paroi extérieure 32 pour déboucher directement dans la chambre périphérique 38. Ceci permet, par analogie avec la forme de réalisation des figures 14 et 15, d'éviter le recours à une tubulure (tubulure 72 des figures 9, 10 et 11) traversant l'épaisseur de la paroi extérieure 32.
  • On comprendra que différents modes de réalisation sont envisageables pour permettre le raccordement du circuit de climatisation avec la chambre intérieure 36 ou la chambre périphérique 38.
  • La figure 17 représente une vue en coupe d'une boîte collectrice 30, représentée de façon schématique, et dans laquelle la paroi extérieure 32 et la paroi intérieure 34 sont des parois cylindriques de section évolutive, donc non circulaire. Par exemple, la paroi intérieure 34 peut être de section circulaire et la paroi extérieure 32 de forme ovale ou ovoïde, ce qui permet de limiter la déformation de la boîte collectrice sous l'effet de la pression et ainsi le niveau de la résistance sous tension.
  • Dans la forme de réalisation de la figure 17, la boîte collectrice comprend des passages 54 analogues à ceux décrits précédemment (figure 5) pour l'insertion des extrémités des tubes. Il en résulte que la boîte collectrice joue à la fois le rôle de réservoir et de collecteur.
  • Dans la forme de réalisation de la figure 18, qui s'apparente à celle de la figure 17, la boîte collectrice comporte un passage 56 analogue à celui de la figure 6 pour la réception d'un collecteur 58 qui, lui-même, reçoit les extrémités 42 des tubes du faisceau.
  • L'invention permet ainsi de simplifier la réalisation du circuit de climatisation par le fait que l'échangeur de chaleur interne est intégré dans l'une au moins des deux boîtes collectrices d'un échangeur de chaleur, en particulier d'un refroidisseur de gaz.
  • L'invention concerne également les échangeurs de chaleur ainsi obtenus et les circuits de climatisation qui les comprennent.
  • L'invention trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles et en particulier aux refroidisseurs de gaz pour circuits de climatisation.

Claims (16)

  1. Boîte collectrice d'un échangeur de chaleur pour un circuit de climatisation parcouru par un fluide réfrigérant,
    caractérisée en ce que la boîte collectrice (30) est un réservoir à double paroi comportant une paroi extérieure (32) et une paroi intérieure (34) pour délimiter une chambre intérieure (36) et une chambre périphérique (38) séparées par la paroi intérieure (34) et propres à être parcourues l'une par le fluide réfrigérant à refroidir et l'autre par le même fluide réfrigérant refroidisseur de manière à constituer un échangeur de chaleur interne intégré à la boîte collectrice.
  2. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre intérieure (36) et la chambre périphérique (38) sont propres à être parcourues respectivement par le fluide réfrigérant à refroidir et par le fluide réfrigérant refroidisseur et en ce qu'elle comprend une ouverture traversant les parois extérieures (32) et intérieure (34) destinée à accueillir/réceptionner les extrémités (42) de tubes.
  3. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 et 2,
    caractérisée en ce que des entretoises (44) sont disposées entre la paroi extérieure (32) et la paroi intérieure (34) pour diviser la chambre périphérique (38) en plusieurs canaux parallèles (46) de circulation du fluide réfrigérant.
  4. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 3,
    caractérisée en ce que la paroi extérieure (32) et la paroi intérieure (34) ont des épaisseurs différentes, l'épaisseur de la paroi extérieure (32) étant supérieure à l'épaisseur de la paroi intérieure (34).
  5. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 4,
    caractérisée en ce que la paroi extérieure (32) et la paroi intérieure (34) sont des parois cylindriques de section circulaire, disposées de manière concentrique.
  6. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 4,
    caractérisée en ce que la paroi extérieure (32) et la paroi intérieure (34) sont des parois cylindriques de section évolutive.
  7. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 6,
    caractérisée en ce qu'elle comprend deux cloisons d'extrémité (60) propres à fermer la chambre intérieure (36) à ses deux extrémités.
  8. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 7,
    caractérisée en ce qu'elle comprend deux anneaux d'extrémité (62) propres à fermer la chambre périphérique (38) à ses deux extrémités.
  9. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 8,
    caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un bloc de raccordement (66 ; 78) propre à être disposé contre la paroi extérieure (32) et présentant une ouverture (68) propre à déboucher dans la chambre périphérique (38) pour établir une communication de fluide avec cette dernière.
  10. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 9,
    caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un bloc de raccordement (78) propre à être disposé contre la paroi extérieure (32) et présentant une ouverture (70) propre à déboucher dans la chambre intérieure (36) pour établir une communication de fluide avec cette dernière.
  11. Boîte collectrice selon les revendications 9 et 10,
    caractérisée en ce que le bloc de raccordement (66) présente une ouverture (68) propre à déboucher dans la chambre périphérique (38) et une ouverture (70) propre à déboucher dans la chambre intérieure (36).
  12. Boîte collectrice selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que l'ouverture (68, 70) est délimitée par une tubulure (72, 80) réalisée d'une seule pièce avec le bloc de raccordement.
  13. Boîte collectrice selon la revendication 10,
    caractérisée en ce que le bloc de raccordement (78) comprend un insert (86 ; 92) débouchant dans la chambre intérieure (36).
  14. Echangeur de chaleur pour un circuit de climatisation parcouru par un fluide réfrigérant, caractérisé en qu'il comprend un faisceau de tubes d'échange de chaleur (40) et au moins une boîte collectrice (30) selon l'une des revendications 1 à 13.
  15. Echangeur de chaleur selon la revendication 14,
    caractérisé en qu'il est réalisé sous la forme d'un refroidisseur de gaz.
  16. Circuit de climatisation comprenant un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 14 et 15.
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