EP2199721A1 - Echangeur thermique interne pour circuit de climatisation de véhicule automobile, un tel circuit et procédé de raccordement d'un connecteur à cet échangeur. - Google Patents

Echangeur thermique interne pour circuit de climatisation de véhicule automobile, un tel circuit et procédé de raccordement d'un connecteur à cet échangeur. Download PDF

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EP2199721A1
EP2199721A1 EP09179267A EP09179267A EP2199721A1 EP 2199721 A1 EP2199721 A1 EP 2199721A1 EP 09179267 A EP09179267 A EP 09179267A EP 09179267 A EP09179267 A EP 09179267A EP 2199721 A1 EP2199721 A1 EP 2199721A1
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EP
European Patent Office
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connector
sleeve
exchanger
heat exchanger
envelope
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EP09179267A
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German (de)
English (en)
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EP2199721B1 (fr
Inventor
Alexandre Auclair
Christophe Bernard
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Hutchinson SA
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Hutchinson SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • F28F9/0251—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors
    • F28F9/0253—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors with multiple channels, e.g. with combined inflow and outflow channels

Definitions

  • the present invention relates to an internal heat exchanger coaxial tubular type in particular for a motor vehicle air conditioning circuit, such an air conditioning circuit incorporating this exchanger and a method of connecting a female connector high and low pressure to one at the minus the ends of this exchanger.
  • a heat exchanger is of metal type and is connected to the corresponding pipes of the air conditioning circuit which comprise in particular hoses, via connectors mounted at each end of the exchanger, which may be for example of plate type , consisting of a stack of flat tubes and carrying out the heat exchange both by convection with the air outside the exchanger and by conduction, or of multitube type which in its simplest version is of the coaxial tubular type against the current, then realizing the heat exchange without the aforementioned convection.
  • this coaxial exchanger generally defines at least one radially internal channel defined by a sleeve and intended to convey the fluid from the high pressure portion of the circuit, and at least one radially outer channel between the sleeve and the envelope. of the exchanger and intended to convey the fluid from the portion low pressure circuit, this sleeve being usually provided with longitudinal fins distributed over its circumference.
  • a major disadvantage of these coaxial internal exchangers equipped with female connectors resides in the mutual proximity of the generated solder or solder lines which, in particular for successive solders, generate risks of reflow of the anterior solder, and also in the need to achieve these welds or brazing blind with risks of non-sealing at the junction and / or penetration of the solder in the corresponding internal or external channel may thereby cause pressure losses, pollution or plugging of these channels.
  • a major disadvantage of the coaxial internal exchangers presented in these two documents is that their assembly to a female connector requires at least two soldering operations to be performed at the same time and at least one of which relates to the connection to be made between the connector. and the inner sleeve, is necessarily "blind" or in difficult conditions because of its location inside the connector. This results in significant risks of non-compliance of the connectors and thus leakage of the transferred fluid. In addition, these brazing involve a relatively high manufacturing cost and scrap rate for the connection obtained.
  • An object of the present invention is to provide an internal heat exchanger coaxial tubular type in particular for a motor vehicle air conditioning circuit having two portions of high and low pressure respectively traversed by a refrigerant, which overcomes the aforementioned drawbacks, this exchanger defining at least one radially internal channel for the fluid issuing from the low pressure portion and, for that issuing from the high pressure portion, at least one radially outer channel formed between a tubular sleeve surrounding the internal channel (s) (s) ) and a tubular casing surrounding the external channel (s), the sleeve extending axially beyond the end of the casing by an axial length passing zone L, at least one both ends of the exchanger being equipped with a female metal connector which is sealingly assembled on and around the envelope and the sleeve and which form two fluid passageways respectively communicating with the or each internal channel and with the or each external channel.
  • an exchanger is such that the connector is assembled to the casing by a circumferential weld line for example to the arc located outside the connector and the casing, and to the sleeve by at least one annular seal which is mounted on said overflow area coaxially with the weld line and which seals under an inner axial surface of the connector, the seal or that of the gaskets - or proximal seal - which is closest to this weld line by being separated by an axial distance D preferably at least equal to 1 cm, so as not to be altered by welding.
  • annular weld line is meant generally in the present description an annular weld zone of variable axial thickness and which may be continuous or not, for example a “multiline” type zone such as a doubled line.
  • the material that can be used to produce this exchanger may for example be, in the case where the refrigerant used is carbon dioxide, R134a or the like, a metal material made of an aluminum base alloy or steel or well, in the case of the use of another refrigerant, a suitable plastic material.
  • the assembly according to the invention which may advantageously comprise only two lines of high and low pressure sealed connector / heat exchanger respectively formed, on the one hand, from the internal seal to the connector sealingly separating the high and low pressure fluids and, on the other hand, the external welding line separating these fluids from the outside atmosphere, is thus achieved in a single welding operation, which represents an assembly cost and a scrap rate. more reduced than in the prior art where two or even three welding / soldering operations were required.
  • the interior of the connector is devoid of any permanent junction with the sleeve made by heat input, such as welding or brazing, because the only welding performed l 'is outside the connector.
  • the weld line of the assembly according to the invention may advantageously join an outer radial edge of the connector to the axial outer face of the envelope.
  • an arc welding ie carried out by fusion, the heat being produced by at least one electric arc springing between one or more electrodes and the parts to be welded, or between electrodes
  • a MIG for "Metal Inert Gas” in English, made under protection of inert gas with a fuse-wire electrode which contributes to fill the weld
  • TIG for " Tungsten Inert Gas "in English, also in an internal atmosphere but with a tungsten electrode
  • this Arc welding can advantageously be carried out at a relatively reduced temperature (below 650 ° C.) and with a very brief welding cycle (less than 10 seconds), which allows the prior positioning of a seal, such as an elastomeric O-ring, near the location chosen for this welding.
  • said axial distance D between this weld line and the proximal seal may be between 1.5 cm and 5 cm, preferably being greater than the length L of said overflow zone.
  • said or each seal can be housed in a groove of said sleeve by being compressed by said inner axial surface of the connector.
  • a single seal is interposed radially between the inner surface of the connector and this groove, which is formed at said end of the sleeve.
  • the inner surface of the connector may comprise a first axial portion mounted in contact with the casing and a second axial portion mounted in contact with said overflow zone of the sleeve, said conduit of the connector which communicates with the or each external channel opening through preferably obliquely at the end of the envelope while the other conduit can coaxially extend the sleeve.
  • the exchanger according to the invention may be provided on its circumference with longitudinal fins which extend radially inside the envelope and axially behind the end of the latter, so that the space of the external channel axially between these fins and the envelope end forms, in connection with said high pressure conduit, an annular chamber collecting the flow of the fluid.
  • longitudinal fins which extend radially inside the envelope and axially behind the end of the latter, so that the space of the external channel axially between these fins and the envelope end forms, in connection with said high pressure conduit, an annular chamber collecting the flow of the fluid.
  • An air conditioning circuit for a motor vehicle comprises an internal heat exchanger as defined above.
  • the air conditioning circuit according to the invention can operate in the usual ranges of temperature and pressure relative to the refrigerant used, ie for example at pressures ranging from several tens of bars to approximately 150 bars. for carbon dioxide or R134a.
  • this welding is carried out exclusively on the outer periphery of the connector and the exchanger, for example by joining an outer radial edge of the connector to the axial outer face of the envelope.
  • MIG or TIG welding is used in step c), the welding temperature preferably being between 600 and 640 ° C.
  • the arc welding that can be used in the invention allows a shorter welding cycle than other modes of joining by thermal input, such as soldering, and that this external arc welding makes it possible, in addition to to improve the reliability of the connector / exchanger junction, to minimize the propagation of heat in the mass of the connector and therefore towards the or each gasket, in combination with the choice of a connector having a high thermal inertia.
  • the connector is advantageously based on a metal or metal alloy of high heat capacity, such as an aluminum-based material.
  • the air conditioning circuit 1 illustrated in the figure 1 is in known manner a closed circuit or "loop" which comprises, in addition to an internal heat exchanger E, several elements distributed inside the engine compartment of the vehicle, in particular a compressor 2, a cooler or condenser 3 and an evaporator 4, and wherein circulates a refrigerant under pressure, such as carbon dioxide or R134a, without limitation. All these elements are interconnected by rigid or flexible lines constituted by rigid and / or flexible tubular portions, which have at each of their ends sealed connection means.
  • the exchanger E, E ' according to the exemplary embodiments of the invention illustrated in FIGS. figures 2 and 3 is of coaxial type against the current, and is intended to cool the fluid from the line HP by conduction in contact with the same fluid from the BP line which is heated in exchange.
  • this exchanger E, E ' is in this example constituted by a radially inner metal sleeve 10, 110 which delimits in its internal space an internal channel 11, 111 for the fluid coming from the line BP and which is inserted axially inside a radially outer envelope 20, 120 also metal delimiting with the sleeve 10, 110 an external channel 21, 121 of annular cross section for the fluid from the line HP.
  • This sleeve 10, 110 extends axially beyond the end of the casing 20, 120 by a protruding zone 13, 113 of axial length L terminating in a circumferential groove 14, 114, into which a liner is inserted.
  • the sleeve 10, 110 is provided on its circumference with a plurality of longitudinal fins 12 (visible at the figure 2 in perspective, and in section only for the lower fin 12) which extend radially inside the casing 20, 120 and terminate axially recessed from the end of the latter, so that the space of the external channel 21, 121 axially between the fins 12 and this end of the 20, 120 envelope forms a collector annular chamber of the flow of the refrigerant.
  • a female connector 30, 130 which defines two passage ducts 31, 131 and 32, 132 for the refrigerant communicating in a sealed manner with the internal channel 11, 111 and the external channel 21, 121, respectively (this duct 32, 132 has an oblique section 32a, 132a opening on the outer channel 21, 121 and extending by an axial section 32b, 132b opening out of the connector 30, 130).
  • the connector 30, 130 is mounted in contact with the radially outer face of the casing 20, 120 by another axial portion 35, 135 of its inner surface which makes a right angle with the outer edge 33, 133 of the connector weld 30, 130.
  • This arc welding is preferably carried out using the MIG technique, it being specified that TIG welding can also be used.
  • This produces a reliable weld 15, 115 (the resulting line can for example extend over an axial width of between 6 mm and 8 mm), while being performed at a sufficiently low temperature (advantageously of the order of 620 ° C.) and for a sufficiently short cycle time (less than 10 seconds) for not deteriorating the elastomeric material of the liner 15, 115.

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur thermique interne de type tubulaire coaxial pour circuit de climatisation de véhicule automobile, un tel circuit de climatisation et un procédé de raccordement d'un connecteur femelle à l'une au moins des extrémités de cet échangeur. Cet échangeur (E) définit un canal interne (11) pour le fluide basse pression et, pour le fluide haute pression, un canal externe (21) formé entre un manchon (10) entourant le canal interne et une enveloppe (20) entourant le canal externe, le manchon se prolongeant axialement au-delà de l'extrémité de l'enveloppe, l'une au moins des extrémités (E1) de l'échangeur étant équipée d'un connecteur (30) qui est assemblé de manière étanche sur l'enveloppe et le manchon et qui forme deux conduits de passage du fluide (31 et 32) communiquant respectivement avec le canal interne et le canal externe. Selon l'invention, le connecteur est assemblé à l'enveloppe par une ligne de soudure par exemple à l'arc (40) à l'extérieur du connecteur, et au manchon par une garniture d'étanchéité (15) coaxiale à la ligne de soudure et appuyant de manière étanche sous une surface axiale interne (34) du connecteur, la garniture étant séparée de cette ligne d'une distance axiale d'au moins 1 cm.

Description

  • La présente invention concerne un échangeur thermique interne de type tubulaire coaxial en particulier pour un circuit de climatisation de véhicule automobile, un tel circuit de climatisation incorporant cet échangeur et un procédé de raccordement d'un connecteur femelle haute et basse pression à l'une au moins des extrémités de cet échangeur.
  • Dans certains circuits de climatisation pour véhicules automobiles, notamment ceux utilisant le dioxyde de carbone ou le R134a comme fluide frigorigène, il est nécessaire de réaliser un échange ou transfert thermique entre le fluide de la portion haute pression du circuit que l'on cherche à refroidir et le même fluide issu de la portion basse pression de ce circuit qui sert de source froide et qui est réchauffé en échange, pour améliorer le rendement du circuit. On utilise à cet effet un échangeur thermique dit interne, du fait qu'il ne recherche pas d'échange avec l'air extérieur au véhicule ni avec l'air de l'habitacle.
  • De manière connue, un échangeur thermique est de type métallique et est connecté aux conduites correspondantes du circuit de climatisation qui comprennent en particulier des flexibles, via des connecteurs montés à chacune des extrémités de l'échangeur, lequel peut être par exemple de type à plaque, étant constitué d'un empilement de tubes plats et réalisant l'échange thermique tant par convection avec l'air extérieur à l'échangeur que par conduction, ou bien de type à multitubes qui dans sa version la plus simple est de type tubulaire coaxial à contre-courant, réalisant alors l'échange thermique sans la convection précitée.
  • Dans ce dernier cas, cet échangeur coaxial définit généralement au moins un canal radialement interne délimité par un manchon et destiné à véhiculer le fluide issu de la portion haute pression du circuit, et au moins un canal radialement externe compris entre le manchon et l'enveloppe de l'échangeur et destiné à véhiculer le fluide issu de la portion basse pression du circuit, ce manchon étant usuellement pourvu d'ailettes longitudinales réparties sur sa circonférence.
  • Il est connu d'utiliser deux connecteurs femelles pour l'extrémité concernée d'un tel échangeur coaxial, que l'on soude ou brase de manière axialement séparée à la fois sur le manchon et sur l'enveloppe via trois lignes de soudure ou brasure, de sorte que ces connecteurs définissent respectivement des conduits de passage pour le fluide communiquant de manière étanche avec ces canaux interne et externe. On peut par exemple citer le document WO-A-20071013439 pour la description de ces connecteurs.
  • Un inconvénient majeur de ces échangeurs internes coaxiaux équipés de connecteurs femelles réside dans la proximité mutuelle des lignes de soudure ou de brasure générées qui, notamment pour des brasages successifs, génèrent des risques de refusion de la brasure antérieure, et également dans la nécessité de réaliser ces soudures ou brasures en aveugle avec des risques de non-étanchéité à la jonction et/ou de pénétration de la brasure dans le canal interne ou externe correspondant pouvant entraîner de ce fait des pertes de charge, une pollution voire une obturation de ces canaux.
  • Il est également connu d'utiliser un unique connecteur à l'extrémité de raccordement d'un échangeur coaxial, comme par exemple décrit dans le document EP-A-1 762 806 où le connecteur est assemblé à l'enveloppe externe et au manchon interne par brasage via un raccord intermédiaire, et dans le document EP-A-1 128 120 (figures 10 et suivantes) où le connecteur est brasé directement sur l'enveloppe et sur le manchon de l'échangeur via deux cordons de brasure.
  • Un inconvénient majeur des échangeurs internes coaxiaux présentés dans ces deux derniers documents est que leur assemblage à un connecteur femelle requiert au moins deux opérations de brasage à réaliser en même temps et dont l'une au moins, relative à la jonction à opérer entre le connecteur et le manchon interne, l'est nécessairement « en aveugle » ou dans des conditions difficiles du fait de sa localisation à l'intérieur du connecteur. Il en résulte des risques non négligeables de non-conformité de la connectique et donc de fuite du fluide transféré. De plus, ces brasages impliquent un coût de fabrication et un taux de mise au rebut relativement élevés pour le raccordement obtenu.
  • Un but de la présente invention est de proposer un échangeur thermique interne de type tubulaire coaxial en particulier pour un circuit de climatisation de véhicule automobile comportant deux portions respectivement de haute et basse pression parcourues par un fluide frigorigène, qui remédie aux inconvénients précités, cet échangeur définissant au moins un canal radialement interne pour le fluide issu de la portion basse pression et, pour celui issu de la portion haute pression, au moins un canal radialement externe formé entre un manchon tubulaire entourant le(s) canal (canaux) interne(s) et une enveloppe tubulaire entourant le(s) canal(canaux) externe(s), le manchon se prolongeant axialement au-delà de l'extrémité de l'enveloppe par une zone de dépassement de longueur axiale L, l'une au moins des deux extrémités de l'échangeur étant équipée d'un connecteur métallique femelle qui est assemblé de manière étanche sur et autour de l'enveloppe et du manchon et qui forme deux conduits de passage du fluide communiquant respectivement avec le ou chaque canal interne et avec le ou chaque canal externe.
  • A cet effet, un échangeur selon l'invention est tel que le connecteur est assemblé à l'enveloppe par une ligne circonférentielle de soudure par exemple à l'arc localisée à l'extérieur du connecteur et de l'enveloppe, et au manchon par au moins une garniture annulaire d'étanchéité qui est montée sur ladite zone de dépassement en étant coaxiale à la ligne de soudure et qui appuie de manière étanche sous une surface axiale interne du connecteur, la garniture ou celle des garnitures - ou garniture proximale - qui est la plus proche de cette ligne de soudure en étant séparée d'une distance axiale D de préférence au moins égale à 1 cm, de sorte à ne pas être altérée par le soudage.
  • Par l'expression « ligne circonférentielle de soudure », on entendra d'une manière générale dans la présente description une zone annulaire de soudure d'épaisseur axiale variable et pouvant être continue ou non, par exemple une zone de type « multilignes » telle qu'une ligne doublée.
  • Quant au matériau utilisable pour réaliser cet échangeur, il peut par exemple s'agir, dans le cas où le fluide frigorigène utilisé est du dioxyde de carbone, du R134a ou équivalent, d'un matériau métallique en un alliage base aluminium ou en acier ou bien, dans le cas de l'utilisation d'un autre fluide frigorigène, d'un matériau plastique approprié.
  • On notera que l'assemblage selon l'invention, qui peut avantageusement comporter seulement deux lignes de jonction étanche connecteur haute et basse pression / échangeur respectivement formées, d'une part, de la garniture d'étanchéité interne au connecteur séparant de manière étanche les fluides haute et basse pression et, d'autre part, de la ligne de soudure externe séparant ces fluides de l'atmosphère extérieure, est ainsi réalisé en une seule opération de soudage, ce qui représente un coût d'assemblage et un taux de rebut plus réduits que dans l'art antérieur où deux voire trois opérations de soudage/ brasage étaient requises.
  • On notera également que dans cet assemblage selon l'invention, l'intérieur du connecteur est dépourvu de toute jonction permanente avec le manchon réalisée par apport de chaleur, telle qu'un soudage ou un brasage, du fait que l'unique soudage réalisé l'est à l'extérieur du connecteur. Il en résulte que la précision du soudage pour l'opérateur en est accrue, ce qui minimise les risques de non-conformité du soudage et donc de fuite du fluide frigorigène. La ligne de soudure de l'assemblage selon l'invention peut avantageusement joindre un bord radial extérieur du connecteur à la face externe axiale de l'enveloppe.
  • On notera en outre que l'utilisation préférentielle selon l'invention d'un soudage à l'arc (i.e. mis en oeuvre par fusion, la chaleur étant produite par au moins un arc électrique jaillissant soit entre une ou plusieurs électrode(s) et les pièces à souder, soit entre des électrodes), de préférence un soudage MIG (pour « Metal Inert Gas » en anglais, réalisé sous protection de gaz inerte avec une électrode-fil fusible qui contribue à garnir la soudure) ou TIG (pour « Tungsten Inert Gas » en anglais, également sous atmosphère interne mais avec une électrode de tungstène), permet de minimiser la propagation de la chaleur ainsi apportée dans le connecteur. En effet, ce soudage à l'arc peut être avantageusement réalisé à une température relativement réduite (inférieure à 650° C) et avec un cycle de soudage très bref (inférieur à 10 secondes) ce qui autorise le positionnement préalable d'une garniture d'étanchéité, tel qu'un joint torique élastomère, à proximité de l'emplacement choisi pour ce soudage.
  • Avantageusement, ladite distance axiale D entre cette ligne de soudure et la garniture proximale peut être comprise entre 1,5 cm et 5 cm, étant de préférence supérieure à la longueur L de ladite zone de dépassement.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite ou chaque garniture d'étanchéité peut être logée dans une gorge dudit manchon en y étant comprimée par ladite surface axiale interne du connecteur. De préférence, une unique garniture d'étanchéité est interposée radialement entre la surface interne du connecteur et cette gorge, qui est formée en ladite extrémité du manchon.
  • Avantageusement, la surface interne du connecteur peut comprendre une première portion axiale montée au contact de l'enveloppe et une seconde portion axiale montée au contact de ladite zone de dépassement du manchon, ledit conduit du connecteur qui communique avec le ou chaque canal externe débouchant de préférence de manière oblique à l'extrémité de l'enveloppe alors que l'autre conduit peut prolonger coaxialement le manchon.
  • On notera que l'échangeur selon l'invention peut être pourvu sur sa circonférence d'ailettes longitudinales qui s'étendent radialement à l'intérieur de l'enveloppe et axialement en retrait de l'extrémité de celle-ci, de sorte que l'espace du canal externe axialement compris entre ces ailettes et l'extrémité d'enveloppe forme, en liaison avec ledit conduit haute pression, une chambre annulaire collectrice de l'écoulement du fluide. Pour le choix de la forme et de l'agencement de ces ailettes, on pourra par exemple se reporter aux documents US-A-2 551 710 et US-B1-6 434 972 , à titre non limitatif.
  • Un circuit de climatisation pour véhicule automobile selon l'invention comporte un échangeur thermique interne tel que défini ci-dessus.
  • D'une manière générale, on notera que le circuit de climatisation selon l'invention peut fonctionner dans les plages usuelles de température et de pression relatives au fluide frigorigène utilisé, i.e. par exemple à des pressions allant de plusieurs dizaines de bars à environ 150 bars pour du dioxyde de carbone ou du R134a.
  • Un procédé de raccordement étanche selon l'invention d'un connecteur métallique femelle à l'une au moins des deux extrémités d'un échangeur thermique interne selon l'invention tel que décrit ci-dessus, ce connecteur formant deux conduits de passage du fluide communiquant respectivement avec le ou chaque canal interne et avec le ou chaque canal externe de l'échangeur, comprend les étapes successives suivantes :
    1. a) on met en place au moins une garniture annulaire d'étanchéité autour de ladite zone de dépassement du manchon,
    2. b) on monte le connecteur autour de ladite extrémité de l'échangeur de manière qu'il soit en contact, d'une part, avec une zone d'extrémité de la face radialement externe de l'enveloppe et, d'autre part, avec la ou chaque garniture et une partie de ladite zone de dépassement adjacente, puis
    3. c) on soude, de préférence à l'arc et à une température inférieure à 650° C et pendant un temps de cycle inférieur à 10 secondes, le connecteur ainsi monté sur cette zone d'extrémité de l'enveloppe, en une ligne circonférentielle de soudure qui joint la surface externe du connecteur à cette zone de l'enveloppe et qui suffisamment éloignée de ladite garniture ou garniture proximale, de préférence d'une distance axiale D au moins égale à 1 cm, pour éviter son altération par ce soudage.
  • Comme indiqué précédemment, on réalise ce soudage exclusivement sur le pourtour extérieur du connecteur et de l'échangeur, en joignant par exemple un bord radial extérieur du connecteur à la face externe axiale de l'enveloppe.
  • Avantageusement, l'on met en oeuvre un soudage MIG ou TIG à l'étape c), la température de soudage étant de préférence comprise entre 600 et 640° C.
  • On notera que le soudage à l'arc utilisable dans l'invention autorise un cycle de soudure plus bref que d'autres modes de jonction par apport thermique, tels que le brasage, et que ce soudage externe à l'arc permet, outre d'améliorer la fiabilité de la jonction connecteur/ échangeur, de minimiser la propagation de chaleur dans la masse du connecteur et donc vers la ou chaque garniture d'étanchéité, en combinaison avec le choix d'un connecteur présentant une inertie thermique élevée. A cet effet, le connecteur est avantageusement à base d'un métal ou alliage métallique de capacité calorifique élevée, tel qu'un matériau à base d'aluminium.
  • D'autres caractéristiques, avantages et détails de la présente invention ressortiront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation de l'invention, donné à titre illustratif et non limitatif, la description étant réalisée en référence avec les dessins joints, parmi lesquels :
    • la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de climatisation pour véhicule automobile incorporant un échangeur thermique interne selon l'invention,
    • la figure 2 est une vue schématique partielle, en coupe longitudinale et en partie en perspective, d'un échangeur thermique interne équipé selon l'invention d'un connecteur femelle à l'une de ses extrémités, et
    • la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'un échangeur thermique interne équipé selon l'invention d'un connecteur femelle selon une variante de la figure 2.
  • Le circuit de climatisation 1 illustré à la figure 1 est de manière connue un circuit fermé ou « boucle » qui comprend, outre un échangeur thermique interne E, plusieurs éléments répartis à l'intérieur du compartiment moteur du véhicule, notamment un compresseur 2, un refroidisseur ou condenseur 3 et un évaporateur 4, et dans lequel circule un fluide frigorigène sous pression, tel que du dioxyde de carbone ou du R134a, à titre non limitatif. Tous ces éléments sont reliés entre eux par des lignes rigides ou flexibles constitués par des portions tubulaires rigides et/ou souples, qui présentent en chacune de leurs extrémités des moyens de raccordement étanches.
  • Plus précisément, le circuit 1 comporte :
    • une ligne basse pression BP destinée à véhiculer le fluide frigorigène (tel que du CO2 à l'état gazeux, du R134a ou équivalent) entre le l'évaporateur 4 et le compresseur 2, à travers l'échangeur E via une entrée eBP de fluide basse pression à réchauffer (par exemple de 30 à 40° C pour le CO2) et une sortie sBP de ce fluide ainsi réchauffé, et
    • une ligne haute pression HP destinée à véhiculer ce même fluide (à l'état supercritique pour du CO2) en aval du compresseur 2 et du refroidisseur 3 via une entrée eHP de fluide haute pression à refroidir (par exemple de 13 à 16° C pour le CO2) et une sortie sHP de ce fluide ainsi refroidi, une valve de détente 5 étant agencée en aval de cette sortie sHP et en amont de l'évaporateur 4.
  • L'échangeur E, E' selon les exemples de réalisation de l'invention illustrés aux figures 2 et 3 est de type coaxial à contre-courant, et il est destiné à refroidir le fluide issu de la ligne HP par conduction au contact du même fluide issu de la ligne BP qui est réchauffé en échange. A cet effet, cet échangeur E, E' est dans cet exemple constitué d'un manchon radialement interne métallique 10, 110 qui délimite dans son espace intérieur un canal interne 11, 111 pour le fluide issu de la ligne BP et qui est inséré axialement à l'intérieur d'une enveloppe radialement externe 20, 120 également métallique délimitant avec le manchon 10, 110 un canal externe 21, 121 de section transversale annulaire pour le fluide issu de la ligne HP. Ce manchon 10, 110 se prolonge axialement au-delà de l'extrémité de l'enveloppe 20, 120 par une zone de dépassement 13, 113 de longueur axiale L se terminant par une gorge circonférentielle 14, 114, dans laquelle est inséré une garniture d'étanchéité élastomère 15, 115 et dont le rebord externe forme l'extrémité sensiblement radiale de l'enveloppe 20, 120.
  • De plus, le manchon 10, 110 est pourvu sur sa circonférence d'une pluralité d'ailettes longitudinales 12 (visibles à la figure 2 en perspective, et en coupe seulement pour l'ailette 12 la plus inférieure) qui s'étendent radialement à l'intérieur de l'enveloppe 20, 120 et se terminent axialement en retrait de l'extrémité de cette dernière, de telle sorte que l'espace du canal externe 21, 121 axialement compris entre les ailettes 12 et cette extrémité de l'enveloppe 20, 120 forme une chambre annulaire collectrice de l'écoulement du fluide frigorigène.
  • En l'une au moins des extrémités E1, E'1 de l'échangeur E, E' qui est illustrée à la figure 2 est assemblé un connecteur femelle 30, 130 qui définit deux conduits de passage 31, 131 et 32, 132 pour le fluide frigorigène communiquant de manière étanche avec le canal interne 11, 111 et le canal externe 21, 121, respectivement (ce conduit 32, 132 présente un tronçon oblique 32a, 132a débouchant sur le canal externe 21, 121 et se prolongeant par un tronçon axial 32b, 132b débouchant hors du connecteur 30, 130).
  • Le connecteur 30, 130 selon ces exemples de l'invention est assemblé à l'enveloppe par deux lignes d'étanchéité formées :
    • de la garniture d'étanchéité 15, 115, préalablement positionnée dans la gorge 14, 114 du manchon 10, 110 puis comprimée radialement par une portion axiale 34, 134 de la surface interne du connecteur 30, 130 de sorte à appuyer de manière étanche sur ce dernier, et
    • d'une unique ligne circonférentielle de soudure par exemple à l'arc 40, 140 qui est intégralement localisée à l'extérieur du connecteur 30, 130 et de l'enveloppe 20, 120 du fait qu'elle joint un bord radial extérieur 33, 133 du connecteur 30, 130 et la face externe axiale de l'enveloppe 20, 120, cette ligne de soudure 40, 140 étant coaxiale à la garniture 15, 115 mais en étant séparée de celle-ci d'une distance axiale D choisie suffisante pour que la garniture 15, 115 ne soit pas altérée par le soudage adjacent.
  • On voit en outre sur ces figures 2 et 3 que le connecteur 30, 130 est monté au contact de la face radialement externe de l'enveloppe 20, 120 par une autre portion axiale 35, 135 de sa surface interne qui fait un angle droit avec le bord extérieur 33, 133 de soudure du connecteur 30, 130.
  • On réalise de préférence ce soudage à l'arc par la technique MIG, étant précisé que le soudage TIG est également utilisable. On obtient ainsi une soudure 15, 115 fiable (la ligne obtenue peut par exemple s'étendre sur une largeur axiale comprise entre 6 mm et 8 mm), tout en étant réalisée à une température suffisamment basse (avantageusement de l'ordre de 620° C) et pendant un temps de cycle suffisamment bref (inférieur à 10 secondes) pour ne pas détériorer le matériau élastomère de la garniture 15, 115. Ces conditions de température et de temps de cycle réduits pour la soudure à l'arc utilisée, combinées à l'utilisation d'un connecteur 30, 130 présentant une inertie thermique ou capacité calorifique élevée (à base d'un matériau métallique de conductivité thermique élevée, tel que l'aluminium, par exemple) permettent de réaliser ce soudage à proximité immédiate de la garniture 15, 115, tout en préservant ses propriétés de résilience et donc d'étanchéité. Cette proximité, mesurée par la distance D précitée, peut être égale ou supérieure à 1 cm et est de préférence comprise entre 1,5 cm et 5 cm, étant par exemple de 2 cm environ.

Claims (13)

  1. Echangeur thermique interne (E, E') de type tubulaire coaxial en particulier pour un circuit de climatisation (1) de véhicule automobile comportant deux portions respectivement de haute pression (HP) et basse pression (BP) parcourues par un fluide frigorigène, l'échangeur définissant au moins un canal radialement interne (11, 111) pour le fluide issu de la portion basse pression et, pour le fluide issu de la portion haute pression, au moins un canal radialement externe (21, 121) qui est formé entre un manchon tubulaire (10, 110) entourant le(s) canal (canaux) interne(s) et une enveloppe tubulaire (20, 120) entourant le(s) canal(canaux) externe(s), le manchon se prolongeant axialement au-delà de l'extrémité de l'enveloppe par une zone de dépassement (13, 113) de longueur axiale L, l'une au moins des deux extrémités (E1, E'1) de l'échangeur étant équipée d'un connecteur métallique femelle (30, 130) qui est assemblé de manière étanche sur et autour de l'enveloppe et du manchon et qui forme deux conduits de passage du fluide (31, 131 et 32, 132) communiquant respectivement avec le ou chaque canal interne et avec le ou chaque canal externe, caractérisé en ce que le connecteur est assemblé :
    - à l'enveloppe par une ligne circonférentielle de soudure par exemple à l'arc (40, 140) localisée à l'extérieur du connecteur et de l'enveloppe, et
    - au manchon par au moins une garniture annulaire d'étanchéité (15, 115) qui est montée sur ladite zone de dépassement en étant coaxiale à la ligne de soudure et qui appuie de manière étanche sous une surface axiale interne (34, 134) du connecteur,
    la garniture ou celle des garnitures qui est la plus proche de cette ligne de soudure en étant séparée d'une distance axiale D de préférence au moins égale à 1 cm, de sorte à ne pas être altérée par le soudage.
  2. Echangeur thermique interne (E, E') selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ligne de soudure (40, 140) joint un bord radial extérieur (33, 133) du connecteur (30, 130) à la face externe axiale de l'enveloppe (20, 120).
  3. Echangeur thermique interne (E, E') selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'intérieur du connecteur (30, 130) est dépourvu de toute jonction permanente avec ledit manchon (10, 110) réalisée par apport de chaleur.
  4. Echangeur thermique interne (E, E') selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite distance D est comprise entre 1,5 cm et 5 cm, étant de préférence supérieure à ladite longueur L de la zone de dépassement (13, 113).
  5. Echangeur thermique interne (E, E') selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite ligne de soudure (40, 140) est obtenue par un soudage à l'arc à une température inférieure à 650° C et pendant un temps de cycle inférieur à 10 secondes.
  6. Echangeur thermique interne (E, E') selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite ligne de soudure (40, 140) est obtenue par un soudage MIG ou TIG de sorte à minimiser la propagation de la chaleur apportée dans le connecteur (30, 130), lequel est de préférence à base d'un métal ou alliage métallique d'inertie thermique élevée, tel que l'aluminium.
  7. Echangeur thermique interne (E, E') selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite ou chaque garniture d'étanchéité (15, 115), telle qu'un joint torique élastomère, est logée dans une gorge (14, 114) dudit manchon (10, 110) en y étant comprimée par ladite surface axiale interne (34, 134) du connecteur (30, 130).
  8. Echangeur thermique interne (E, E') selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'est interposée une unique garniture d'étanchéité (15, 115) radialement entre ladite surface interne (34, 134) du connecteur (30, 130) et ladite gorge (14, 114), laquelle est formée en ladite extrémité dudit manchon (10, 110).
  9. Echangeur thermique interne (E, E') selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface interne du connecteur comprend une première portion axiale (35, 135) montée au contact de l'enveloppe (20, 120) et une seconde portion axiale (34, 134) montée au contact de ladite zone de dépassement (13, 113) du manchon (10, 110), ledit conduit (32, 132) du connecteur (30, 130) qui communique avec le ou chaque canal externe (21, 121) débouchant de manière oblique à l'extrémité de l'enveloppe alors que l'autre conduit (31, 131) prolonge coaxialement le manchon.
  10. Circuit de climatisation (1) pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur thermique interne (E, E') selon une des revendications précédentes.
  11. Procédé de raccordement étanche d'un connecteur métallique femelle (30, 130) à l'une au moins des deux extrémités (E1, E'1) d'un échangeur thermique interne (E, E') de type tubulaire coaxial en particulier pour un circuit de climatisation (1) de véhicule à moteur comportant deux portions respectivement de haute pression (HP) et basse pression (BP) parcourues par un fluide frigorigène, l'échangeur définissant au moins un canal radialement interne (11, 111) pour le fluide issu de la portion basse pression et, pour le fluide issu de la portion haute pression, au moins un canal radialement externe (21, 121) qui est formé entre un manchon tubulaire (10, 110) entourant le(s) canal (canaux) interne(s) et une enveloppe tubulaire (20, 120) entourant le(s) canal(canaux) externe(s), le manchon se prolongeant axialement au-delà de l'extrémité de l'enveloppe par une zone de dépassement (13, 113) de longueur axiale L, le connecteur formant deux conduits de passage du fluide (31, 131 et 32, 132) communiquant respectivement avec le ou chaque canal interne et avec le ou chaque canal externe, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
    a) on met en place au moins une garniture annulaire d'étanchéité (15, 115) autour de ladite zone de dépassement du manchon,
    b) on monte le connecteur autour de ladite extrémité de l'échangeur de manière qu'il soit en contact, d'une part, avec une zone d'extrémité de la face radialement externe de l'enveloppe et, d'autre part, avec la ou chaque garniture et une partie de ladite zone de dépassement adjacente, puis
    c) on soude, de préférence à l'arc et à une température inférieure à 650° C et pendant un temps de cycle inférieur à 10 secondes, le connecteur ainsi monté sur cette zone d'extrémité de l'enveloppe, en une ligne circonférentielle de soudure qui joint la surface externe du connecteur à cette zone de l'enveloppe et qui suffisamment éloignée de ladite garniture ou garniture proximale, de préférence d'une distance axiale D au moins égale à 1 cm, pour éviter son altération par ce soudage.
  12. Procédé de raccordement étanche selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on réalise le soudage à l'étape c) exclusivement sur le pourtour extérieur du connecteur (30, 130) et de l'échangeur (E, E'), en joignant un bord radial extérieur (33, 133) du connecteur à la face externe axiale de l'enveloppe (20, 120).
  13. Procédé de raccordement étanche selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre un soudage MIG ou TIG à l'étape c), la température de soudage étant de préférence comprise entre 600° C et 640° C.
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