EP3548824A1 - Dispositif d'homogénéisation de la distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur constitutif d'un circuit de fluide réfrigérant - Google Patents

Dispositif d'homogénéisation de la distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur constitutif d'un circuit de fluide réfrigérant

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EP3548824A1
EP3548824A1 EP17816951.2A EP17816951A EP3548824A1 EP 3548824 A1 EP3548824 A1 EP 3548824A1 EP 17816951 A EP17816951 A EP 17816951A EP 3548824 A1 EP3548824 A1 EP 3548824A1
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EP
European Patent Office
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distribution
mixing
heat exchanger
conduit
refrigerant
Prior art date
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Application number
EP17816951.2A
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German (de)
English (en)
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EP3548824B1 (fr
Inventor
Jérémy BLANDIN
Kamel Azzouz
Julien Tissot
Patrick LEBLAY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
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Priority claimed from FR1661755A external-priority patent/FR3061282B1/fr
Priority claimed from FR1661742A external-priority patent/FR3059394B1/fr
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    • 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
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F28F9/0273—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/028—Evaporators having distributing means
    • 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
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators

Definitions

  • the field of the present invention is that of the heat exchangers constituting a refrigerant circuit.
  • refrigerant fluid equipping a motor vehicle.
  • the subject of the invention is a device for homogenizing the distribution of a refrigerant fluid inside tubes of such a heat exchanger.
  • a motor vehicle is commonly equipped with a ventilation, heating and / or air conditioning system for heat treating the air present or sent inside a passenger compartment of the motor vehicle. To do this, such an installation is associated with a closed circuit inside which circulates a refrigerant fluid.
  • the refrigerant circuit comprises successively a compressor, a condenser or gas cooler, an expansion member and a heat exchanger.
  • the heat exchanger is housed inside the ventilation, heating and / or air conditioning system to allow a heat exchange between the refrigerant and a flow of air circulating inside said installation, previously a delivery of the air flow inside the passenger compartment.
  • heat exchanger is used as an evaporator to cool the air flow.
  • the refrigerant is compressed inside the compressor, then the cooling fluid is cooled inside the condenser or gas cooler, then the refrigerant is expanded within the expansion device and finally the refrigerant captures calories to the airflow inside the heat exchanger.
  • the refrigerant fluid at the outlet of the expansion member and at the inlet of the heat exchanger, is in the two-phase state and is present in a liquid phase and a gaseous phase.
  • the heat exchanger comprises a header and a return box between which a bundle of tubes is interposed.
  • the refrigerant is admitted inside the heat exchanger through an inlet mouth that includes the manifold. Then, the coolant flows between the manifold and the gearbox by borrowing the tubes of the beam.
  • a general problem posed lies in the difficulty of feeding the tubes of the bundle homogeneously with respect to the different phases, liquid and gaseous, of the refrigerant fluid.
  • a heterogeneity of supply of refrigerant fluid tubes of the beam generates a heterogeneity of the temperature of the air flow through the heat exchanger. This heterogeneity is likely to induce untimely and undesired temperature differences between zones of the passenger compartment, which is detrimental.
  • the document US2015 / 0121950 proposes to house, inside the manifold, a device for homogenizing the distribution of the refrigerant fluid inside the tubes of the bundle.
  • This device comprises a conduit provided with a plurality of orifices.
  • the conduit has a first end portion which is in connection with a first inlet mouth of the refrigerant fluid inside the heat exchanger.
  • the conduit is arranged in a cylindrical tube delimiting an internal volume in one piece within which circulates the refrigerant fluid.
  • the coolant in the liquid phase is projected through the orifices formed through the conduit in the form of droplets.
  • Such an organization is not optimal from the point of view of the homogenization of the coolant distribution inside the heat exchanger. More particularly, the tubes of the beam farthest from the first end portion are frequently underfed with refrigerant fluid. This results in a heterogeneity of the temperature of the air flow at the outlet of the heat exchanger, which is unsatisfactory.
  • An object of the invention is to perfect the homogeneity of the coolant distribution inside the heat exchanger, in order to improve its efficiency and efficiency, in order to deliver inside the passenger compartment. a flow of air at the desired temperature.
  • Another object of the invention is to improve the distribution of refrigerant inside the heat exchanger, including when the latter is present inside. of the heat exchanger under two distinct phases, liquid and gas, in respective variable proportion.
  • Another object is to propose a device for distributing a refrigerant fluid inside the tubes of the bundle which provides an equivalent supply of refrigerant fluid to the tubes of the bundle, including those furthest away from the first end portion. duct, which receives the first coolant.
  • Another object is to provide a device for dispensing a refrigerant fluid which is arranged to prevent the refrigerant from accumulating in a zone of the latter.
  • a device of the present invention is a device for homogenizing the distribution of the refrigerant fluid inside tubes of a heat exchanger.
  • the homogenization device of the distribution comprises a conduit provided with at least one window through which the coolant is able to enter the conduit and at least one orifice through which the coolant is able to exit the conduit.
  • the duct houses at least one mixing device arranged to direct the cooling fluid from a center of the duct to an inner face of the duct.
  • the homogenization device of the distribution advantageously comprises at least one of the following characteristics, taken alone or in combination:
  • the duct delimits an internal volume within which at least partially extends the mixing device.
  • the mixing member occupies the entire internal volume. It is understood here that a peripheral edge of the mixing member is in contact with an inner face of a peripheral wall of the conduit.
  • the mixing member comprises at least one shaft equipped with at least one centrifugal wall. It is understood here that the centrifugal wall comes from the shaft and extends from the shaft to the peripheral edge of the mixing member.
  • the shaft extends in the center of the duct.
  • the center of the duct is contained inside the tree.
  • an axis of the shaft coincides with the center of the duct.
  • the centrifugal wall extends between the shaft and the inner face of the conduit.
  • the inner face is smooth.
  • the shaft is equipped with a plurality of centrifugal walls which are continuous between two longitudinal ends of the mixing member.
  • each centrifugal wall extends between the shaft, a first leading edge, a second leading edge and a peripheral edge.
  • Each centrifugal wall is a curved wall between the shaft, the first leading edge, the second leading edge and the peripheral edge.
  • the centrifugal wall comprises mixing elements which are carried by the shaft and which are separated from each other by at least one notch. It is understood here that the centrifugal wall is a discontinuous wall comprising at least two mixing elements separated by at least one notch.
  • the mixing elements are iteratively repeated along the shaft. It is understood here that mixing elements identical to each other are repeated one after the other along the shaft. The mixing elements succeed one another in being identical to each other and oriented in a similar manner in space with respect to each other.
  • each mixing element is arranged in a helix portion.
  • each mixing element extends between a first leading edge and a second leading edge which form between them a first angle of between 70 ° and 110 °.
  • the first leading edge of a mixing element forms with a second leading edge of a mixing element adjacent a second angle between 70 ° and 110 °.
  • Each mixing element comprises at least two identical mixing patterns and winding direction opposite to each other. It is understood here that the mixing element is a discontinuous wall comprising at least two mixing patterns separated by at least one groove.
  • the mixing pattern extends between a first leading edge and a second leading edge, which are parallel to each other.
  • the first leading edge of a mixing pattern forms with a second leading edge of a mixing pattern adjacent a third angle between 70 ° and 110 °.
  • the homogenizing device comprises at least one duct provided with at least one window through which the coolant is able to enter the conduit and at least one orifice through which the coolant is able to exit the conduit.
  • the conduit provides the refrigerant fluid a passage area.
  • the orifice is of a first diameter.
  • the duct houses at least one mixing device which is of a first length and a second diameter.
  • the mixing member comprises a plurality of identical and repeated mixing elements along an axis of elongation. Each mixing element is one step away.
  • a diameter ratio is defined by the ratio of the second diameter to the first diameter.
  • a mixing ratio is defined by the ratio of the second diameter to the pitch.
  • a surface ratio is defined as the ratio of the passage area to the first length. The surface ratio is between 0.02 and 1.38, the diameter ratio is between 0.2 and 50 and / or the mixing ratio is between 0.01 and 2.5.
  • the homogenizing device advantageously comprises at least one of the following characteristics, taken alone or in combination:
  • the surface ratio is greater than 0.28 and the diameter ratio is between
  • the surface ratio is greater than 0.28 and the mixing ratio is between 0.25 and 2.5.
  • the surface ratio is between 0.28 and 1.38 and the diameter ratio is between 10 and 50.
  • the surface ratio is between 0.28 and 0.68 and the diameter ratio is between 10 and 50.
  • the surface ratio is between 0.28 and 1.38 and the mixing ratio is between 0.4 and 2.5.
  • the surface ratio is between 0.28 and 0.68 and the mixing ratio is between 0.4 and 2.5.
  • the invention also relates to a header box defining a first chamber housing at least one such homogenization device of the distribution.
  • the invention also relates to a heat exchanger comprising such a box collector and a gearbox between which is interposed a bundle of tubes.
  • a heat exchanger of the present invention is a heat exchanger equipped with a device for homogenizing the distribution of refrigerant fluid inside tubes of the heat exchanger.
  • the homogenizing device comprises at least one duct provided with at least one window through which the refrigerant fluid is able to enter the duct and at least one orifice through which the refrigerant fluid is able to exit the duct.
  • the tubes provide the refrigerant with a passage section and a perimeter.
  • the orifice is of a first diameter.
  • the duct houses at least one mixing device which is of a second diameter.
  • the mixing member comprises a plurality of identical and repeated mixing elements along an axis of elongation. Each mixing element is one step away.
  • a diameter ratio is defined by the ratio of the second diameter to the first diameter.
  • a mixing ratio is defined by the ratio of the second diameter to the pitch.
  • a hydraulic diameter is defined by the ratio between four times the passage section divided by the perimeter. The hydraulic diameter being between 0.5 and 2.0, the diameter ratio is between 2.5 and 45 and / or the mixing ratio is between 0.25 and 2.5.
  • the heat exchanger advantageously comprises at least one of the following features, taken alone or in combination:
  • the hydraulic diameter being between 0.5 and 0.6, the diameter ratio is between 2.5 and 17.5.
  • the hydraulic diameter being between 0.6 and 0.9, the diameter ratio is between 2.5 and 22.5.
  • the hydraulic diameter being between 0.9 and 1.3, the diameter ratio is between 5 and 30.
  • the hydraulic diameter being between 1.3 and 1.6, the diameter ratio is between 7.5 and 35.
  • the hydraulic diameter being between 1.6 and 2
  • the diameter ratio is between 10 and 45.
  • the hydraulic diameter being between 0.5 and 1
  • the mixing ratio is between 0.25 and 2.5.
  • the invention also relates to a refrigerant fluid circuit comprising at least one such heat exchanger.
  • the present invention also relates to a use of such a heat exchanger as an evaporator housed inside a housing of a ventilation, heating and / or air conditioning system equipping a motor vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a refrigerant circuit comprising a heat exchanger of the present invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic perspective illustration of a first embodiment of a heat exchanger illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a diagrammatic perspective illustration of a second variant embodiment of a heat exchanger illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 4 is a diagrammatic perspective illustration of a first alternative embodiment of a device for homogenizing the distribution of the refrigerant fluid for equipping the heat exchanger shown in FIGS. 2 or 3;
  • FIG. 5 is a diagrammatic perspective illustration of a second alternative embodiment of a device for homogenizing the distribution of the refrigerant fluid for equipping the heat exchanger shown in FIGS. 2 or 3,
  • FIG. 6 is a diagrammatic perspective illustration of a section of the device for homogenizing the distribution of the refrigerant fluid represented in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a diagrammatic perspective illustration of a first variant of a mixer constituting the device for homogenizing the distribution of the refrigerant fluid represented in FIGS. 4 to 5
  • FIG. 8 is a diagrammatic perspective illustration of a second variant of a mixer constituting the device for homogenizing the distribution of the refrigerant fluid represented in FIGS. 4 to 5;
  • FIG. 9 is a diagrammatic perspective illustration of a third variant of a mixing device constituting the device for homogenizing the distribution of the refrigerant fluid represented in FIGS. 4 to 5,
  • FIG. 10 is a detailed view of the mixing device represented in FIG. 9,
  • FIG. 11 is a detailed view of the mixing device represented in FIG. 10,
  • FIG. 12 is a detailed view of a constituent mixing pattern of the mixing device illustrated in FIGS. 9, 10 and 11.
  • FIG. 1 there is shown a closed circuit 1 inside which circulates a refrigerant fluid FR.
  • the refrigerant circuit 1 successively comprises, in a direction SI of circulation of the refrigerant fluid FR inside the refrigerant circuit 1, a compressor 2 for compressing the refrigerant fluid FR, a condenser or a gas cooler 3 for cooling the refrigerant FR, an expansion member 4 within which the cooling fluid FR undergoes expansion and a heat exchanger 5.
  • the heat exchanger 5 is housed inside a housing 6 of a ventilation system 7, heating and / or air conditioning inside which circulates a flow of air.
  • the heat exchanger 5 allows a heat transfer between the refrigerating fluid FR and the airflow FA coming into contact with it and / or passing through it, as illustrated in FIG. 2. According to the operating mode of the fluid circuit 1 described above, the heat exchanger 5 is used as an evaporator to cool the air flow FA, during the passage of the air flow FA to the contact and / or from one side of the heat exchanger 5.
  • the heat exchanger 5 comprises a manifold 8 and a gearbox 9 between which a tube bundle 10, 10a, 10b is interposed.
  • the heat exchanger 5 extends parallel to a first plane PI containing the manifold 8, the bundle of tubes 10, 10a, 10b and the return box 9.
  • the manifold 8 overhangs the bundle of tubes 10, 10a, 10b, which are themselves located above the box of 9, in particular in the position of use of the heat exchanger 5 mounted inside the housing 6.
  • the manifold 8 is an upper box of the heat exchanger 5 while the gearbox 9 is a lower box of the heat exchanger 5.
  • the airflow FA flows through the heat exchanger 5 in a direction preferably orthogonal to the first plane Pl.
  • the tubes 10, 10a, 10b are for example rectilinear and extend along a first axis of general extension A1 between the manifold 8 and the return box 9.
  • the manifold 8 extends along a second axis of general extension A2 and the gearbox 9 extends along a third axis of general extension A3.
  • the second axis of general extension A2 and the third axis of general extension A3 are mutually parallel, being orthogonal to the first axis of general extension Al.
  • the bundle of tubes 10, 10a, 10b is provided with fins 15 which are interposed between two successive tubes 10, 10a, 10b, to promote a heat exchange between the air flow FA and the tubes 10, 10a, 10b, when a passage of the airflow FA through the heat exchanger 5, the airflow FA flowing in a direction substantially orthogonal to the first plane Pl.
  • the heat exchanger 5 comprises a first mouth 16 through which the refrigerant fluid FR enters the interior of the heat exchanger 5.
  • the first mouth 16 constitutes an intake port of the refrigerant fluid FR in a first chamber 13 which is defined inside the manifold 8.
  • the heat exchanger 5 comprises a second mouth 17 through which the coolant FR is discharged out of the heat exchanger 5.
  • heat exchanger 5 is a heat exchanger inside which the cooling fluid FR flows in a path arranged in "I”.
  • the tubes 10 are arranged parallel to each other and are aligned inside the first plane Pl.
  • the tubes 10 extend between a first end 101 which is in fluid communication with the 9 and a second end 102 which is in fluid communication with the manifold 8.
  • the gearbox 9 forms the base of the "I" while the manifold 8 forms the top of the "I”.
  • the second mouth 17 equips the return box 9.
  • the refrigerant fluid FR enters the interior of the heat exchanger 5 through the first mouth 16 that includes the manifold 8. Then, the refrigerant fluid FR is distributed along the manifold 8 along the second extension axis A2 by a homogenization device of the distribution 18. Then, the refrigerant fluid FR flows between the manifold 8 and the return box 9 by borrowing the 10. Finally, the refrigerant FR is discharged out of the heat exchanger 5 through the second mouth 17 of the return box 9.
  • the heat exchanger is a heat exchanger inside which the refrigerant fluid FR flows in a path arranged in "U".
  • the tubes 10a, 10b are arranged parallel to each other by being distributed in two plies 11, 12, including a first ply 11 of first tubes 10a and a second ply 12 of second tubes 10b.
  • the first ply 11 and the second ply 12 are formed inside respective planes which are parallel to each other and parallel to the first plane Pl.
  • the first tubes 10a of the first ply 11 extend between a first end 101 which is in fluid communication with the return box 9 and a second end 102 which is in fluid communication with the first chamber 13.
  • the second tubes 10b of the second ply 12 extend between a third end 103 which is in fluid communication with the deflection box 9 and a fourth end 104 which is in fluid communication with a second chamber 14, also delimited inside the manifold 8.
  • the first chamber 13 and the second chamber 14 are contiguous and sealed with each other.
  • the first chamber 13 extends along a fourth axis of general extension A4 and the second chamber 14 extends along a fifth axis of general extension A5.
  • the fourth axis of general extension A4 and the fifth axis of general extension A5 are parallel to each other and parallel to the second axis of general extension A2.
  • the fourth axis of general extension A4 and the fifth axis of general extension A5 together define a second plane P2, which is preferably orthogonal to the first plane Pl.
  • the gearbox 9 forms the base of the "U” while the first ply 11 and the second ply 12 of tubes 10a, 10b form the branches of " U ", the first chamber 13 and the second chamber 14 forming the ends of the" U ".
  • the second mouth 17 equips the second chamber 14 of the manifold 8.
  • the refrigerant FR enters the interior of the heat exchanger 5 through the first mouth 16 of the first chamber 13, being distributed along the box 8 by the second axis of general extension A2 by the homogenization device of the distribution 18. Then, the refrigerant FR flows between the first chamber 13 of the manifold 8 and the return box 9 by borrowing the first tubes 10a of the first ply 11. Then, the refrigerant FR flows between the return box 9 and the second chamber 14 by taking the second tubes 10b of the second ply 12. Finally, the refrigerant FR is discharged out of the heat exchanger 5 through the second mouth 17, after having passed through the second chamber 14.
  • a first tube 10a of the first ply 11 is aligned with a second tube 10b of the second ply 12 inside a third plane P3 which is perpendicular to the first plane P1 and which is parallel to the first axis of general extension
  • the manifold 8 houses the homogenization device of the distribution 18 of the refrigerant FR inside the tubes 10, 10a, 10b.
  • a homogenization device of the distribution 18 is intended to homogeneously distribute the refrigerant fluid FR, in the two-phase liquid-gas state, along the manifold 8 and ultimately within the set of tubes 10, 10a, 10b.
  • Such a homogenization device of the distribution 18 is more particularly intended to homogeneously distribute the refrigerant fluid FR inside the heat exchanger 5, including when the refrigerant fluid FR is present inside the heat exchanger 5 in two distinct phases, liquid and gas, in respective variable proportion.
  • the homogenization device of the distribution 18 comprises, for example, a duct 19 extending along a sixth axis of general extension A6, parallel to or even coincidental with the second axis of extension. A2 and / or the fourth axis of general extension A4, between a first end portion 20 and a second end portion 21 of the duct 19.
  • any element extending along the sixth axis of general extension A6 is defined as longitudinal, which is defined by the largest dimension of the duct 19.
  • the term transversal is understood to mean any element that extends inside the duct.
  • a transverse plane Pt which is orthogonal to the general extension axis A6.
  • the first end portion 20 is formed of one end of the conduit 19, while the second end portion 21 is formed of the other end of the conduit 19, longitudinally opposite the first terminal part 20.
  • the first end portion 20 is intended to be placed in fluid communication with the first mouth 16 of the heat exchanger 5.
  • the first mouth 16 houses the conduit 19, the first end portion 20 is placed in fluid communication with a pipe of the refrigerant circuit 1.
  • the second end portion 21 is blind and forms a cul-de-sac with regard to the circulation of the refrigerant fluid FR to the 19.
  • the duct 19 is for example formed in a cylinder, or in a parallelepiped or in any other form having an axis of symmetry A7, which is preferably parallel to or even coincident with the sixth axis of general extension A6.
  • the duct 19 comprises a peripheral wall 23 which is of cylindrical cross section when the duct 19 is in the form of a cylinder of parallelepipedal cross section when the duct 19 is a parallelepiped.
  • the peripheral wall 23 is that which gives the overall shape of the duct 19.
  • the peripheral wall 23 comprises at least openings 22 which are provided at through the peripheral wall 23 of the conduit 19.
  • the orifices 22 are preferably aligned along an alignment axis A8 which is parallel to the sixth axis of general extension A6 and / or the axis of symmetry A7.
  • the orifices 22 are equidistant from one another.
  • the orifices 22 are spaced from each other by a variable distance.
  • the orifices 22 are for example orifices of circular section, but are likely to be of any conformation, rectangular, elliptical, oblong in particular.
  • the conduit 19 constitutes an envelope which delimits an internal space 24 around which the conduit 19 is formed.
  • the duct 19 borders the internal space 24 that the duct 19 surrounds.
  • the internal space 24 is for example cylindrical or parallelepipedic, or of any other shape formed around the axis of symmetry A7.
  • the peripheral wall 23 of the duct 19 has an inner face 23a which abuts and delimits the internal space 24, the inner face 23a preferably being of circular cross section.
  • the conduit 19 houses a mixing device 25 which extends inside the internal space 24.
  • the mixing device 25 is intended to favor a mixture between the liquid and gaseous phases of the refrigerant fluid FR.
  • the mixing member 25 is especially designed to direct the refrigerant fluid FR from a center C of the conduit 19 to the inner face 23a of the conduit 19.
  • the mixing member 25 is more particularly arranged to direct the refrigerant fluid FR from the center C of the conduit 19 to the inner face 23a of the latter.
  • the mixing member 25 is a member allowing and facilitating a particularly centrifugal circulation of the refrigerant fluid FR from the center C of the conduit to the inner face 23a of the latter.
  • the mixing member 25 is also provided to prevent an accumulation of refrigerant in the liquid state in a lower zone of the conduit 19, in the position of use of the latter.
  • the mixing member 25 is also provided to disrupt a laminar flow of the refrigerant fluid FR inside the conduit 19, for mixing the liquid and gas phases of the refrigerant fluid FR.
  • the mixing member 25 forms at least one baffle and preferably a plurality of baffles against a laminar flow, parallel to the sixth axis of general extension A6 and / or to the axis of symmetry A7. In its generality, the mixing member 25 forms an obstacle to the laminar flow of the refrigerant fluid FR inside the internal space 24.
  • the mixing member 25 is longitudinally extended along the sixth axis of general extension A6 of the duct 19. According to embodiments shown in FIGS. 4 to 12, the mixing member 25 is arranged around a seventh axis of general extension A9, preferably parallel to or even coincident with the axis of symmetry A7 of the duct 19, when the mixing member 25 is positioned inside the duct 19, as illustrated in FIGS. 4 to 6.
  • the mixing member 25 extends inside the whole of the internal space 24. In other words, the mixing member 25 fills the entire volume defined by the 19. In other words, the mixing member 25 has a conformity and / or geometry similar to that of the internal space 24. According to the variants described above, the mixing member 25 is capable of being of cylindrical or parallelepipedal shape, or of any other shape formed around the axis of symmetry A7. It will be understood that such a shape is defined globally by a peripheral edge 31 of the mixing member 25. The peripheral edge 31 of the mixing member 25 is formed by the surfaces of the mixing member 25 which are arranged with respect to the conduit 19.
  • the inner face 23a of the peripheral wall 23 is preferably smooth to allow easy introduction of the mixing member 25 inside the conduit 19, the peripheral edge 31 of the mixing member 25 bearing against the inner face 23a. This characteristic of the inner face 23a is particularly advantageously when the mixing member 25 fills the entire volume defined by the conduit 19, as illustrated in FIG. 4.
  • the mixing member 25 only partially encapsulates the internal space 24, an interstitial space 26 being formed between the mixing member 25 and the inside wall 23a of the duct 19.
  • interstitial space 26 facilitates a flow of refrigerant FR parallel to the sixth axis of general extension A6 inside the conduit 19.
  • the refrigerant fluid FR does not encountering any obstacle within the interstitial space 26 which facilitates the longitudinal circulation of the refrigerant fluid FR along the sixth axis of general extension A6, the mixing member 25 improving the transverse circulation of the refrigerant fluid FR since the center C of the conduit 19 to the inner face 23a.
  • the interstitial space 26 is of a volume which is smaller than the volume of the mixing member 25.
  • the volume of the interstitial space 26 is less than half the volume of the mixing member 25, or even less than one third of the volume of the mixing member 25, or even less than a quarter of the mixing member 25.
  • Such an arrangement nevertheless allows the mixing member 25 to sufficiently disturb the flow refrigerant FR to remove the latter any laminar character, including in the presence of the interstitial space 26.
  • the conduit 19 is provided with two end walls 27, 28, including a first end wall 27 fitted to the first end portion 20 and a second end wall 28 fitted to the second end portion 21.
  • the first end wall 27 and the second end wall 28 are for example flat and arranged along the transverse plane Pt orthogonal to the sixth axis of general extension A6 and / or the axis of symmetry A7.
  • the first end wall 27 and the second end wall 28 are for example derived from a lid at least partially covering the collecting box 8.
  • the first end wall 27 is equipped with at least one window 29 for the admission of the refrigerant fluid FR into the interior space 24.
  • the first end wall 27 of the duct 19 is equipped with the window 29 which is for example in fluid relation with the first mouth 16 to admit the refrigerant fluid FR inside the heat exchanger 5 via the conduit 19.
  • the refrigerant fluid FR is admitted to the inside the heat exchanger 5 through the conduit 19 provided with the orifices 22 through which the refrigerant fluid FR is able to be discharged from the conduit 19 to circulate inside the heat exchanger 5 .
  • the interstitial space 26 is provided between, on the one hand, the mixing member 25 and, on the other hand, the peripheral wall 23, the first end wall 27 and the second end wall 28.
  • the interstitial space 26 forms a volume that surrounds the mixing member 25.
  • the mixing member 25 comprises a first longitudinal end 31a which can be attached to the first wall terminal 27 of the duct 19.
  • the mixing member 25 comprises a second longitudinal end 31b which can be attached to the second end wall 28.
  • the interstitial space 26 is formed between the mixing member 25 and the peripheral wall 23, the mixing member 25 being attached to the first end wall 27 and the second end wall 28.
  • the interstitial space 26 forms a cylindrical sleeve around the mixing member 25.
  • the mixing member 25 is fixed at its longitudinal ends 31a, 31b respectively to the first end wall 27 and to the second end wall 28.
  • the refrigerating fluid FR penetrating inside the heat exchanger 5 penetrates inside the internal space 24 by borrowing the window 29 formed through the first end wall 27. Then, the refrigerating fluid FR spreads inside the internal space 24 by being mixed by the mixing member 25. This results in particular a mixing of the liquid and gas phases of the refrigerating fluid FR which is then homogenized longitudinally, the along the conduit 19. Then, the refrigerant FR borrows the orifices 22 to flow out of the conduit 19 to the first chamber 13. Then, the refrigerant fluid FR flows through the bundle of tubes 10, 10a, 10b, as described above, up to the return box 9, to be discharged out of the heat exchanger 5 through the second mouth 17.
  • the refrigerant fluid During transit of the refrigerant FR through the conduit 19 as well equipped with mixing member 25, the refrigerant fluid encounters multiple obstacles that promote a mixture between its liquid and gas phases. In addition, such a duct 19 promotes homogenization of the distribution of the refrigerant fluid FR inside the tubes 10, 10a, 10b.
  • the refrigerating fluid FR is all the better sprayed, and homogeneously, as it passes through the orifices 22, that the two phases of the refrigerant fluid FR, liquid and gas, are mixed by the mixing member 25 inside of the internal space 24 of the duct 19, in order to then supply homogeneously the bundle of tubes 10, 10a, 10b.
  • the mixing member 25 allows a longitudinal distribution of the cooling fluid FR which is homogeneous along the axis of symmetry A7, the spraying of the refrigerant FR through the orifices 22 taking place in the a second step, after homogenization of the refrigerant fluid FR in the internal space 24, which ensures a better homogeneous distribution of the refrigerant fluid FR at the outlet of the conduit 19, and consecutively inside the heat exchanger 5.
  • the mixing member 25 comprises a shaft 29 carrying at least one centrifugal wall 30.
  • the shaft 29 preferably extends longitudinally in a center C of the duct 19 along the seventh axis of general extension A9 of the mixing member 25.
  • the center C of the duct 19 corresponds to a central zone of the latter, for example cylindrical, and in particular homothetic to a shape of the duct 19.
  • the shaft 29 is in particular of the same conformation as the duct 19.
  • the shaft 29 is also cylindrical being formed at the center C of the conduit 19.
  • the shaft 29 consists of a central core of the mixing member 25 forming a continuity of material from the first longitudinal end 31a to the second longitudinal end 31b.
  • the shaft 29 is for example disposed transversely to the barycentre of the mixing member 25.
  • the shaft 29 is preferably shaped as a straight rod from which the centrifugal wall 30 extends.
  • the centrifugal wall 30 extends from the shaft 29 to the peripheral edge 31 of the mixing member.
  • the centrifugal wall 30 is for example unique and extends from the first longitudinal end 31a of the mixing member 25 to the second longitudinal end 31b of the mixing member 25. In such a case, the centrifugal wall 30 is considered continuous between the two longitudinal ends 31a, 31b of the mixing member 25, as shown in Figures 6 and 7.
  • the centrifugal wall 30 is for example discontinuous. It is understood here that mixing elements 32 constituting the centrifugal wall 30 are separated one by one others by notches 33, visible for example in Figures 9 to 11.
  • the mixing elements 32 are for example identical to each other and iteratively repeated along the axis of symmetry A7. In other words, the mixing elements 32 are for example similar to each other and geometrically substitutable with each other without modifying the conformation of the mixing member 25.
  • the mixing elements 32 are for example repeated one after the other being identical to each other which gives the mixing member 25 a geometric homogeneity from the first longitudinal end 31a to the second longitudinal end 31b.
  • Each mixing element 32 is for example still formed of two mixing patterns 34, identical to each other but abutted head to tail along the axis of symmetry A7.
  • the centrifugal wall 30 is unique and is wound longitudinally along the shaft 29.
  • the mixing device 25 is then shaped into a helical screw comprising a single thread formed of the centrifugal wall 30 and a central core formed of the shaft 29.
  • the pitch of the helix is for example determined so that a pitch feeds an orifice 22. In other words, the pitch of the helix is equal to a distance between two adjacent orifices 22 of the duct 19.
  • the mixing device 25 comprises a plurality of centrifugal walls 30 which are continuous from the first longitudinal end 31b to the second longitudinal end 31b and which are wound longitudinally along the shaft 29.
  • the mixing member 25 has six centrifugal walls 30 equidistant from each other longitudinally.
  • the mixing member 25 is in the form of a helical screw comprising, for example, six threads formed by the six centrifugal walls 30 and a central core formed by the shaft 29.
  • the pitch of the propellers is equal to one helix to another.
  • the pitch of the propellers is equal to a distance between two adjacent orifices 22 of the duct 19.
  • the centrifugal wall 30 comprises a plurality of mixing elements 32 separated from each other by notches 33.
  • the mixing elements 32 are identical to one another and iteratively repeated along the seventh axis of general extension A9. In other words, the mixing elements 32 are successively butted to each other on the tree 29.
  • Each mixing element 32 extends longitudinally between a first leading edge 35 and a second leading edge 36.
  • the first leading edge 35 and the second leading edge 36 are each formed of an edge of the centrifugal wall 30 which is substantially orthogonal to the shaft 29 and which delimits the centrifugal wall 30 facing the notches 33.
  • the first leading edge 35 and the second leading edge 36 are longitudinally opposite one another along the seventh axis of general extension A9.
  • the first leading edge 35 and the second leading edge 36 of a mixing element 32 form between them a first angle ⁇ of between 70 ° and 110 °, preferably equal to 90 °.
  • a first leading edge 35 of a mixing element 32 forms with a second leading edge 36 of a mixing element 32 adjacent a second angle ⁇ between 70 ° and 110 °, preferably equal to 90 °.
  • Each mixing element 32 is for example formed of two mixing patterns 34, identical to each other but abutted head-to-tail along the axis of symmetry A7.
  • a winding direction of a mixing pattern 34 is opposite to a winding direction of an adjacent mixing pattern 34 constituting the mixing element 32.
  • the centrifugal wall 30 of one rotates in a clockwise direction and the centrifugal wall 30 of the other rotates counterclockwise.
  • FIG. 12 there is shown a mixing pattern 34 of the mixing element 34 illustrated in FIGS. 10 and 11, the centrifugal wall 30 of which is shaped as a helical portion formed around the shaft 29.
  • Each element mixer 32 extends longitudinally between a first leading edge 35 'and a second leading edge 36'.
  • the first leading edge 35 'and the second leading edge 36' are each formed by a ridge of the centrifugal wall 30 which is substantially orthogonal to the shaft 29 and which delimits the centrifugal wall 30 with respect to a groove 37 formed between two mixing patterns 34.
  • the first leading edge 35 'and the second leading edge 36' are longitudinally opposite each other along the seventh axis of general extension A9.
  • first leading edge 35 'and the second leading edge 36' of a mixing pattern 34 are parallel.
  • a first leading edge 35 'of a mixing pattern 34 forms with a second leading edge 36' of an adjacent mixing pattern 34 participating in the same mixing element 32 a third angle ⁇ between 70 ° and 110 °, preferably equal to 90 °.
  • the mixing member 25 is especially obtained by molding a polymer.
  • the mixing member 25 is a one-piece element gathering the shaft 29 and the mixing elements 32, in one piece, which can only be dismantled in several elements from a destruction of the mixing member 25.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) du fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur. Le dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) comprend un conduit (19) pourvu d'au moins une fenêtre (29) par laquelle le fluide réfrigérant est apte à entrer à l'intérieur du conduit (19) et au moins un orifice (22) par lequel le fluide réfrigérant est apte à sortir du conduit (19). Le conduit (19) loge au moins un organe de mixage (25) agencé pour diriger le fluide réfrigérant depuis un centre (C) du conduit (19) vers une face interne (23a) du conduit (19).

Description

Dispositif d'homogénéisation de la distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur constitutif d'un circuit de fluide réfrigérant Le domaine de la présente invention est celui des échangeurs de chaleur constitutifs d'un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule automobile. L'invention a pour objet un dispositif d'homogénéisation de la distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un tel échangeur de chaleur. Un véhicule automobile est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour traiter thermiquement l'air présent ou envoyé à l'intérieur d'un habitacle du véhicule automobile. Pour ce faire, une telle installation est associée à un circuit fermé à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant. Le circuit de fluide réfrigérant comprend successivement un compresseur, un condenseur ou refroidisseur de gaz, un organe de détente et un échangeur de chaleur. L' échangeur de chaleur est logé à l'intérieur de l'installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air circulant à l'intérieur de ladite installation, préalablement à une délivrance du flux d'air à l'intérieur de l'habitacle.
Selon un mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, échangeur de chaleur est utilisé comme évaporateur pour refroidir le flux d'air. Dans ce cas, le fluide réfrigérant est comprimé à l'intérieur du compresseur, puis le fluide réfrigérant est refroidi à l'intérieur du condenseur ou refroidisseur de gaz, puis le fluide réfrigérant subit une détente à l'intérieur de l'organe de détente et enfin le fluide réfrigérant capte des calories au flux d'air à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. Le fluide réfrigérant, en sortie de l'organe de détente et en entrée de l'échangeur de chaleur, est à l'état diphasique et est présent sous une phase liquide et une phase gazeuse. L'échangeur de chaleur comprend une boîte collectrice et une boîte de renvoi entre lesquelles un faisceau de tubes est interposé. Lors du fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, le fluide réfrigérant est admis à l'intérieur de l'échangeur de chaleur à travers une bouche d'entrée que comprend la boîte collectrice. Puis, le fluide réfrigérant s'écoule entre la boîte collectrice et la boîte de renvoi en empruntant les tubes du faisceau. Un problème général posé réside en une difficulté à alimenter de manière homogène les tubes du faisceau au regard des différentes phases, liquide et gazeuse, du fluide réfrigérant.
En effet, une hétérogénéité d'alimentation en fluide réfrigérant des tubes du faisceau génère une hétérogénéité de la température du flux d'air qui traverse l'échangeur de chaleur. Cette hétérogénéité est susceptible d'induire des écarts de température intempestifs et non-souhaités entre des zones de l'habitacle, ce qui est préjudiciable.
Le document US2015/0121950 propose de loger, à l'intérieur de la boîte collectrice, un dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant à l'intérieur des tubes du faisceau. Ce dispositif comprend un conduit pourvu d'une pluralité d'orifices. Le conduit comporte une première partie terminale qui est en relation avec une première bouche d'arrivée du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. Le conduit est agencé en un tube cylindrique délimitant un volume intérieur d'un seul tenant à l'intérieur duquel circule le fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant en phase liquide est projeté à travers les orifices ménagés à travers le conduit sous forme de gouttelettes. Une telle organisation n'est pas optimale du point de vue de l'homogénéisation de la distribution de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. Plus particulièrement, les tubes du faisceau les plus éloignés de la première partie terminale sont fréquemment sous-alimentés en fluide réfrigérant. II en résulte une hétérogénéité de la température du flux d'air en sortie de l'échangeur de chaleur, ce qui est insatisfaisant.
Un but de l'invention est de parfaire l'homogénéité de la distribution de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, pour finalement améliorer son efficacité et son rendement, en vue de délivrer à l'intérieur de l'habitacle un flux d'air à la température désirée.
Un autre but de l'invention est d'améliorer la distribution de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, y compris lorsque ce dernier est présent à l'intérieur de l'échangeur de chaleur sous deux phases distinctes, liquide et gaz, en proportion respective variable.
Un autre but est de proposer un dispositif de distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur des tubes du faisceau qui assure une alimentation équivalente en fluide réfrigérant des tubes du faisceau, y compris de ceux qui sont les plus éloignés de la première partie terminale du conduit, qui reçoit en premier lieu le fluide réfrigérant.
Un autre but est de proposer un dispositif de distribution d'un fluide réfrigérant qui est agencé pour éviter une accumulation du fluide réfrigérant en une zone de ce dernier.
Un dispositif de la présente invention est un dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur. Le dispositif d'homogénéisation de la distribution comprend un conduit pourvu d'au moins une fenêtre par laquelle le fluide réfrigérant est apte à entrer à l'intérieur du conduit et au moins un orifice par lequel le fluide réfrigérant est apte à sortir du conduit.
Selon la présente invention, le conduit loge au moins un organe de mixage agencé pour diriger le fluide réfrigérant depuis un centre du conduit vers une face interne du conduit.
Le dispositif d'homogénéisation de la distribution comporte avantageusement l'une quelconque au moins des caractéristiques suivante, prises seule ou en combinaison :
- le conduit délimite un volume interne à l'intérieur duquel s'étend au moins partiellement organe de mixage.
- l'organe de mixage occupe la totalité du volume interne. On comprend ici qu'un bord périphérique de l'organe de mixage est en contact avec une face interne d'une paroi périphérique du conduit.
- l'organe de mixage comprend au moins un arbre équipé d'au moins une paroi centrifuge. On comprend ici que la paroi centrifuge est issue de l'arbre et s'étend depuis l'arbre jusqu'au bord périphérique de l'organe de mixage.
- l'arbre s'étend au centre du conduit. Le centre du conduit est contenu à l'intérieur de l'arbre. Avantageusement, un axe de l'arbre est confondu avec le centre du conduit. - la paroi centrifuge s'étend entre l'arbre et la face interne du conduit.
- la face interne est lisse.
- l'arbre est équipé d'une pluralité de parois centrifuges qui sont continues entre deux extrémités longitudinales de l'organe de mixage.
- les parois centrifuges sont identiques les unes aux autres. Chaque paroi centrifuge s'étend entre l'arbre, un premier bord d'attaque, un deuxième bord d'attaque et un bord périphérique. Chaque paroi centrifuge est une paroi incurvée entre l'arbre, le premier bord d'attaque, le deuxième bord d'attaque et le bord périphérique.
- la paroi centrifuge comprend des éléments de mixage qui sont portés par l'arbre et qui sont séparés les uns des autres par au moins une échancrure. On comprend ici que la paroi centrifuge est une paroi discontinue comprenant au moins deux éléments de mixage séparés par au moins une échancrure.
- les éléments de mixage sont itérativement répétés le long de l'arbre. On comprend ici que des éléments de mixage identiques entre eux sont répétés l'un après l'autre le long de l'arbre. Les éléments de mixage se succèdent les uns aux autres en étant identiques entre eux et orientés de manière similaire dans l'espace les uns par rapport aux autres.
- chaque élément de mixage est agencé en une portion d'hélice.
- chaque élément de mixage s'étend entre un premier bord d'attaque et un deuxième bord d'attaque qui forment entre eux un premier angle compris entre 70° et 110°.
- le premier bord d'attaque d'un élément de mixage forme avec un deuxième bord d'attaque d'un élément de mixage adjacent un deuxième angle compris entre 70° et 110°.
- chaque élément de mixage comprend au moins deux motifs de mixage identiques et à sens d'enroulement opposé l'un à l'autre. On comprend ici que l'élément de mixage est une paroi discontinue comprenant au moins deux motifs de mixage séparés par au moins une rainure.
- le motif de mixage s'étend entre un premier rebord d'attaque et un deuxième rebord d'attaque, qui sont parallèles entre eux.
- le premier rebord d'attaque d'un motif de mixage forme avec un deuxième rebord d'attaque d'un motif de mixage adjacent un troisième angle compris entre 70° et 110°.
Un autre aspect de l'invention porte sur un dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur. Le dispositif d'homogénéisation comprend au moins un conduit pourvu d'au moins une fenêtre par laquelle le fluide réfrigérant est apte à entrer à l'intérieur du conduit et au moins un orifice par lequel le fluide réfrigérant est apte à sortir du conduit. Le conduit offre au fluide réfrigérant une aire de passage. L'orifice est d'un premier diamètre. Le conduit loge au moins un organe de mixage qui est d'une première longueur et d'un deuxième diamètre. L'organe de mixage comprend une pluralité d'éléments de mixage identiques et répétés le long d'un axe d'allongement. Chaque élément de mixage est d'un pas. Un rapport de diamètre est défini par le rapport entre le deuxième diamètre et le premier diamètre. Un rapport de mixage est défini par le rapport entre le deuxième diamètre et le pas. Un rapport de surface est défini par le rapport entre l'aire de passage et la première longueur. Le rapport de surface est compris entre 0,02 et 1,38, le rapport de diamètre est compris entre 0,2 et 50 et/ou le rapport de mixage est compris entre 0,01 et 2,5.
Par ailleurs, le dispositif d'homogénéisation comporte avantageusement l'une quelconque au moins des caractéristiques suivantes, prises seul ou en combinaison :
- le rapport de surface est supérieur à 0,28 et le rapport de diamètre est compris entre
10 et 50.
- le rapport de surface est supérieur à 0,28 et le rapport de mixage est compris entre 0,25 et 2,5.
- le rapport de surface est compris entre 0,28 et 1,38 et le rapport de diamètre est compris entre 10 et 50.
- le rapport de surface est compris entre 0,28 et 0,68 et le rapport de diamètre est compris entre 10 et 50.
- le rapport de surface est compris entre 0,28 et 1,38 et le rapport de mixage est compris entre 0,4 et 2,5.
- le rapport de surface est compris entre 0,28 et 0,68 et le rapport de mixage est compris entre 0,4 et 2,5.
Pour tous les dispositifs d'homogénéisation selon les différents aspects de l'invention, l'invention porte aussi sur une boîte collectrice délimitant une première chambre logeant au moins un tel dispositif d'homogénéisation de la distribution.
L'invention porte aussi sur un échangeur de chaleur comprenant une telle boîte collectrice et une boîte de renvoi entre lesquelles est interposé un faisceau de tubes.
Un autre aspect de l'invention porte sur un échangeur de chaleur de la présente invention est un échangeur de chaleur équipé d'un dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes de l'échangeur de chaleur. Le dispositif d'homogénéisation comprend au moins un conduit pourvu d'au moins une fenêtre par laquelle le fluide réfrigérant est apte à entrer à l'intérieur du conduit et au moins un orifice par lequel le fluide réfrigérant est apte à sortir du conduit. Les tubes offrent au fluide réfrigérant une section de passage et un périmètre. L'orifice est d'un premier diamètre. Le conduit loge au moins un organe de mixage qui est d'un deuxième diamètre. L'organe de mixage comprend une pluralité d'éléments de mixage identiques et répétés le long d'un axe d'allongement. Chaque élément de mixage est d'un pas. Un rapport de diamètre est défini par le rapport entre le deuxième diamètre et le premier diamètre. Un rapport de mixage est défini par le rapport entre le deuxième diamètre et le pas. Un diamètre hydraulique est défini par le rapport entre quatre fois la section de passage divisé par le périmètre. Le diamètre hydraulique étant compris entre 0,5 et 2,0, le rapport de diamètre est compris entre 2,5 et 45 et/ou le rapport de mixage est compris entre 0,25 et 2,5.
Par ailleurs, l'échangeur de chaleur comprend avantageusement l'une quelconque au moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou en combinaison :
- le diamètre hydraulique étant compris entre 0,5 et 0,6, le rapport de diamètre est compris entre 2,5 et 17,5.
- le diamètre hydraulique étant compris entre 0,6 et 0,9, le rapport de diamètre est compris entre 2,5 et 22,5.
- le diamètre hydraulique étant compris entre 0,9 et 1,3, le rapport de diamètre est compris entre 5 et 30.
- le diamètre hydraulique étant compris entre 1,3 et 1,6, le rapport de diamètre est compris entre 7,5 et 35.
- le diamètre hydraulique étant compris entre 1,6 et 2, le rapport de diamètre est compris entre 10 et 45.
- le diamètre hydraulique étant compris entre 0,5 et 1, le rapport de mixage est compris entre 0,25 et 2,5.
- le diamètre hydraulique étant compris entre 1 et 2, le rapport de mixage est compris entre 0,5 et 2,5. Pour les échangeurs de chaleur selon les différents aspects de l'invention, l'invention porte aussi sur un circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un tel échangeur de chaleur.
La présente invention porte aussi sur une utilisation d'un tel échangeur de chaleur en tant qu'évaporateur logé à l'intérieur d'un boîtier d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation équipant un véhicule automobile.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec les dessins des planches annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 est une illustration schématique d'un circuit de fluide réfrigérant comprenant un échangeur de chaleur de la présente invention,
- la figure 2 est une illustration schématique en perspective d'une première variante de réalisation de échangeur de chaleur illustré sur la figure 1,
- la figure 3 est une illustration schématique en perspective d'une deuxième variante de réalisation de échangeur de chaleur illustré sur la figure 1,
- la figure 4 est une illustration schématique en perspective d'une première variante de réalisation d'un dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant destiné à équiper l'échangeur de chaleur représenté sur les figures 2 ou 3,
- la figure 5 est une illustration schématique en perspective d'une deuxième variante de réalisation d'un dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant destiné à équiper l'échangeur de chaleur représenté sur les figures 2 ou 3,
- la figure 6 est une illustration schématique en perspective d'un tronçon du dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant représenté sur la figure 5,
- la figure 7 est une illustration schématique en perspective d'une première variante d'un organe de mixage constitutif du dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant représenté sur les figures 4 à 5, - la figure 8 est une illustration schématique en perspective d'une deuxième variante d'un organe de mixage constitutif du dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant représenté sur les figures 4 à 5,
- la figure 9 est une illustration schématique en perspective d'une troisième variante d'un organe de mixage constitutif du dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant représenté sur les figures 4 à 5,
- la figure 10 est une vue de détail de l'organe de mixage représenté sur la figure 9,
- la figure 11 est une vue de détail de l'organe de mixage représenté sur la figure 10,
- la figure 12 est une vue de détail d'un motif de mixage constitutif de l'organe de mixage illustré sur les figures 9, 10 et 11.
Les figures et leur description exposent l'invention de manière détaillée et selon des modalités particulières de sa mise en œuvre. Elles peuvent servir à mieux définir l'invention, le cas échéant.
Sur la figure 1, est représenté un circuit 1 fermé à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant FR. Sur l'exemple de réalisation illustré, le circuit de fluide réfrigérant 1 comprend successivement, suivant un sens SI de circulation du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du circuit de fluide réfrigérant 1, un compresseur 2 pour comprimer le fluide réfrigérant FR, un condenseur ou un refroidis seur de gaz 3 pour refroidir le fluide réfrigérant FR, un organe de détente 4 à l'intérieur duquel le fluide réfrigérant FR subit une détente et un échangeur de chaleur 5. L'échangeur de chaleur 5 est logé à l'intérieur d'un boîtier 6 d'une installation 7 de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un flux d'air. L'échangeur de chaleur 5 permet un transfert thermique entre le fluide réfrigérant FR et le flux d'air FA venant à son contact et/ou le traversant, tel qu'illustré sur la figure 2. Selon le mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 1 décrit ci-dessus, l'échangeur de chaleur 5 est utilisé comme évaporateur pour refroidir le flux d'air FA, lors du passage du flux d'air FA au contact et/ou de part en part de l'échangeur de chaleur 5.
Sur les figures 2 et 3, l'échangeur de chaleur 5 comprend une boîte collectrice 8 et une boîte de renvoi 9 entre lesquelles un faisceau de tubes 10, 10a, 10b est interposé. Dans sa généralité, l'échangeur de chaleur 5 s'étend parallèlement à un premier plan PI contenant la boîte collectrice 8, le faisceau de tubes 10, 10a, 10b et la boîte de renvoi 9. La boîte collectrice 8 surplombe le faisceau de tubes 10, 10a, 10b, qui sont eux-mêmes situés au-dessus de la boîte de renvoi 9, notamment en position d'utilisation de l'échangeur de chaleur 5 monté à l'intérieur du boîtier 6. Autrement dit, selon cette position d'utilisation, la boîte collectrice 8 est une boîte supérieure de l'échangeur de chaleur 5 tandis que la boîte de renvoi 9 est une boîte inférieure de l'échangeur de chaleur 5. Le flux d'air FA s'écoule à travers l'échangeur de chaleur 5 selon une direction préférentiellement orthogonale au premier plan Pl. Les tubes 10, 10a, 10b sont par exemple rectilignes et s'étendent selon un premier axe d'extension générale Al entre la boîte collectrice 8 et la boîte de renvoi 9. La boîte collectrice 8 s'étend selon un deuxième axe d'extension générale A2 et la boîte de renvoi 9 s'étend selon un troisième axe d'extension générale A3. De préférence, le deuxième axe d'extension générale A2 et le troisième axe d'extension générale A3 sont parallèles entre eux, en étant orthogonaux au premier axe d'extension générale Al.
Le faisceau de tubes 10, 10a, 10b est pourvu d'ailettes 15 qui sont interposées entre deux tubes 10, 10a, 10b successifs, pour favoriser un échange thermique entre le flux d'air FA et les tubes 10, 10a, 10b, lors d'un passage du flux d'air FA à travers l'échangeur de chaleur 5, le flux d'air FA circulant selon une direction sensiblement orthogonale au premier plan Pl.
L'échangeur de chaleur 5 comprend une première bouche 16 à travers laquelle le fluide réfrigérant FR pénètre à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5. La première bouche 16 constitue une bouche d'admission du fluide réfrigérant FR dans une première chambre 13, qui est délimitée à l'intérieur de la boîte collectrice 8. L'échangeur de chaleur 5 comprend une deuxième bouche 17 à travers laquelle le fluide réfrigérant FR est évacué hors de l'échangeur de chaleur 5. Sur la figure 2, l'échangeur de chaleur 5 est un échangeur de chaleur à l'intérieur duquel le fluide réfrigérant FR s'écoule selon un chemin agencé en « I ». Les tubes 10 sont disposés parallèlement entre eux et sont alignés à l'intérieur du premier plan Pl. Les tubes 10 s'étendent entre une première extrémité 101 qui est en communication fluidique avec la boîte de renvoi 9 et une deuxième extrémité 102 qui est en communication fluidique avec la boîte collectrice 8. Autrement dit, la boîte de renvoi 9 forme la base du « I » tandis que la boîte collectrice 8 forme le sommet du « I ». Selon cette première variante, la deuxième bouche 17 équipe la boîte de renvoi 9.
Lors d'une mise en œuvre du circuit de fluide réfrigérant 1, le fluide réfrigérant FR pénètre à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5 à travers la première bouche 16 que comprend la boîte collectrice 8. Puis, le fluide réfrigérant FR est réparti le long de la boîte collectrice 8 selon le deuxième axe d'extension A2 par un dispositif d'homogénéisation de la distribution 18. Ensuite, le fluide réfrigérant FR s'écoule entre la boîte collectrice 8 et la boîte de renvoi 9 en empruntant les tubes 10. Enfin, le fluide réfrigérant FR est évacué hors de l'échangeur de chaleur 5 à travers la deuxième bouche 17 de la boîte de renvoi 9.
Sur la figure 3, l'échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur à l'intérieur duquel le fluide réfrigérant FR s'écoule selon un chemin agencé en « U ». Les tubes 10a, 10b sont disposés parallèlement entre eux en étant répartis selon deux nappes 11, 12, dont une première nappe 11 de premiers tubes 10a et une deuxième nappe 12 de deuxièmes tubes 10b. La première nappe 11 et la deuxième nappe 12 sont ménagées à l'intérieur de plans respectifs qui sont parallèles entre eux et parallèles au premier plan Pl.
Les premiers tubes 10a de la première nappe 11 s'étendent entre une première extrémité 101 qui est en communication fluidique avec la boîte de renvoi 9 et une deuxième extrémité 102 qui est en communication fluidique avec la première chambre 13. Les deuxièmes tubes 10b de la deuxième nappe 12 s'étendent entre une troisième extrémité 103 qui est en communication fluidique avec la boîte de renvoi 9 et une quatrième extrémité 104 qui est en communication fluidique avec une deuxième chambre 14, également délimitée à l'intérieur de la boîte collectrice 8. La première chambre 13 et la deuxième chambre 14 sont contigues et étanches l'une avec l'autre. La première chambre 13 s'étend selon un quatrième axe d'extension générale A4 et la deuxième chambre 14 s'étend selon un cinquième axe d'extension générale A5. De préférence, le quatrième axe d'extension générale A4 et le cinquième axe d'extension générale A5 sont parallèles entre eux et parallèles au deuxième axe d'extension générale A2. Le quatrième axe d'extension générale A4 et le cinquième axe d'extension générale A5 définissent ensemble un deuxième plan P2, qui est de préférence orthogonal au premier plan Pl. Autrement dit, la boîte de renvoi 9 forme la base du « U » tandis que la première nappe 11 et la deuxième nappe 12 de tubes 10a, 10b forment les branches du « U », la première chambre 13 et la deuxième chambre 14 formant les extrémités du « U ». Selon cette deuxième variante, la deuxième bouche 17 équipe la deuxième chambre 14 de la boîte collectrice 8.
Lors d'une mise en œuvre du circuit de fluide réfrigérant 1, le fluide réfrigérant FR pénètre à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5 à travers la première bouche 16 de la première chambre 13, en étant réparti le long de la boîte collectrice 8 selon le deuxième axe d'extension générale A2 par le dispositif d'homogénéisation de la distribution 18. Puis, le fluide réfrigérant FR s'écoule entre la première chambre 13 de la boîte collectrice 8 et la boîte de renvoi 9 en empruntant les premiers tubes 10a de la première nappe 11. Puis, le fluide réfrigérant FR s'écoule entre la boîte de renvoi 9 et la deuxième chambre 14 en empruntant les deuxièmes tubes 10b de la deuxième nappe 12. Enfin, le fluide réfrigérant FR est évacué hors de l'échangeur de chaleur 5 à travers la deuxième bouche 17, après avoir circulé à travers la deuxième chambre 14.
De préférence, un premier tube 10a de la première nappe 11 est aligné avec un deuxième tube 10b de la deuxième nappe 12 à l'intérieur d'un troisième plan P3 qui est perpendiculaire au premier plan PI et qui est parallèle au premier axe d'extension générale
Al.
Quelle que soit la variante de réalisation de l'échangeur de chaleur 5 présenté ci- dessus, la boîte collectrice 8 loge le dispositif d'homogénéisation de la distribution 18 du fluide réfrigérant FR à l'intérieur des tubes 10, 10a, 10b. Un tel dispositif d'homogénéisation de la distribution 18 vise à répartir de manière homogène le fluide réfrigérant FR, à l'état diphasique liquide-gaz, le long de la boîte collectrice 8 et in fine à l'intérieur de l'ensemble des tubes 10, 10a, 10b. Un tel dispositif d'homogénéisation de la distribution 18 vise plus particulièrement à répartir de manière homogène le fluide réfrigérant FR à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5, y compris lorsque le fluide réfrigérant FR est présent à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5 sous deux phases distinctes, liquide et gaz, en proportion respective variable. Sur les figures 4 à 6, le dispositif d'homogénéisation de la distribution 18 comprend par exemple un conduit 19 s'étendant le long d'un sixième axe d'extension générale A6, parallèle, voire confondu, avec le deuxième axe d'extension générale A2 et/ou le quatrième axe d'extension générale A4, entre une première partie terminale 20 et une deuxième partie terminale 21 du conduit 19.
On notera qu'on qualifie de longitudinal tout élément qui s'étend selon le sixième axe d'extension générale A6 qui est défini par la plus grande dimension du conduit 19. On qualifie de transversal tout élément qui s'étend à l'intérieur d'un plan transversal Pt qui est orthogonal à l'axe d'extension général A6.
En se reportant plus spécifiquement sur les figures 4 et 5, la première partie terminale 20 est formée d'une extrémité du conduit 19, tandis que la deuxième partie terminale 21 est formée de l'autre extrémité du conduit 19, longitudinalement opposée à la première partie terminale 20.
Selon une variante de réalisation, la première partie terminale 20 est destinée à être mise en communication fluidique avec la première bouche 16 de l'échangeur de chaleur 5. Selon une autre variante de réalisation, la première bouche 16 loge le conduit 19 dont la première partie terminale 20 est mise en communication fluidique avec une canalisation du circuit de fluide réfrigérant 1. Selon ces deux variantes, la deuxième partie terminale 21 est borgne et forme un cul-de-sac au regard de la circulation du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du conduit 19. Le conduit 19 est par exemple conformé en un cylindre, ou bien en un parallélépipède ou bien en toute autre forme comportant un axe de symétrie A7, qui est préférentiellement parallèle, voire confondu, avec le sixième axe d'extension générale A6. Le conduit 19 comprend une paroi périphérique 23 qui est de section transversale cylindrique lorsque le conduit 19 est conformé en un cylindre, de section transversale parallélépipédique lorsque le conduit 19 est un parallélépipède. La paroi périphérique 23 est celle qui donne la forme globale du conduit 19.
La paroi périphérique 23 comprend au moins des orifices 22 qui sont ménagés au travers de la paroi périphérique 23 du conduit 19. Les orifices 22 sont préférentiellement alignés selon un axe d'alignement A8 qui est parallèle au sixième axe d'extension générale A6 et/ou à l'axe de symétrie A7. Selon une variante, les orifices 22 sont équidistants les uns des autres. Selon une autre variante, les orifices 22 sont éloignés les uns des autres d'une distance variable. Les orifices 22 sont par exemple des orifices de section circulaire, mais sont susceptibles d'être d'une conformation quelconque, rectangulaire, elliptique, oblongue notamment. Le conduit 19 constitue une enveloppe qui délimite un espace interne 24 autour duquel le conduit 19 est ménagé. Autrement dit, le conduit 19 borde l'espace interne 24 que le conduit 19 entoure. Selon la forme du conduit 19, l'espace interne 24 est par exemple cylindrique ou bien parallélépipédique, ou bien de toute autre forme ménagée autour de l'axe de symétrie A7. La paroi périphérique 23 du conduit 19 comporte une face interne 23a qui jouxte et qui délimite l'espace interne 24, la face interne 23a étant préférentiellement de section transversale circulaire.
Selon la présente invention, et en se reportant sur les figures 4 à 6, le conduit 19 loge un organe de mixage 25 qui s'étend à l'intérieur de l'espace interne 24. L'organe de mixage 25 est destiné à favoriser un mélange entre les phases liquide et gazeuse du fluide réfrigérant FR. L'organe de mixage 25 est notamment prévu pour diriger le fluide réfrigérant FR depuis un centre C du conduit 19 vers la face interne 23a du conduit 19. Autrement dit, l'organe de mixage 25 est plus particulièrement agencé pour diriger le fluide réfrigérant FR depuis le centre C du conduit 19 vers la face interne 23a de ce dernier. L'organe de mixage 25 est un organe permettant et facilitant une circulation notamment centrifuge du fluide réfrigérant FR depuis le centre C du conduit vers la face interne 23a de ce dernier. L'organe de mixage 25 est aussi prévu pour éviter une accumulation du fluide réfrigérant à l'état liquide en une zone inférieure du conduit 19, en position d'utilisation de ce dernier. L'organe de mixage 25 est aussi prévu pour perturber un écoulement laminaire du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du conduit 19, en vue de mixer les phases liquide et gaz du fluide réfrigérant FR. Autrement dit, l'organe de mixage 25 forme au moins une chicane et préférentiellement une pluralité de chicanes à encontre d'un écoulement laminaire, parallèle au sixième axe d'extension générale A6 et/ou à l'axe de symétrie A7. Dans sa généralité, l'organe de mixage 25 forme un obstacle à l'écoulement laminaire du fluide réfrigérant FR à l'intérieur de l'espace interne 24.
L'organe de mixage 25 est longitudinalement étendu selon le sixième axe d'extension générale A6 du conduit 19. Selon des formes de réalisation représentées sur les figures 4 à 12, l'organe de mixage 25 est ménagé autour d'un septième axe d'extension générale A9, préférentiellement parallèle à, voire confondu avec, l'axe de symétrie A7 du conduit 19, lorsque l'organe de mixage 25 est positionné à l'intérieur du conduit 19, comme illustré sur les figures 4 à 6.
Selon la variante illustrée sur la figure 4, l'organe de mixage 25 s'étend à l'intérieur de la totalité de l'espace interne 24. Autrement dit, l'organe de mixage 25 emplit l'ensemble du volume délimité par le conduit 19. Autrement dit encore, l'organe de mixage 25 est d'une conformité et/ou d'une géométrie semblable à celle de l'espace interne 24. Selon les variantes décrites ci-dessus, l'organe de mixage 25 est susceptible d'être de forme cylindrique ou bien parallélépipédique, ou bien de toute autre forme ménagée autour de l'axe de symétrie A7. On comprendra qu'une telle forme est définie globalement par un bord périphérique 31 de l'organe de mixage 25. Le bord périphérique 31 de l'organe de mixage 25 est formé des surfaces de l'organe de mixage 25 qui sont disposées vis-à-vis du conduit 19.
La face interne 23a de la paroi périphérique 23 est préférentiellement lisse pour permettre une introduction aisée de l'organe de mixage 25 à l'intérieur du conduit 19, le bord périphérique 31 de l'organe de mixage 25 étant en appui contre la face interne 23a. Cette caractéristique de la face interne 23a est particulièrement avantageusement lorsque l'organe de mixage 25 remplit l'ensemble du volume délimité par le conduit 19, tel qu'illustré sur la figure 4.
Selon une autre variante illustrée sur les figures 5 et 6, l'organe de mixage 25 encombre seulement partiellement l'espace interne 24, un espace interstitiel 26 étant ménagé entre l'organe de mixage 25 et la paroi interne 23a du conduit 19. Un tel espace interstitiel 26 facilite un écoulement du fluide réfrigérant FR parallèlement au sixième axe d'extension générale A6 à l'intérieur du conduit 19. En effet, le fluide réfrigérant FR ne rencontre aucun obstacle à l'intérieur de l'espace interstitiel 26 ce qui facilite la circulation longitudinale du fluide réfrigérant FR le long du sixième axe d'extension générale A6, l'organe de mixage 25 améliorant la circulation transversale du fluide réfrigérant FR depuis le centre C du conduit 19 vers la face interne 23a.
De préférence, l'espace interstitiel 26 est d'un volume qui est inférieur au volume de l'organe de mixage 25. A titre d'exemple, le volume de l'espace interstitiel 26 est inférieur à la moitié du volume de l'organe de mixage 25, voire inférieur au tiers du volume de l'organe de mixage 25, voire encore inférieur au quart de l'organe de mixage 25. Un tel agencement permet néanmoins à l'organe de mixage 25 de perturber suffisamment l'écoulement du fluide réfrigérant FR pour ôter à ce dernier tout caractère laminaire, y compris en présence de l'espace interstitiel 26.
Le conduit 19 est pourvu de deux parois terminales 27, 28, dont une première paroi terminale 27 équipant la première partie terminale 20 et une deuxième paroi terminale 28 équipant la deuxième partie terminale 21. La première paroi terminale 27 et la deuxième paroi terminale 28 sont par exemple planes et ménagées selon le plan transversal Pt orthogonal au sixième axe d'extension générale A6 et/ou à l'axe de symétrie A7. La première paroi terminale 27 et la deuxième paroi terminale 28 sont par exemple issues d'un couvercle coiffant au moins partiellement la boîte collectrice 8.
La première paroi terminale 27 est équipée d'au moins une fenêtre 29 pour l'admission du fluide réfrigérant FR à l'intérieur de l'espace interne 24. Autrement dit, la première paroi terminale 27 du conduit 19 est équipé de la fenêtre 29 qui est par exemple en relation fluidique avec la première bouche 16 pour admettre le fluide réfrigérant FR à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5 par l'intermédiaire du conduit 19. Autrement dit encore, le fluide réfrigérant FR est admis à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5 par l'intermédiaire du conduit 19 pourvu des orifices 22 à travers lesquels le fluide réfrigérant FR est à même d'être évacué hors du conduit 19 pour circuler à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5.
De préférence, l'espace interstitiel 26 est ménagé entre d'une part l'organe de mixage 25 et d'autre part la paroi périphérique 23, la première paroi terminale 27 et la deuxième paroi terminale 28. Dans ce cas-là, l'espace interstitiel 26 forme un volume qui entoure l'organe de mixage 25. L'organe de mixage 25 comprend une première extrémité longitudinale 31a qui est susceptible d'être rapportée sur la première paroi terminale 27 du conduit 19. L'organe de mixage 25 comprend une deuxième extrémité longitudinale 31b qui est susceptible d'être rapportée sur la deuxième paroi terminale 28.
Selon une autre forme de réalisation, l'espace interstitiel 26 est ménagé entre l'organe de mixage 25 et la paroi périphérique 23, l'organe de mixage 25 étant accolé à la première paroi terminale 27 et la deuxième paroi terminale 28. Dans ce cas-là, l'espace interstitiel 26 forme un manchon cylindrique autour de l'organe de mixage 25. L'organe de mixage 25 est fixé à ses extrémités longitudinales 31a, 31b respectivement sur la première paroi terminale 27 et sur la deuxième paroi terminale 28.
Il découle de ces dispositions que le fluide réfrigérant FR pénétrant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5, pénètre à l'intérieur de l'espace interne 24 en empruntant la fenêtre 29 ménagée à travers la première paroi terminale 27. Puis, le fluide réfrigérant FR s'épand à l'intérieur de l'espace interne 24 en étant mélangé par l'organe de mixage 25. Il en résulte notamment un mixage des phases liquide et gaz du fluide réfrigérant FR qui est alors homogénéisé longitudinalement, le long du conduit 19. Puis, le fluide réfrigérant FR emprunte les orifices 22 pour s'écouler hors du conduit 19 vers la première chambre 13. Puis, le fluide réfrigérant FR s'écoule à travers le faisceau de tubes 10, 10a, 10b, tel que décrit ci-dessus, jusqu'à la boîte de renvoi 9, pour être évacué hors de l'échangeur de chaleur 5 par l'intermédiaire de la deuxième bouche 17. Lors du transit du fluide réfrigérant FR à travers le conduit 19 ainsi équipé de l'organe de mixage 25, le fluide réfrigérant FR rencontre de multiples obstacles qui favorisent un mélange entre ses phases liquide et gaz. De plus, un tel conduit 19 favorise une homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant FR à l'intérieur des tubes 10, 10a, 10b.
On notera aussi que le fluide réfrigérant FR est d'autant mieux pulvérisé, et de manière homogène, lors de son passage à travers les orifices 22 que les deux phases du fluide réfrigérant FR, liquide et gaz, sont mélangées par l'organe de mixage 25 à l'intérieur de l'espace interne 24 du conduit 19, en vue d'alimenter ensuite de manière homogène le faisceau de tubes 10, 10a, 10b. Autrement dit, dans un premier temps, l'organe de mixage 25 permet une répartition longitudinale du fluide réfrigérant FR qui est homogène le long de l'axe de symétrie A7, la pulvérisation du fluide réfrigérant FR à travers les orifices 22 s'effectuant dans un deuxième temps, après homogénéisation du fluide réfrigérant FR dans l'espace interne 24, ce qui garantit une meilleure répartition homogène du fluide réfrigérant FR en sortie du conduit 19, et consécutivement à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5. Sur les figures 6 à 11, l'organe de mixage 25 comprend un arbre 29 porteur d'au moins une paroi centrifuge 30.
L'arbre 29 s'étend de préférence longitudinalement en un centre C du conduit 19 le long du septième axe d'extension générale A9 de l'organe de mixage 25. Le centre C du conduit 19 correspond à une zone centrale de ce dernier, par exemple cylindrique, et notamment homothétique à une forme du conduit 19. Autrement dit, l'arbre 29 est notamment de même conformation que le conduit 19. A titre d'exemple, lorsque le conduit 19 est cylindrique, l'arbre 29 est également cylindrique en étant ménagé au centre C du conduit 19. L'arbre 29 est constitué d'une âme centrale de l'organe de mixage 25 formant une continuité de matière depuis la première extrémité longitudinale 31a vers la deuxième extrémité longitudinale 31b. L'arbre 29 est par exemple disposé transversalement au barycentre de l'organe de mixage 25. L'arbre 29 est préférentiellement conformé en une tige rectiligne à partir de laquelle s'étend la paroi centrifuge 30. La paroi centrifuge 30 s'étend depuis l'arbre 29 jusqu'au bord périphérique 31 de l'organe de mixage. La paroi centrifuge 30 est par exemple unique et s'étend depuis la première extrémité longitudinale 31a de l'organe de mixage 25 jusqu'à la deuxième extrémité longitudinale 31b de l'organe de mixage 25. Dans un tel cas, la paroi centrifuge 30 est considérée comme continue entre les deux extrémités longitudinales 31a, 31b de l'organe de mixage 25, tel qu'illustré sur les figures 6 et 7.
Alternativement, la paroi centrifuge 30 est par exemple discontinue. On comprend ici que des éléments de mixage 32, constitutifs de la paroi centrifuge 30, sont séparés les uns des autres par des échancrures 33, visibles par exemple sur les figures 9 à 11. Les éléments de mixage 32 sont par exemple identiques les uns aux autres et itérativement répétés le long de l'axe de symétrie A7. Autrement dit, les éléments de mixage 32 sont par exemple similaires les uns et autres et substituables géométriquement les uns aux autres sans modifier la conformation de l'organe de mixage 25. De plus, les éléments de mixage 32 sont par exemple répétés l'un après l'autre en étant identiques les uns aux autres ce qui confère à l'organe de mixage 25 une homogénéité géométrique depuis la première extrémité longitudinale 31a jusqu'à la deuxième extrémité longitudinale 31b. Chaque élément de mixage 32 est par exemple encore formé de deux motifs de mixage 34, identiques entre eux mais aboutés tête-bêche le long de l'axe de symétrie A7.
Selon une variante de réalisation de l'organe de mixage 25 illustrée sur la figure 7, la paroi centrifuge 30 est unique et s'enroule longitudinalement le long de l'arbre 29. L'organe de mixage 25 est alors conformé en une vis hélicoïdale comprenant un filet unique formé de la paroi centrifuge 30 et une âme centrale formée de l'arbre 29. Le pas de l'hélice est par exemple déterminé pour qu'un pas alimente un orifice 22. Autrement dit, le pas de l'hélice est égal à une distance entre deux orifices voisins 22 du conduit 19.
Selon une variante de réalisation de l'organe de mixage 25 illustrée sur la figure 8, l'organe de mixage 25 comprend une pluralité de parois centrifuges 30 qui sont continues depuis la première extrémité longitudinale 31b jusqu'à la deuxième extrémité longitudinale 31b et qui s'enroulent longitudinalement le long de l'arbre 29. Sur l'exemple illustré, l'organe de mixage 25 compte six parois centrifuges 30 équidistantes les unes des autres longitudinalement. L'organe de mixage 25 est conformé en une vis hélicoïdale comprenant par exemple six filets formés par les six parois centrifuges 30 et une âme centrale formée par l'arbre 29. Dans ce cas-là, le pas des hélices est égal d'une hélice à l'autre. Le pas des hélices est égal à une distance entre deux orifices voisins 22 du conduit 19.
Selon une variante de réalisation de l'organe de mixage 25 illustrée sur les figures 9, 10 et 11, la paroi centrifuge 30 comporte une pluralité d'éléments de mixage 32 séparés les uns des autres par des échancrures 33. Les éléments de mixage 32 sont identiques les uns aux autres et itérativement répétés le long du septième axe d'extension générale A9. Autrement dit, les éléments de mixage 32 sont successivement aboutés les uns aux autres sur l'arbre 29.
Chaque élément de mixage 32 s'étend longitudinalement entre un premier bord d'attaque 35 et un deuxième bord d'attaque 36. Le premier bord d'attaque 35 et le deuxième bord d'attaque 36 sont chacun formés d'une arête de la paroi centrifuge 30 qui est sensiblement orthogonal à l'arbre 29 et qui délimite la paroi centrifuge 30 au regard des échancrures 33. Le premier bord d'attaque 35 et le deuxième bord d'attaque 36 sont longitudinalement opposés l'un à l'autre le long du septième axe d'extension générale A9. Selon cette variante, le premier bord d'attaque 35 et le deuxième bord d'attaque 36 d'un élément de mixage 32 forment entre eux un premier angle a compris entre 70° et 110°, préférentiellement égal à 90°. A titre d'exemple encore, un premier bord d'attaque 35 d'un élément de mixage 32 forme avec un deuxième bord d'attaque 36 d'un élément de mixage 32 adjacent un deuxième angle β compris entre 70° et 110°, préférentiellement égal à 90°.
Chaque élément de mixage 32 est par exemple formé de deux motifs de mixage 34, identiques entre eux mais aboutés tête-bêche le long de l'axe de symétrie A7. Autrement dit, un sens d'enroulement d'un motif de mixage 34 est opposé à un sens d'enroulement d'un motif de mixage adjacent 34 constitutifs de l'élément de mixage 32. Autrement dit, en considérant deux motifs de mixage 34 successifs, la paroi centrifuge 30 de l'un tourne dans un sens horaire et la paroi centrifuge 30 de l'autre tourne dans un sens antihoraire.
Sur la figure 12, est représenté un motif de mixage 34 de l'élément de mixage 34 illustré sur les figures 10 et 11, dont la paroi centrifuge 30 est conformée en une portion d'hélice ménagée autour de l'arbre 29. Chaque élément de mixage 32 s'étend longitudinalement entre un premier rebord d'attaque 35' et un deuxième rebord d'attaque 36' . Le premier rebord d'attaque 35' et le deuxième rebord d'attaque 36' sont chacun formés d'une arête de la paroi centrifuge 30 qui est sensiblement orthogonal à l'arbre 29 et qui délimite la paroi centrifuge 30 au regard d'une rainure 37 ménagée entre deux motifs de mixage 34. Le premier rebord d'attaque 35' et le deuxième rebord d'attaque 36' sont longitudinalement opposés l'un à l'autre le long du septième axe d'extension générale A9. Selon cette variante illustrée également sur la figure 11, le premier rebord d'attaque 35' et le deuxième rebord d'attaque 36' d'un motif de mixage 34 sont parallèles. A titre d'exemple encore, un premier rebord d'attaque 35' d'un motif de mixage 34 forme avec un deuxième rebord d'attaque 36' d'un motif de mixage 34 adjacent participant du même élément de mixage 32 un troisième angle γ compris entre 70° et 110°, préférentiellement égal à 90°.
L'organe de mixage 25 est notamment obtenu par moulage d'un polymère. De préférence, l'organe de mixage 25 est un élément monobloc rassemblant l'arbre 29 et les éléments de mixage 32, d'un seul tenant, qui n'est démontable en plusieurs éléments qu'à partir d'une destruction de l'organe de mixage 25.
Ces dispositions sont telles que le fluide réfrigérant FR pénétrant à l'intérieur du dispositif d'homogénéisation de la distribution 18 est distribué de manière homogène à l'ensemble des tubes 10, 10a, 10b, y compris ceux alimentés par les orifices 22 les plus proches de la deuxième partie terminale 21 et y compris pour un fluide réfrigérant FR présent à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5 sous deux phases, liquide et gaz.
De plus, la présence d'un tel organe de mixage 25 évite une accumulation de la phase liquide du fluide réfrigérant FR dans une zone inférieure du conduit 19, en position d'utilisation de ce dernier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) du fluide réfrigérant (FR) à l'intérieur de tubes (10, 10a, 10b) d'un échangeur de chaleur (5), le dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) comprenant un conduit (19) pourvu d'au moins une fenêtre (29) par laquelle le fluide réfrigérant (FR) est apte à entrer à l'intérieur du conduit (19) et au moins un orifice (22) par lequel le fluide réfrigérant (FR) est apte à sortir du conduit (19), caractérisé en ce que le conduit (19) loge au moins un organe de mixage (25) agencé pour diriger le fluide réfrigérant (FR) depuis un centre (C) du conduit (19) vers une face interne (23a) du conduit (19).
2. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 1, dans lequel le conduit (19) délimite un volume interne (24) à l'intérieur duquel s'étend au moins partiellement l'organe de mixage (25).
3. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 2, dans lequel l'organe de mixage (25) occupe la totalité du volume interne (24).
4. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe de mixage (25) comprend au moins un arbre (29) équipé d'au moins une paroi centrifuge (30).
5. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 4, dans lequel l'arbre (29) s'étend au centre (C) du conduit (19).
6. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, dans lequel la paroi centrifuge (20) s'étend entre l'arbre (29) et la face interne (23 a) du conduit (19).
7. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la face interne (23a) est lisse.
8. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel l'arbre (29) est équipé d'une pluralité de parois centrifuges (30) qui sont continues entre deux extrémités longitudinales (31a, 31b) de l'organe de mixage (25).
9. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 8, dans lequel les parois centrifuges (30) sont identiques les unes aux autres.
10. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, dans lequel la paroi centrifuge (30) comprend des éléments de mixage (32) qui sont portés par l'arbre (29) et qui sont séparés les uns des autres par au moins une échancrure (33).
11. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 10, dans lequel les éléments de mixage (32) sont itérativement répétés le long de l'arbre (29).
12. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, dans lequel chaque élément de mixage (32) est agencé en une portion d'hélice.
13. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel chaque élément de mixage (32) s'étend entre un premier bord d'attaque (35) et un deuxième bord d'attaque (36) qui forment entre eux un premier angle (a) compris entre 70° et 110°.
14. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 13, dans lequel le premier bord d'attaque (35) d'un élément de mixage (32) forme avec un deuxième bord d'attaque (36) d'un élément de mixage (32) adjacent un deuxième angle (β) compris entre 70° et 110°.
15. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, dans lequel chaque élément de mixage (32) comprend au moins deux motifs de mixage (34) identiques et à sens d'enroulement opposé l'un à l'autre.
16. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 15, dans lequel le motif de mixage (34) s'étend entre un premier rebord d'attaque (35') et un deuxième rebord d'attaque (36'), qui sont parallèles entre eux.
17. Dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 16, dans lequel le premier rebord d'attaque (35') d'un motif de mixage (34) forme avec un deuxième rebord d'attaque (36') d'un motif de mixage (34) adjacent un troisième angle (γ) compris entre 70° et 110°.
18. Boîte collectrice (8) délimitant une première chambre (13) logeant au moins un dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
19. Echangeur de chaleur (5) comprenant une boîte collectrice (8) selon la revendication 18 et une boîte de renvoi (9) entre lesquelles est interposé un faisceau de tubes (10, 10a, 10b).
20. Circuit de fluide réfrigérant (1) comprenant au moins un échangeur de chaleur (5) selon la revendication 19.
21. Utilisation d'un échangeur de chaleur (5) selon la revendication 19 en tant qu'évaporateur logé à l'intérieur d'un boîtier (6) d'une installation (7) de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation équipant un véhicule automobile.
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