EP2699863A1 - Echangeur de chaleur pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation - Google Patents

Echangeur de chaleur pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation

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Publication number
EP2699863A1
EP2699863A1 EP12717196.5A EP12717196A EP2699863A1 EP 2699863 A1 EP2699863 A1 EP 2699863A1 EP 12717196 A EP12717196 A EP 12717196A EP 2699863 A1 EP2699863 A1 EP 2699863A1
Authority
EP
European Patent Office
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ply
heat exchanger
refrigerant
volume
phase separation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12717196.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Mohamed Yahia
Nicolas Bertrand
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F28D1/05391—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits combined with a particular flow pattern, e.g. multi-row multi-stage radiators
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    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0091—Radiators
    • F28D2021/0096—Radiators for space heating

Definitions

  • the technical sector of the present invention is that of heat exchangers integrated in an air conditioning loop, in particular a reversible air conditioning loop. More particularly, the invention relates to a heat exchanger between an interior air flow intended to be distributed in a passenger compartment of a vehicle, and the refrigerant fluid.
  • a motor vehicle is conventionally equipped with an air conditioning loop inside which circulates a refrigerant.
  • the air conditioning loop includes, in particular, a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion member and an indoor heat exchanger, traversed by the refrigerant.
  • the indoor heat exchanger is installed in a housing of a heating, ventilation and / or air conditioning system, generally located in a passenger compartment of the vehicle, for distributing a flow of indoor air, hot or cold or temperate depending a request from a user of the vehicle.
  • the external heat exchanger is, meanwhile, conventionally installed in the front of the vehicle to be traversed by a flow of air outside the passenger compartment of the vehicle.
  • the air conditioning loop can be used according to various modes of operation, in particular, in a so-called “cooling” mode or in a so-called “heating” mode.
  • Such an air conditioning loop is also called “reversible air conditioning loop” or “air conditioning loop - heat pump”.
  • the refrigerant In the so-called "cooling" mode, the refrigerant is circulated by the compressor to the outdoor heat exchanger, operating as a condenser or gas cooler, in which it is cooled by the outside air flow. Then, the refrigerant circulates towards the expansion element, in which it undergoes a lowering of pressure, before entering the indoor heat exchanger, functioning as an evaporator.
  • the refrigerant fluid, passing through the indoor heat exchanger is then heated by the interior air flow entering the housing of the heating, ventilation and / or air conditioning system, leading, correlatively, to a cooling of the flow of heat. indoor air in order to lower the temperature of the vehicle interior.
  • the air conditioning loop being a closed loop circuit, the refrigerant then returns to the compressor.
  • the refrigerant is circulated by the compressor to the indoor heat exchanger.
  • the indoor heat exchanger then behaves as a condenser or gas cooler, in the refrigerant is cooled by the flow of indoor air circulating in the housing of the heating, ventilation and / or air conditioning.
  • the interior air flow is heated in contact with the indoor heat exchanger in order to increase the temperature of the passenger compartment of the vehicle.
  • the refrigerant is expanded by the expansion member before reaching the external heat exchanger, operating as an evaporator.
  • the outside air flow contributes to the vaporization of the refrigerant, before returning to the compressor.
  • Such an air conditioning loop has been improved by the addition of a second indoor heat exchanger for transferring the calories of the refrigerant to the interior air flow, to be distributed in the passenger compartment of the vehicle.
  • the second indoor heat exchanger then provides heating of the indoor air flow, when the air conditioning loop operates in the so-called "heating" mode.
  • such a second indoor heat exchanger is installed in the housing of the heating, ventilation and / or air conditioning, so as to be traversed by the interior air flow to be distributed in the passenger compartment.
  • the second indoor heat exchanger is not, however, configured to provide such thermal uniformity of the interior air flow therethrough.
  • the object of the present invention is therefore to solve the disadvantages described above mainly by providing a heat exchanger such that the refrigerant evolves in two distinct rows, preferably parallel.
  • the heat exchanger comprises a phase separation means in which the coolant in the liquid state accumulates.
  • the phase separating means is installed in such a way that one of the two rows ensures subcooling of the refrigerant, that is to say a lowering of the temperature of the coolant when it is at the same time. liquid state.
  • the other row provides condensation of the refrigerant during which the coolant is cooled and / or condensed. During this step, the coolant tends to its saturation point.
  • the arrangement of the two rows, or sheets homogenizes the temperature of the interior air flow through the indoor heat exchanger.
  • the invention therefore relates to a heat exchanger arranged to achieve a heat exchange between a refrigerant and an indoor air flow.
  • the heat exchanger comprises a beam formed of a first ply and a second ply in which the refrigerant circulates.
  • the first ply is delimited by a first end face and a second end face.
  • the second layer is delimited by a third face frontal and a fourth frontal face.
  • at least three of the end faces are distinct and arranged in different planes.
  • a phase separation means relates the first ply and the second ply of the heat exchanger.
  • phase separation means imposes a supply of the second layer by the coolant in the liquid phase.
  • the level of subcooling is increased, that is to say the lowering of the coolant temperature in the liquid phase after its condensation.
  • the heat exchanger comprises a beam formed by the association of the first ply with the second ply.
  • the first ply extends to a first depth and the second ply extends to a second depth.
  • the second depth is less than the first depth.
  • the sum of the first depth of the first ply and the second depth of the second ply, defining the depth of the beam, is between 20 and 50 mm.
  • the heat exchanger is such that a height of the first ply is identical to a height of the second ply and / or in which a width of the first ply is identical to a width of the second ply.
  • the height of the first web etyou of the second web is between 120 and 300 mm.
  • the width of the first ply and / or the second ply is between 100 and 300 mm.
  • the dimensions mentioned above are particularly suitable for the integration of such a heat exchanger inside a housing of a heating, ventilation and / or air conditioning system of a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the first depth, the height and the width of the first ply define a first internal volume
  • the second depth, the height and the width of the second ply define a second internal volume.
  • the second internal volume of the second ply is between 30% and 40% of the first internal volume of the first ply.
  • the heat exchanger comprises a phase separation means relating the first ply and the second ply of the heat exchanger.
  • the first ply comprises a plurality of tubes defining a first volume of refrigerant fluid and a plurality of spacers defining a first volume of heat exchange.
  • the second ply comprises a plurality of tubes defining a second refrigerant volume and a plurality of spacers defining a second heat exchange volume. According to this arrangement, the first refrigerant volume is communicated with the second refrigerant volume through the phase separation means.
  • the first ply comprises an outlet orifice connected to the phase separation means and the second ply comprises an inlet orifice connected to the phase separation means.
  • the phase separation means comprises an accumulation zone intended to receive the cooling fluid in the state liquid, the inlet of the second ply being connected to the accumulation zone. It is understood here that the accumulation zone communicates with the second layer.
  • the second sheet being connected to the phase separation means, it is possible to produce a temperature difference of the refrigerant between the inlet orifice and an outlet of the second layer of at least 30 ° C, when a temperature difference between the inner air flow through the second ply and the refrigerant fluid channeled in the second ply is greater than or equal to 50 ° C.
  • the heat exchanger comprises a refrigerant inlet duct and a refrigerant outlet duct provided on the same side of the heat exchanger.
  • the phase separation means and the second refrigerant volume of the second sheet together define an internal volume of between 40 cm 3 and 50 cm 3 . It is understood from such an arrangement that the phase separation means is not arranged to store the non-circulating mass of coolant, such a function being provided by an additional storage means disposed in the air conditioning loop incorporating the exchanger of heat according to the present invention.
  • the present invention also relates to a heating, ventilation and / or air conditioning system for a motor vehicle comprising a housing adapted to channel an interior air flow intended to be distributed in a passenger compartment of the vehicle.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning system comprises a heat exchanger as defined above.
  • the heat exchanger is installed in the housing in order to be traversed by the flow indoor air.
  • the heat exchanger is installed in the housing so that the interior air flow passes through the second ply before passing through the first ply.
  • the interior air flow enters the subcooling ply (second ply), through which the flow of indoor air is subjected to pre-heating.
  • the inner air flow passes through the cooling and / or condensation ply (first ply).
  • the coolant is thus cooled in the liquid state, which contributes to raising the coefficient of performance of the thermodynamic cycle that takes place in the air conditioning loop using such a heat exchanger.
  • the invention finally covers an air conditioning loop for a motor vehicle comprising a compressor, an external heat exchanger, a refrigerant storage means, an indoor heat exchanger and at least one expansion member, comprising a heat exchanger such as as defined above and a phase separation means relating the first ply and the second ply of the heat exchanger.
  • a first advantage of the invention lies in the increase of the coefficient of performance of the air conditioning loop, when it is used in a so-called "heating" mode for heating the interior air flow to be distributed in the room. cabin.
  • Another advantage is the production of a warm indoor air flow whose temperature is homogeneous and uniform.
  • figure 1 is a schematic view of a heat exchanger according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partial view of a heating, ventilation and / or air conditioning system receiving the heat exchanger according to the present invention.
  • FIG. 1 illustrates a heat exchanger 1 according to an exemplary embodiment according to the present invention.
  • the heat exchanger 1 also called heat exchanger 1
  • the heat exchanger 1 is intended to allow a heat exchange between a refrigerant fluid 2, circulating in an air conditioning loop, and an interior air flow 3, intended to be distributed in a passenger compartment. 'a motor vehicle.
  • the heat exchanger 1 is particularly intended to exchange between the interior air flow and a refrigerant fluid named HFO 1234YF.
  • the present invention also finds application in air conditioning loops for the circulation of other subcritical fluids, for example a refrigerant referenced R134A, or subcritical fluids, for example a refrigerant referenced R744A or CO2.
  • the heat exchanger 1 is a component of the air conditioning loop responsible for transferring calories from the coolant 2 to the indoor air stream 3.
  • the heat exchanger 1 is inactive when the air conditioning loop is configured in a so-called “cooling” mode.
  • the heat exchanger 1 comprises a first sheet 4 and a second sheet 6 in which the coolant 2 circulates.
  • first ply 4 is delimited by a first end face 5a and a second end face 5b.
  • second ply 6 is delimited by a third end face 5c and a fourth end face 5d.
  • the first end face 5a, the second end face 5b, the third end face 5c and the fourth end face 5d are distinct from each other.
  • the heat exchanger 1 is arranged such that the second end face 5b and the third end face 5c are disjoint leaving a space between them.
  • two of the end faces are merged.
  • the heat exchanger 1 is arranged such that the second end face 5b and the third end face 5c are identical and merged.
  • at least three of the end faces are distinct and arranged in different planes.
  • first end face 5a, the second end face 5b, the third end face 5c and the fourth end face 5d are parallel to each other.
  • the first end face 5a, the second end face 5b, the third end face 5c and the fourth end face 5d define planes traversed by the interior air flow 3. It is therefore particularly advantageous for the flow of Inner air 3 passes successively through the fourth end face 5d, the third end face 5c, the second end face 5b and the first end face 5a.
  • a preferential definition of the present invention is such that the second ply 6 is arranged upstream of the first ply 4, according to the flow direction of the interior air flow 3. It is then understood that the first ply 4 and the second ply 6 are installed next to each other.
  • the surface of the first ply 4 is identical to the surface of the second ply 6.
  • the first end face 5a, the second end face 5b, the third end face 5c and the fourth end face 5d have identical surfaces.
  • the first ply 4 and the second ply 6 are superimposed.
  • the first ply 4 and the second ply 6 form two adjacent and parallel rows which together form a beam 8 of the heat exchanger 1.
  • the first ply 4 and the second ply 6 thus constitute a unitary block defining the beam 8 of the heat exchanger 1
  • the first ply 4 and the second ply 6 are of identical constitution. They are each composed of a plurality of tubes each defining at least one circulation channel for the refrigerant fluid 2.
  • the first sheet 4 and the second sheet 6 contribute to a circulation of the refrigerant 2 in the heat exchanger 1.
  • the first ply 4, respectively of the second ply 6, of the beam 8 of the heat exchanger 1 is installed a spacer to increase the exchange surface between the fluid refrigerant 2, circulating in the tubes, and the internal air flow 3.
  • the spacers are made in a wavy manner to provide intervals in which the flow of the interior air circulates 3.
  • the first ply 4, respectively of the second ply 6, therefore consists of an alternation of tubes and spacers.
  • the first ply 4 extends to a first depth PI, a height H and a width L defining a first volume internal.
  • the second ply 6 extends along a second depth P2, a height H and a width L defining a second internal volume.
  • the first depth PI is the distance between the first end face 5a and the second end face 5b.
  • the second depth P2 is the distance between the third end face 5c and the fourth end face 5d.
  • the second depth P2 is smaller than the first depth P1.
  • the height H and the width L correspond to the heights and widths of the first end face 5a, the second end face 5b, the third end face 5c and the fourth front face 5d.
  • the tubes of the first ply 4 define a first volume of refrigerant. Moreover, the plurality of spacers of the first ply 4 defines a first volume of heat exchange. Similarly, the tubes of the second ply 6 define a second volume of refrigerant fluid. Furthermore, the plurality of spacers of the second ply 6 defines a second volume of heat exchange.
  • the inserts of the first ply 4 are separated and disjoined from the inserts of the second ply 6, so as to limit the thermal bridges between the first ply 4 and the second ply 6.
  • the heat exchanger 1 may have spacers common to the first ply 4 and the second ply 6.
  • the heat exchanger 1, illustrated in FIG. 1, has a first end 11 and a second end 12 between which the bundle 8 extends.
  • an intake manifold 16 allowing the admission of the refrigerant 2 in the heat exchanger 1.
  • the intake manifold 16 is secured to the bundle 8 so as to supply the plurality of tubes of the first sheet 4 with refrigerant 2.
  • the refrigerant 2 enters the collector intake 16 by an inlet pipe 13.
  • the inlet pipe 13 is formed by a manifold attached to the intake manifold 16 and sealingly secured thereto.
  • the discharge manifold 14 for the discharge of the refrigerant fluid 2 from the heat exchanger 1.
  • the exhaust manifold 14 is secured to the beam 8 so as to collect the refrigerant 2 at the outlet of the plurality of tubes of the second ply 6.
  • the refrigerant 2 exits the evacuation manifold 14 through an outlet duct 15.
  • the outlet duct 15 is formed by a tubing attached to the exhaust manifold 14 and secured to the latter.
  • the intake manifold 16 and the exhaust manifold 14 are formed at the first end 11 of the heat exchanger 1.
  • the refrigerant 2 undergoes a circulation known as' LT.
  • Such an arrangement assumes importance as to the uniformity of the temperature downstream of the heat exchanger 1, according to the direction of the interior air flow 3.
  • the present invention also applies to heat exchangers 1 in which the intake manifold 16 and the exhaust manifold 14 are disposed on either side of the bundle 8 of the heat exchanger 1, that is to say at the first end 11 and the second end 12.
  • the first ply 4 and the second ply 6 described above can be traversed according to a plurality of passes arranged for the refrigerant 2 to flow, alternately, in opposite directions.
  • the directions of passes of the first ply 4 and the second ply 6 may in a horizontal direction, corresponding to the extension direction of heat exchanger 1 according to the width L, and / or a vertical direction, corresponding to the direction of extension of heat exchanger 1 according to height H.
  • the present invention also finds an application when the first ply 4 and / or the second ply 6 comprises a single pass, that is to say a circulation of the cooling fluid 2 in a single direction, according to the width L, over the entire height H of the first ply 4 and / or the second ply 6.
  • phase separation means 17 is arranged in the air conditioning loop.
  • the phase separation means 17 allows separation of the liquid phase and the gas phase of the refrigerant fluid 2.
  • the phase separation means 17 is integrated in the heat exchanger 1.
  • the phase separation means 17 can be relocated in the air conditioning loop and thus be dissociated from the heat exchanger 1.
  • the phase separation means 17 relates, from the point of view of the cooling fluid 2, the first sheet 4 to the second sheet 6.
  • the phase separation means 17 is a component allowing the refrigerant 2, in from the first ply 4, to enter the second ply 6. It is placed downstream of the first ply 4 and upstream of the second ply 6, in the direction of circulation of the refrigerant in the air conditioning loop.
  • the phase separation means 17 connects the first refrigerant volume of the first ply 4 with the second refrigerant volume of the second ply 6.
  • the refrigerant 2 undergoes a cooling phase and / or condensation through the first layer 4.
  • the refrigerant 2 enters a two-phase state, liquid phase and gas phase mixture, in the phase separation means 17 via an outlet orifice 18 of the first ply 4.
  • the refrigerant fluid 2 in the liquid state then accumulates a lower part of the phase separation means 17 and enters the second sheet 6 through an inlet port 19.
  • the inlet orifice 19 is positioned more lower than the outlet orifice 18 in the vertical direction, corresponding to the extension direction of the heat exchanger 1 according to the height H.
  • the phase separation means 17 comprises an accumulation zone 20 and a separation zone 21.
  • the accumulation zone 20 is a volume intended to receive the cooling fluid 2 in the liquid state while the separation zone 21 allows refrigerant 2 to split into the gas phase and the liquid phase.
  • the separation zone 21 is connected to the first ply 4 by the outlet orifice 18 and the accumulation zone 20 is connected to the second ply 6 by the inlet orifice 19.
  • the heat exchanger 1 is arranged so that the second sheet 6 produces a difference in temperature of the refrigerant fluid 2 between the inlet orifice 19 and the outlet pipe 15 of the heat exchanger 1. at least 30 ° C.
  • the temperature of the cooling fluid 2 flowing in the second ply 6 is lowered by at least 30 ° C during its course in the second ply 6. This lowering of temperature is measured for a situation where the difference between the temperature the interior air flow 3 passing through the second ply 6 and the temperature of the refrigerant 2 to the inlet orifice 19 the second ply 6 is greater than or equal to 50 ° C.
  • the phase separation means 17 is not a device for storing the non-circulating coolant mass 2.
  • the volume of the phase separation means 17 is reduced to the minimum necessary to ensure that the second sheet 6 is supplied with refrigerant fluid 2 in the liquid phase.
  • a volume consisting of the volume of the phase separation means 17 and the second refrigerant volume of the second sheet 6 is comprised at 40 and 50 cm 3 . This corresponds to an optimum for ensuring the separation function of the liquid phase and the gas phase without impacting the general external volume of the heat exchanger 1.
  • Figure 2 shows a partial view of a heating, ventilation and / or air conditioning system 22 receiving the heat exchanger 1 according to the present invention.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning system 22 comprises a housing 23 making it possible to channel the interior air flow 3.
  • the heat exchanger 1 according to the present invention is installed transversely to the interior air flow 3 in the housing 23, so that the interior air flow 3 passes through the second ply 6 prior to the first ply 4.
  • the second ply 6 is upstream of the first ply 4, according to the direction of the air flow interior 3.
  • a heating, ventilation and / or air-conditioning installation 22 covers any type of installations housing the heat exchanger 1 according to the present invention.
  • it covers, in particular, the heating and ventilation installations 22, providing only the distribution of a heated indoor air flow, or the heating, ventilation and / or air conditioning installations 22, allowing the distribution of an interior air stream heated or cooled or tempered.
  • the refrigerant 2 enters the heat exchanger 1 at a first high temperature Ti, for example equal to 65 ° C, since the coolant 2 comes directly from the compressor, in which it has undergone a rise in pressure and temperature. It traverses the first layer 4 in which it exchanges heat with the interior air flow 3. Thanks to this heat exchange, the refrigerant 2 cools and / or condenses.
  • the refrigerant fluid 2, thus cooled and / or condensed, then enters the phase separation means 17 at a second temperature T2, lowered relative to the first temperature Ti.
  • the second temperature T2 is, for example, equal to 50 ° C.
  • the cooling fluid 2 does not undergo heat exchange by passing through the phase separation means 17 and thus enters the second sheet 6 at a third temperature T 3 equal to the second temperature T 2 , that is, according to the example given, 50 ° C, and in a liquid state.
  • the refrigerant fluid 2 in the liquid state then travels the second ply 6 and undergoes a lowering of temperature by exchange with the inner air flow 3, according to the chosen hypothesis, at 0 ° C.
  • the refrigerant 2 then leaves the heat exchanger 1 at a fourth low temperature T 4 , for example equal to 20 ° C.
  • T 4 a fourth low temperature
  • the second ply 6 performs an undercooling of the refrigerant 2 of at least 30 ° C, corresponding to the difference between the third temperature T 3 and the fourth temperature T 4 .
  • the temperature of the inner air flow 3a situated opposite the inlet duct 13, that is to say on the left of FIG. 2, is equal to 37.5 ° C.
  • the temperature of the inner air flow 3b located on the side of the outlet duct 15, that is to say the straight line of FIG. 2 is equal to 37.5 ° C.
  • Such a heat exchanger 1 has dimensions adapted to its integration inside the housing 23 of the heating, ventilation and / or air conditioning system 22.
  • the beam 8, formed by the juxtaposition of the first ply 4 and of the second layer 6, is such that:
  • the width L is between 100 mm and 300 mm
  • the height H is between 120 mm and 300 mm
  • ⁇ the depth P corresponding to the sum of the first depth PI and the second depth P2, is between 20 mm and 50 mm.
  • the second depth P2 of the second ply 6 is between 6 mm and 20 mm.
  • the heat exchanger 1 is one of the components major air conditioning loop for the circulation of refrigerant 2.
  • the air conditioning loop further comprises a compressor, an external heat exchanger, arranged to ensure a heat exchange between the refrigerant fluid 2 and a flow of air outside the air. cockpit, to ensure a cooling function and / or condensation, when the air conditioning loop operates in so-called "cooling" mode, or an evaporation function, when the air conditioning loop operates in so-called "heating" mode.
  • the air conditioning loop also comprises a refrigerant storage means 2, in particular a bottle, installed immediately downstream of the external heat exchanger in the direction of circulation of the refrigerant fluid, or an accumulator placed in the air conditioning circuit immediately. upstream of the compressor.
  • the air conditioning loop also comprises an indoor heat exchanger, arranged to ensure a heat exchange between the refrigerant fluid 2 and the interior air flow 3 intended to be distributed in the passenger compartment of the vehicle.
  • the indoor heat exchanger is intended to cool the interior air flow 3 intended to be distributed in the passenger compartment, when the circuit of the air conditioning loop operates in so-called "cooling" mode.
  • the air conditioning loop comprises at least one expansion member ensuring a lowering of the pressure before the entry of the refrigerant fluid 2 into the indoor heat exchanger.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur (1) agencé pour réaliser un échange thermique entre un fluide réfrigérant (2) et un flux d'air intérieur (3) et comprenant un faisceau (8) formée d'une première nappe (4) et d'une deuxième nappe (6) dans lesquelles circule le fluide réfrigérant, la première nappe (4) étant délimitée par une première face frontale (5a) et une deuxième face frontale (5b) et la deuxième nappe (6) étant délimitée par une troisième face frontale (5c) et une quatrième face frontale (5d). Au moins trois des faces frontales (5a, 5b, 5c, 5d) sont distinctes et agencées selon des plans différents.

Description

Echangeur de chaleur pour une installation de chauffage,
ventilation et/ou climatisation.
Le secteur technique de la présente invention est celui des échangeurs de chaleur intégrés à une boucle de climatisation, en particulier une boucle de climatisation réversible. Plus particulièrement, l'invention vise un échangeur de chaleur entre un flux d'air intérieur, destiné à être distribué dans un habitacle d'un véhicule, et le fluide réfrigérant. Un véhicule automobile est classiquement équipé d'une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant. La boucle de climatisation comprend, notamment, un compresseur, un échangeur de chaleur extérieur, un organe de détente et un échangeur de chaleur intérieur, parcourus par le fluide réfrigérant. L'échangeur de chaleur intérieur est installé dans un boîtier d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, généralement, disposée dans un habitacle du véhicule, afin de distribuer un flux d'air intérieur, chaud ou froid ou tempéré en fonction d'une demande d'un utilisateur du véhicule. L'échangeur de chaleur extérieur est, quant à lui, classiquement installé en face avant du véhicule pour être traversé par un flux d'air extérieur à l'habitacle du véhicule.
La boucle de climatisation peut être utilisée selon divers modes de fonctionnement, notamment, dans un mode dit "refroidissement" ou dans un mode dit "chauffage". Une telle boucle de climatisation est également appelée "boucle de climatisation réversible" ou "boucle de climatisation - pompe à chaleur".
Dans le mode dit "refroidissement", le fluide réfrigérant est mis en circulation par le compresseur vers l'échangeur de chaleur extérieur, fonctionnant en tant que condenseur ou refroidisseur de gaz, dans lequel il est refroidi par le flux d'air extérieur. Puis, le fluide réfrigérant circule vers l'organe de détente, dans lequel il subit un abaissement de pression, avant d'entrer dans l'échangeur de chaleur intérieur, fonctionnant en tant qu'évaporateur. Le fluide réfrigérant, traversant l'échangeur de chaleur intérieur, est alors chauffé par le flux d'air intérieur entrant dans le boîtier de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, conduisant, corrélativement, à un refroidissement du flux d'air intérieur dans le but d'abaisser la température de l'habitacle du véhicule. La boucle de climatisation étant un circuit boucle fermée, le fluide réfrigérant retourne alors vers le compresseur. Dans le mode dit "chauffage", le fluide réfrigérant est mis en circulation par le compresseur vers l'échangeur de chaleur intérieur. L'échangeur de chaleur intérieur se comporte alors comme un condenseur ou refroidisseur de gaz, dans le fluide réfrigérant est refroidi par le flux d'air intérieur circulant dans le boîtier de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. Le flux d'air intérieur se chauffe au contact de l'échangeur de chaleur intérieur dans le but d'augmenter la température de l'habitacle du véhicule. Après passage dans l'échangeur de chaleur intérieur, le fluide réfrigérant est détendu par l'organe de détente avant d'arriver dans l'échangeur de chaleur extérieur, fonctionnant en tant qu'évaporateur. Le flux d'air extérieur contribue à la vaporisation du fluide réfrigérant, avant son retour vers le compresseur.
Une telle boucle de climatisation a été améliorée par l'ajout d'un deuxième échangeur de chaleur intérieur destiné à transférer les calories du fluide réfrigérant vers le flux d'air intérieur, destiné à être distribué dans l'habitacle du véhicule. Le deuxième échangeur de chaleur intérieur assure alors le chauffage du flux d'air intérieur, quand la boucle de climatisation fonctionne dans le mode dit "chauffage".
Cependant, un tel deuxième échangeur de chaleur intérieur n'est pas optimisé. En effet, le compresseur doit fournir des efforts importants, se traduisant par une augmentation de la puissance consommée. Le coefficient de performance de la boucle de climatisation utilisée dans le mode dit "chauffage" n'est alors pas optimisé.
Par ailleurs, un tel deuxième échangeur de chaleur intérieur est installé dans le boîtier de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, de sorte à être traversé par le flux d'air intérieur destiné à être distribué dans l'habitacle. Pour des raisons de confort thermique des occupants du véhicule, il convient de fournir une température du flux d'air intérieur homogène. Le deuxième échangeur de chaleur intérieur n'est pas toutefois pas configuré pour assurer une telle uniformité thermique du flux d'air intérieur le traversant.
Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci- dessus principalement en proposant un échangeur de chaleur tel que le fluide réfrigérant évolue selon deux rangées distinctes, avantageusement parallèles. L'échangeur de chaleur comprend un moyen de séparation de phase dans lequel le fluide réfrigérant à l'état liquide s'accumule. Le moyen de séparation de phase est installé de sorte à ce que l'une des deux rangées assure un sous- refroidissement du fluide réfrigérant, c'est-à-dire un abaissement de la température du fluide réfrigérant quand celui-ci est à l'état liquide. On comprend ici que l'autre rangée assure la condensation du fluide réfrigérant au cours de laquelle le fluide réfrigérant est refroidi et/ou condensé. Lors de cette étape, le fluide réfrigérant tend vers son point de saturation. La disposition des deux rangées, ou nappes, permet d'homogénéiser la température du flux d'air intérieur traversant l'échangeur de chaleur intérieur.
L'invention a donc pour objet un échangeur de chaleur agencé pour réaliser un échange thermique entre un fluide réfrigérant et un flux d'air intérieur. Plus spécifiquement, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau formé d'une première nappe et d'une deuxième nappe dans lesquelles circule le fluide réfrigérant. La première nappe est délimitée par une première face frontale et une deuxième face frontale. La deuxième nappe est délimitée par une troisième face frontale et une quatrième face frontale. De plus, selon la présente invention, au moins trois des faces frontales sont distinctes et agencées selon des plans différents. Avantageusement, un moyen de séparation de phase met en relation la première nappe et la deuxième nappe de l'échangeur de chaleur.
Une telle disposition permet d'augmenter le coefficient de performance d'une boucle de climatisation intégrant un tel échangeur de chaleur, fonctionnant dans un mode dit "chauffage". En effet, le moyen de séparation de phase impose une alimentation de la deuxième nappe par le fluide réfrigérant en phase liquide. Comme la deuxième nappe échange comporte une large surface d'échnage thermique, on augmente le niveau de sous-refroidissement, c'est-à-dire l'abaissement de la température du fluide réfrigérant en phase liquide après sa condensation.
Avantageusement, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau formé par l'association de la première nappe avec la deuxième nappe. Préférentiel lement, la première nappe s'étend selon une première profondeur et la deuxième nappe s'étend selon une deuxième profondeur. Préférentiel lement, la deuxième profondeur est inférieure à la première profondeur. La somme de la première profondeur de la première nappe et de la deuxième profondeur de la deuxième nappe, définissant la profondeur du faisceau, est comprise entre 20 et 50 mm.
Par ailleurs, l'échangeur de chaleur est telle qu'une hauteur de la première nappe est identique à une hauteur de la deuxième nappe et/ou dans lequel une largeur de la première nappe est identique à une largeur de la deuxième nappe. Avantageusement, la hauteur de la première nappe etyou de la deuxième nappe est comprise entre 120 et 300 mm. Avantageusement également, la largeur de la première nappe et/ou de la deuxième nappe est comprise entre 100 et 300 mm.
Les dimensions évoquées ci-dessus sont particulièrement adaptées à l'intégration d'un tel échangeur de chaleur à l'intérieur d'un boîtier d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un habitacle de véhicule automobile.
Tel que défini, la première profondeur, la hauteur et la largeur de la première nappe définissent un premier volume interne, et la deuxième profondeur, la hauteur et la largeur de la deuxième nappe définissent un deuxième volume interne. Préférentiellement, le deuxième volume interne de la deuxième nappe est compris entre 30% et 40% du premier volume interne de la première nappe.
De plus, avantageusement, l'échangeur de chaleur comprend un moyen de séparation de phase mettant en relation la première nappe et la deuxième nappe de l'échangeur de chaleur.
Plus spécifiquement, la première nappe comprend une pluralité de tubes définissant un premier volume de fluide réfrigérant et une pluralité d'intercalaires définissant un premier volume d'échange thermique. De même, la deuxième nappe comprend une pluralité de tubes définissant un deuxième volume de fluide réfrigérant et une pluralité d'intercalaires définissant un deuxième volume d'échange thermique. Selon cet agencement, le premier volume de fluide réfrigérant est mis en communication avec le deuxième volume de fluide réfrigérant par l'intermédiaire du moyen de séparation de phase.
Préférentiellement, la première nappe comporte un orifice de sortie raccordé au moyen de séparation de phase et la deuxième nappe comporte un orifice d'entrée raccordé au moyen de séparation de phase. Selon une autre caractéristique de llnvention, le moyen de séparation de phase comprend une zone d'accumulation destinée à recevoir le fluide réfrigérant à l'état liquide, l'orifice d'entrée de la deuxième nappe étant raccordée à la zone d'accumulation. On comprend ici que la zone d'accumulation communique avec la deuxième nappe. II a été démontré que selon la présente invention, la deuxième nappe étant raccordée au moyen de séparation de phase, il est possible de produire une différence de température du fluide réfrigérant entre l'orifice d'entrée et une sortie de la deuxième nappe d'au moins 30°C, quand une différence de température entre le flux d'air intérieur traversant la deuxième nappe et le fluide réfrigérant canalisé dans la deuxième nappe est supérieure ou égale à 50°C.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend une conduite d'entrée de fluide réfrigérant et une conduite de sortie de fluide réfrigérant ménagées d'un même côté de l'échangeur de chaleur.
Selon un aspect complémentaire de l'invention, le moyen de séparation de phase et le deuxième volume de fluide réfrigérant de la deuxième nappe délimitent ensemble un volume interne compris entre 40 cm3 et 50 cm3. On comprend d'une telle disposition que le moyen de séparation de phase n'est pas agencé pour stocker la masse non circulante de fluide réfrigérant, une telle fonction étant assurée par un moyen de stockage supplémentaire disposé dans la boucle de climatisation intégrant l'échangeur de chaleur selon la présente invention.
La présente invention vise également une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour véhicule automobile comprenant un boîtier apte à canaliser un flux d'air intérieur, destiné à être distribué dans un habitacle du véhicule. L'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprend un échangeur de chaleur tel que défini précédemment. Avantageusement, l'échangeur de chaleur est installé dans le boîtier afin d'être traversé par le flux d'air intérieur.
Préférentiellement, réchangeur de chaleur est installé dans le boîtier de manière à ce que le flux d'air intérieur traverse la deuxième nappe avant de traverser la première nappe. Autrement dit, le flux d'air intérieur pénètre dans la nappe de sous-refroidissement (deuxième nappe), à la traversée de laquelle le flux d'air intérieur est soumis à un pré-chauffage. Par suite, le flux d'air intérieur traverse la nappe de refroidissement et/ou condensation (première nappe). Le fluide réfrigérant est ainsi refroidi à l'état liquide, ce qui contribue à élever le coefficient de performance du cycle thermodynamique qui prend place dans la boucle de climatisation utilisant un tel échangeur de chaleur.
L'invention couvre enfin une boucle de climatisation pour un véhicule automobile comprenant un compresseur, un échangeur de chaleur extérieur, un moyen de stockage de fluide réfrigérant, un échangeur de chaleur intérieur et au moins un organe de détente, comprenant un échangeur de chaleur tel que défini précédemment et un moyen de séparation de phase mettant en relation la première nappe et la deuxième nappe de l'échangeur de chaleur. Un tout premier avantage selon l'invention réside dans l'augmentation du coefficient de performance de la boucle de climatisation, quand celle-ci est utilisée dans un mode dit "chauffage" permettant réchauffer le flux d'air intérieur destiné à être distribué dans l'habitacle. Un autre avantage réside dans la production d'un flux d'air intérieur chaud dont la température est homogène et uniforme.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
• la figure 1 est une vue schématique d'un échangeur de chaleur selon la présente invention, et
■ la figure 2 est une vue partielle d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation recevant l'échangeur de chaleur selon la présente invention.
La figure 1 illustre un échangeur de chaleur 1 selon un exemple de réalisation conforme à la présente invention. L'échangeur de chaleur 1, également appelé échangeur thermique 1, est destiné à permettre un échange thermique entre un fluide réfrigérant 2, circulant dans une boucle de climatisation, et un flux d'air intérieur 3, destiné à être distribué dans un habitacle d'un véhicule automobile. L'échangeur de chaleur 1 est tout particulièrement destiné à échanger entre le flux d'air intérieur et un fluide réfrigérant nommé HFO 1234YF. Toutefois, la présente invention trouve également une application dans des boucles de climatisation permettant la circulation d'autres fluides sous-critiques, par exemple un fluide réfrigérant référrencé R134A, ou de fluides sous-critiques, par exemple un fluide réfrigérant référrencé R744A ou C02.
L'échangeur de chaleur 1 est un composant de la boucle de climatisation chargée de transférer des calories en provenance du fluide réfrigérant 2 vers le flux d'air intérieur 3.
Avantageusement, il assure une fonction de chauffage de l'habitacle lorsque la boucle de climatisation est configurée dans un mode dit "chauffage". Selon un exemple préférentiel de réalisation, l'échangeur de chaleur 1 est inactif quand la boucle de climatisation est configurée dans un mode dit "refroidissement".
L'échangeur de chaleur 1 comprend une première nappe 4 et une deuxième nappe 6 dans lesquelles circule le fluide réfrigérant 2.
D'une part, la première nappe 4 est délimitée par une première face frontale 5a et une deuxième face frontale 5b. D'autre part, la deuxième nappe 6 est délimitée par une troisième face frontale 5c et une quatrième face frontale 5d.
Selon une première variante, la première face frontale 5a, la deuxième face frontale 5b, la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d sont distinctes les unes des autres. En particulier, l'échangeur de chaleur 1 est agencé de telle sorte que la deuxième face frontale 5b et la troisième face frontale 5c sont disjointes ménageant un espace entre elles.
Selon une autre variante de réalisation, deux des faces frontales sont confondues. En particulier, l'échangeur de chaleur 1 est agencé de telle sorte que la deuxième face frontale 5b et la troisième face frontale 5c sont identiques et confondues. Ainsi, selon la présente invention, au moins trois des faces frontales sont distinctes et agencées selon des plans différents.
Complémentairement, la première face frontale 5a, la deuxième face frontale 5b, la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d sont parallèles entre elles.
De plus, préférentiellement, la première face frontale 5a, la deuxième face frontale 5b, la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d définissent des plans traversés par le flux d'air intérieur 3. Il est alors particulièrement avantageux que le flux d'air intérieur 3 traverse successivement la quatrième face frontale 5d, la troisième face frontale 5c, la deuxième face frontale 5b et la première face frontale 5a. Ainsi, une définition préférentielle de la présente invention est telle que la deuxième nappe 6 soit agencée en amont de la première nappe 4, selon le sens d'écoulement du flux d'air intérieur 3. On comprend alors que la première nappe 4 et la deuxième nappe 6 sont installées l'une à côté de l'autre. Avantageusement, la surface de la première nappe 4 est identique à la surface de la deuxième nappe 6. Ainsi, il ressort que la première face frontale 5a, la deuxième face frontale 5b, la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d ont des surfaces identiques.
Ainsi, selon la direction du flux d'air intérieur 3, la première nappe 4 et la deuxième nappe 6 sont superposées. En pratique, la première nappe 4 et la deuxième nappe 6 forment deux rangées adjacentes et parallèles qui forment, ensemble, un faisceau 8 de l'échangeur de chaleur 1. La première nappe 4 et la deuxième nappe 6 constituent donc un bloc unitaire définissant le faisceau 8 de l'échangeur de chaleur 1 Préférentiellement, la première nappe 4 et la deuxième nappe 6 sont de constitution identique. Elles sont, chacune, composées d'une pluralité de tubes définissant chacun au moins un canal de circulation du fluide réfrigérant 2. La première nappe 4 et la deuxième nappe 6 contribuent à une circulation du fluide réfrigérant 2 dans l'échangeur de chaleur 1.
Selon un exemple particulier de réalisation, entre deux tubes adjacents la première nappe 4, respectivement de la deuxième nappe 6, du faisceau 8 de l'échangeur de chaleur 1, est installée un intercalaire permettant d'augmenter la surface d'échange entre le fluide réfrigérant 2, circulant dans les tubes, et le flux d'air intérieur 3. Les intercalaires sont réalisés de façon ondulée afin de ménager des intervalles dans lesquels circulent le flux d'air intérieur 3. La première nappe 4, respectivement de la deuxième nappe 6, est donc constituées d'une alternances de tubes et d'intercalaires. Tel que défini précédemment, la première nappe 4 s'étend selon une première profondeur PI, une hauteur H et une largeur L définissant un premier volume interne. De même, la deuxième nappe 6 s'étend selon une deuxième profondeur P2, une hauteur H et une largeur L définissant un deuxième volume interne.
En conséquence, la première profondeur PI est la distance entre la première face frontale 5a et la deuxième face frontale 5b. De même, la deuxième profondeur P2 est la distance entre la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d. Préférentiellement, la deuxième profondeur P2 est inférieure à la première profondeur Pl. Enfin, la hauteur H et la largeur L correspondent aux hauteurs et largeurs de la première face frontale 5a, de la deuxième face frontale 5b, de la troisième face frontale 5c et de la quatrième face frontale 5d.
Ainsi, il ressort que les tubes de la première nappe 4 définissent un premier volume de fluide réfrigérant. Par ailleurs, la pluralité d'intercalaires de la première nappe 4 définit un premier volume d'échange thermique. De même, les tubes de la deuxième nappe 6 définissent un deuxième volume de fluide réfrigérant. Par ailleurs, la pluralité d'intercalaires de la deuxième nappe 6 définit un deuxième volume d'échange thermique.
Dans une variante préférée de la présente invention, les intercalaires de la première nappe 4 sont séparées et disjoints des intercalaires de la deuxième nappe 6, de manière à limiter les ponts thermiques entre la première nappe 4 et la deuxième nappe 6. Alternativement, l'échangeur de chaleur 1 peut comporter des intercalaires communs à la première nappe 4 et à la deuxième nappe 6.
L'échangeur de chaleur 1, illustré sur la figure 1, présente une première extrémité 11 et une deuxième extrémité 12 entre lesquelles s'étend le faisceau 8 . Selon l'exemple de réalisation présenté sur la figure 1, au niveau de la première extrémité 11, se trouve un collecteur d'admission 16 permettant l'admission du fluide réfrigérant 2 dans l'échangeur de chaleur 1. Le collecteur d'admission 16 est solidarisé au faisceau 8 de sorte à alimenter la pluralité de tubes de la première nappe 4 en fluide réfrigérant 2. Le fluide réfrigérant 2 pénètre dans le collecteur d'admission 16 par une conduite d'entrée 13. Par exemple, la conduite d'entrée 13 est formée par une tubulure rapportée sur le collecteur d'admission 16 et solidarisée de manière étanche à ce dernier.
De même, au niveau de la première extrémité 11, se trouve un collecteur d'évacuation 14 permettant l'évacuation du fluide réfrigérant 2 de l'échangeur de chaleur 1. Le collecteur d'évacuation 14 est solidarisé au faisceau 8 de sorte à collecter le fluide réfrigérant 2 en sortie de la pluralité de tubes de la deuxième nappe 6. Le fluide réfrigérant 2 sort du collecteur d'évacuation 14 par une conduite de sortie 15. Par exemple, la conduite de sortie 15 est formée par une tubulure rapportée sur le collecteur d'évacuation 14 et solidarisée de manière étanche à ce dernier.
De ce qui précède, on comprend que le collecteur d'admission 16 et le collecteur d'évacuation 14 sont ménagés au niveau de la première extrémité 11 de l'échangeur de chaleur 1. Ainsi agencé, il ressort que le fluide réfrigérant 2 subit une circulation dite en 'LT. Une telle disposition prend une importance quant à l'uniformité de la température en aval de l'échangeur de chaleur 1, selon la direction du flux d'air intérieur 3.
Alternativement, la présente invention s'applique également aux échangeurs de chaleur 1 dans lesquels le collecteur d'admission 16 et le collecteur d'évacuation 14 sont disposés de part et d'autre du faisceau 8 de l'échangeur de chaleur 1, c'est-à-dire au niveau de la première extrémité 11 et de la deuxième extrémité 12.
La première nappe 4 et la deuxième nappe 6 décrites ci-dessus peuvent être parcourues selon une pluralité de passes organisées pour que le fluide réfrigérant 2 circule, de façon alternée, selon des directions opposés. Les directions des passes de la première nappe 4 et de la deuxième nappe 6 peuvent selon une direction horizontale, correspondant à la direction d'extension de réchangeur de chaleur 1 selon de la largeur L, et/ou une direction verticale, correspondant à la direction d'extension de l'échangeur de chaleur 1 selon la hauteur H.
La présente invention trouve également une application quand la première nappe 4 et/ou la deuxième nappe 6 comprend une unique passe, c'est-à-dire une circulation du fluide réfrigérant 2 dans un unique sens, selon la largeur L, sur toute la hauteur H de la première nappe 4 et/ou la deuxième nappe 6.
De plus, selon la présente invention, un moyen de séparation de phase 17 est agencé dans la boucle de climatisation. Le moyen de séparation de phase 17 permet une séparation de la phase liquide et de la phase gazeuse du fluide réfrigérant 2.
Selon le mode préférentiel de réalisation de la présente invention, le moyen de séparation de phase 17 est intégré à l'échangeur de chaleur 1. Alternativement, le moyen de séparation de phase 17 peut être délocalisé dans la boucle de climatisation et être ainsi dissocié de l'échangeur de chaleur 1.
Le moyen de séparation de phase 17 met en relation, du point de vue du fluide réfrigérant 2, la première nappe 4 avec la deuxième nappe 6. Autrement dit, le moyen de séparation de phase 17 est un composant permettant au fluide réfrigérant 2, en provenance de la première nappe 4, d'entrer dans la deuxième nappe 6. Il est donc placé en aval de la première nappe 4 et en amont de la deuxième nappe 6, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation.
Plus spécifiquement, le moyen de séparation de phase 17 met en relation le premier volume de fluide réfrigérant de la première nappe 4 avec le deuxième volume de fluide réfrigérant de la deuxième nappe 6. Le fluide réfrigérant 2 subit une phase de refroidissement et/ou condensation pendant à travers la première nappe 4. En conséquence, le fluide réfrigérant 2 entre dans un état diphasique, mélange de phase liquide et de phase gazeuse, dans le moyen de séparation de phase 17 par l'intermédiaire d'un orifice de sortie 18 de la première nappe 4.
Le fluide réfrigérant 2 à l'état liquide s'accumule alors une partie inférieure du moyen de séparation de phase 17 et entre dans la deuxième nappe 6 par un orifice d'entrée 19. Avantageusement, l'orifice d'entrée 19 est positionné plus bas que l'orifice de sortie 18 selon la direction verticale, correspondant à la direction d'extension de l'échangeur de chaleur 1 selon la hauteur H.
Le moyen de séparation de phase 17 comprend une zone d'accumulation 20 et une zone de séparation 21. La zone d'accumulation 20 est un volume destiné à recevoir le fluide réfrigérant 2 à l'état liquide alors que la zone de séparation 21 permet au fluide réfrigérant 2 de se scinder en phase gazeuse et en phase liquide. La zone de séparation 21 est raccordée à la première nappe 4 par l'orifice de sortie 18 et la zone d'accumulation 20 est raccordée à la deuxième nappe 6 par l'orifice d'entrée 19.
Selon la présente invention, l'échangeur de chaleur 1 est agencé pour que la deuxième nappe 6 produise une différence de température du fluide réfrigérant 2 entre l'orifice d'entrée 19 et la conduite de sortie 15 de l'échangeur de chaleur 1 d'au moins 30°C.
On comprend ici que la température du fluide réfrigérant 2 circulant dans la deuxième nappe 6 est abaissée d'au moins 30°C pendant son parcours dans la deuxième nappe 6. Cet abaissement de température est mesuré pour une situation où l'écart entre la température du flux d'air intérieur 3 traversant la deuxième nappe 6 et la température du fluide réfrigérant 2 à l'orifice d'entrée 19 de la deuxième nappe 6 est supérieure ou égale à 50°C.
Un tel bénéfice est notamment obtenu quand le deuxième volume interne de la deuxième nappe 6 est compris entre 30% et 40% du premier volume interne de la première nappe 4.
Selon la présente invention, le moyen de séparation de phase 17 n'est pas un dispositif de stockage de la masse de fluide réfrigérant 2 non circulante. Le volume du moyen de séparation de phase 17 est donc réduit au strict nécessaire pour s'assurer que la deuxième nappe 6 est alimentée en fluide réfrigérant 2 en phase liquide. Ainsi, avantageusement, un volume constitué du volume du moyen de séparation de phase 17 et du deuxième volume de fluide réfrigérant de la deuxième nappe 6 est compris en 40 et 50 cm3. Ceci correspond à un optimum pour assurer la fonction de séparation de la phase liquide et de la phase gazeuse sans impacter le volume général extérieur de l'échangeur de chaleur 1. Ainsi, il est possible de faciliter l'intégration de l'échangeur de chaleur 1 à l'intérieur d'un boîtier d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule.
La figure 2 montre une vue partielle d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 22 recevant l'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention.
L'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 22 comprend un boîtier 23 permettant de canaliser le flux d'air intérieur 3. L'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention est installé transversalement au flux d'air intérieur 3 dans le boîtier 23, de sorte à ce que le flux d'air intérieur 3 traverse la deuxième nappe 6 préalablement à la première nappe 4. Autrement dit, la deuxième nappe 6 est en amont de la première nappe 4, selon la direction du flux d'air intérieur 3. Dans la présente description, il est fait mention d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 22. Une telle appellation couvre tout type d'installations logeant Péchangeur de chaleur 1 selon la présente invention. A titre d'exemple, elle couvre, notamment, les installations de chauffage et ventilation 22, assurant uniquement la distribution d'un flux d'air intérieur chauffé, ou les installations de chauffage, ventilation et/ou climatisation 22, permettant la distribution d'un flux d'air intérieur chauffé ou refroidi ou tempéré.
On va maintenant détailler un exemple de fonctionnement mettant en valeur le caractère homogène de la température du flux d'air intérieur 3 en aval de l'échangeur de chaleur 1 selon la direction du flux d'air intérieur 3.
On prend pour hypothèse que la température du flux d'air intérieur 3 entrant dans le boîtier 23 est égale à 0°C. Le fluide réfrigérant 2 entre dans l'échangeur de chaleur 1 à une première température Ti élevée, par exemple égale à 65°C, car le fluide réfrigérant 2 provient directement du compresseur, dans lequel il a subi une élévation de pression et de température. Il parcourt la première nappe 4 dans laquelle il échange thermique avec le flux d'air intérieur 3. Grâce à cet échange thermique, le fluide réfrigérant 2 se refroidit et/ou se condense. Le fluide réfrigérant 2, ainsi refroidi et/ou condensé, entre alors dans le moyen de séparation de phase 17 à une deuxième température T2, abaissée par rapport à la première température Ti. La deuxième température T2 est, par exemple, égale à 50°C.
Le fluide réfrigérant 2 ne subit pas d'échange thermique en traversant le moyen de séparation de phase 17 et entre ainsi dans la deuxième nappe 6 à une troisième température T3 égale à la deuxième température T2, soit, selon l'exemple donnée, 50°C, et dans un état liquide.
Le fluide réfrigérant 2 à l'état liquide parcourt ensuite la deuxième nappe 6 et subit un abaissement de température par échange avec le flux d'air intérieur 3, selon l'hypothèse choisie, à 0°C. Le fluide réfrigérant 2 sort alors de l'échangeur de chaleur 1 à une quatrième température T4 faible, par exemple égale à 20°C. Selon l'exemple présenté, on constate ainsi que la deuxième nappe 6 réalise un sous-refroidissement du fluide réfrigérant 2 d'au moins 30°C, correspondant à la différence entre la troisième température T3 et la quatrième température T4.
Grâce au fait que la surface de la première nappe 4 est identique à la surface de la deuxième nappe 6 et au fait que la deuxième nappe 6, dans laquelle le fluide réfrigérant 2 est à l'état liquide, est traversée par le flux d'air intérieur 3 avant que celui-ci ne traverse la première nappe 4, dans laquelle le fluide réfrigérant 2 se refroidit et/ou se condense, on délivre un flux d'air intérieur en aval de l'échangeur de chaleur 1 à une température uniforme.
Ainsi, la température du flux d'air intérieur 3a situé à l'opposé de la conduite d'entrée 13, c'est-à-dire à gauche de la figure 2, est égale à 37,5°C, alors que la température du flux d'air intérieur 3b situé du coté de la conduite de sortie 15, à c'est-à-dire droite de la figure 2, est égale à 37,5°C.
Un tel échangeur de chaleur 1 présente des dimensions adaptées à son intégration à l'intérieur du boîtier 23 de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 22. Préférentiellement, le faisceau 8, formé par la juxtaposition de la première nappe 4 et de la deuxième nappe 6, est tel que :
■ la largeur L est comprise entre 100 mm et 300 mm,
- la hauteur H est comprise entre 120 mm et 300 mm, et
■ la profondeur P, correspondant à la somme de la première profondeur PI et de la deuxième profondeur P2, est comprise entre 20 mm et 50 mm.
En conséquence, préférentiellement, la deuxième profondeur P2 de la deuxième nappe 6 est comprise entre 6 mm et 20mm.
L'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention est un des composants majeurs de la boucle de climatisation permettant la circulation du fluide réfrigérant 2. La boucle de climatisation comprend par ailleurs un compresseur, un échangeur de chaleur extérieur, agencé pour assurer un échange thermique entre le fluide réfrigérant 2 et un flux d'air extérieur à l'habitacle, afin d'assurer une fonction de refroidissement et/ou condensation, quand la boucle de climatisation fonctionne en mode dit "refroidissement", ou une fonction d'évaporation, quand la boucle de climatisation fonctionne en mode dit "chauffage".
La boucle de climatisation comprend également un moyen de stockage de fluide réfrigérant 2, notamment une bouteille, installée immédiatement en aval de l'échangeur de chaleur extérieur selon le sens de circulation du fluide réfrigérant , ou un accumulateur, placé dans la boucle de climatisation immédiatement en amont du compresseur. La boucle de climatisation comprend aussi un échangeur de chaleur intérieur, agencé pour assurer un échange thermique entre le fluide réfrigérant 2 et le flux d'air intérieur 3 destiné à être distribué dans l'habitacle du véhicule. L'échangeur de chaleur intérieur est destiné à refroidir le flux d'air intérieur 3 destiné à être distribué dans l'habitacle, quand le circuit de la boucle de climatisation fonctionne en mode dit "refroidissement". Enfin, la boucle de climatisation comporte au moins un organe de détente assurant un abaissement de la pression avant l'entrée du fluide réfrigérant 2 dans l'échangeur de chaleur intérieur.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.

Claims

Revendications
1. Echangeur de chaleur (1), agencé pour réaliser un échange thermique entre un fluide réfrigérant (2) et un flux d'air intérieur (3), comprenant un faisceau (8) formée d'une première nappe (4) et d'une deuxième nappe (6) dans lesquelles circule le fluide réfrigérant, la première nappe (4) étant délimitée par une première face frontale (5a) et une deuxième face frontale (5b) et la deuxième nappe (6) étant délimitée par une troisième face frontale (5c) et une quatrième face frontale (5d),
caractérisé en ce qu'au moins trois des faces frontales (5a, 5b, 5c, 5d) sont distinctes et agencées selon des plans différents.
2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, dans lequel la première nappe (4) s'étend selon une première profondeur (PI) et la deuxième nappe (6) s'étend selon une deuxième profondeur (P2).
3. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 2, dans lequel la somme de la première profondeur (PI) de la première nappe (4) et de la deuxième profondeur (P2) de la deuxième nappe (6) est comprise entre 20 et 50 mm.
4. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel une hauteur (H) de la première nappe (4) est identique à une hauteur (H) de la deuxième nappe (6) et/ou dans lequel une largeur (L) de la première nappe (4) est identique à une largeur (L) de la deuxième nappe (6).
5. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 4, dans lequel la hauteur (H) est comprise entre 120 et 300 mm et/ou la largeur (L) est comprise entre 100 et 300 mm.
6. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel, la première profondeur (PI), la hauteur (H) et la largeur (L) de la première nappe (4) définissant un premier volume interne, et la deuxième profondeur (P2), la hauteur (H) et la largeur (L) de la deuxième nappe (6) définissant un deuxième volume interne, le deuxième volume interne de la deuxième nappe (6) est compris entre 30% et 40% du premier volume interne de la première nappe (4).
7. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il comprend un moyen de séparation de phase (17) mettant en relation la première nappe (4) et la deuxième nappe (6) de l'échangeur de chaleur (1).
8. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 7, dans lequel la première nappe (4) comprend une pluralité de tubes définissant un premier volume de fluide réfrigérant et une pluralité d'intercalaires définissant un premier volume d'échange thermique, et dans lequel la deuxième nappe (6) comprend une pluralité de tubes définissant un deuxième volume de fluide réfrigérant et une pluralité d'intercalaires définissant un deuxième volume d'échange thermique, le premier volume de fluide réfrigérant étant mis en communication avec le deuxième volume de fluide réfrigérant par l'intermédiaire du moyen de séparation de phase (17).
9. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la première nappe (4) comporte un orifice de sortie (18) raccordé au moyen de séparation de phase (17) et dans lequel la deuxième nappe (6) comporte un orifice d'entrée (19) raccordé au moyen de séparation de phase (17).
10. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel le moyen de séparation de phase (17) comprend une zone d'accumulation (20) destinée à recevoir le fluide réfrigérant à l'état liquide, et en ce que l'orifice d'entrée (19) de la deuxième nappe (6) est raccordée à la zone d'accumulation (20).
11. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel le moyen de séparation de phase (17) et le deuxième volume de fluide réfrigérant de la deuxième nappe (6) délimitent un volume interne compris entre 40 cm3 et 50 cm3.
12. Boucle de climatisation pour un véhicule automobile comprenant un compresseur, un échangeur de chaleur extérieur, un moyen de stockage de fluide réfrigérant, un échangeur de chaleur intérieur et au moins un organe de détente, caractérisé en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un moyen de séparation de phase (17) mettant en relation la première nappe (4) et la deuxième nappe (6) de réchangeur de chaleur (1).
13. Installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation (22) pour un véhicule automobile comprenant un boîtier (23) apte à canaliser un flux d'air intérieur (3) destiné à être distribué dans un habitacle du véhicule, caractérisé en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 est installé dans le boîtier (23) afin d'être traversé par le flux d'air intérieur (3).
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