EP3548826A1 - Dispositif de mixage d'un fluide réfrigérant à l'intérieur d'une boîte collectrice d'un échangeur thermique - Google Patents

Dispositif de mixage d'un fluide réfrigérant à l'intérieur d'une boîte collectrice d'un échangeur thermique

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EP3548826A1
EP3548826A1 EP17817791.1A EP17817791A EP3548826A1 EP 3548826 A1 EP3548826 A1 EP 3548826A1 EP 17817791 A EP17817791 A EP 17817791A EP 3548826 A1 EP3548826 A1 EP 3548826A1
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EP
European Patent Office
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duct
mixing
mixing device
conduit
refrigerant
Prior art date
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Granted
Application number
EP17817791.1A
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German (de)
English (en)
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EP3548826B1 (fr
Inventor
Jérôme MOUGNIER
Julien Tissot
Jérémy BLANDIN
Patrick LEBLAY
Kamel Azzouz
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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Publication of EP3548826B1 publication Critical patent/EP3548826B1/fr
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    • 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
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • 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
    • F28F9/028—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using inserts for modifying the pattern of flow inside the header box, e.g. by using flow restrictors or permeable bodies or blocks with channels

Definitions

  • the field of the present invention is that of the heat exchangers equipping the air conditioning installations for a vehicle, in particular an automobile.
  • the invention relates more specifically to the distribution of a refrigerant fluid inside a manifold that includes such a heat exchanger.
  • a vehicle is commonly equipped with an air conditioning unit for heat treating the air present or sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • an air conditioning unit for heat treating the air present or sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • Such an installation comprises a closed circuit inside which circulates a refrigerant fluid. Successively following the direction of circulation of the refrigerant fluid through it, the circuit essentially comprises a compressor, a condenser, a pressure reducer and at least one heat exchanger.
  • the heat exchanger commonly comprises a bundle of tubes interposed between a header and a coolant return box.
  • the refrigerant is admitted through an inlet mouth inside a manifold, flows along successive paths in the tubes of the bundle between the manifold and a return box, and is discharged out of the exchanger thermal through an outlet mouth.
  • the outlet mouth is likely to be formed through the manifold or through the return box.
  • the heat exchanger is for example an evaporator providing a heat exchange between the refrigerant and a flow of air therethrough.
  • the refrigerant circulates inside the tubes of the bundle and the air flow circulates along the bundle tubes for cooling.
  • This phenomenon generates a heterogeneity of the temperature of the air flow that has passed through the heat exchanger during operation. This heterogeneity complicates the thermal management of the apparatus that receives the heat exchanger and ultimately involves temperature differences between two areas of the passenger compartment, while the same airflow temperature is required.
  • the subject of the present invention is a device for mixing a refrigerant fluid configured to be housed inside a header box of a heat exchanger into which tubes of a bundle of tubes that comprise the heat exchanger open.
  • the mixing device is especially intended for mixing a gaseous phase with a liquid phase of the refrigerant distributed by the mixing device inside the header.
  • the invention also relates to a heat exchanger comprising a header housing a mixing device according to the invention.
  • the heat exchanger is in particular designed to equip an air conditioning installation of a vehicle, in particular an automobile.
  • An object of the invention is to perfect the homogeneity of the temperature of the heat exchanger during operation and finally to improve its efficiency. It is more specifically the object of the invention to perfect a distribution in the header of the coolant fluid homogeneously between its liquid phase and its gas phase.
  • Another object of the invention is to provide a mixing device that can be obtained industrially at lower costs.
  • Another object of the invention is to provide a mixing device whose organization allows its easy adaptation and lower costs to heat exchangers of various structures.
  • Such a diversity of structures of the heat exchangers is particularly to be appreciated with regard to the number of tubes of the bundle that they comprise, the modes of circulation of the refrigerant fluid inside the heat exchanger and / or relative positions between the mouth inlet and outlet mouth of the refrigerant fluid that includes the heat exchanger.
  • the mixing device of the invention comprises a longitudinal axis conduit provided with an inlet mouth for the admission of the refrigerant fluid into the conduit and at least one orifice for spraying the refrigerant fluid out of the conduit.
  • the duct comprises at least one mixing member provided on an internal face of the duct and capable of modifying the flow of the refrigerant circulating inside the duct.
  • the internal face of the duct is configured in a mixing means comprising at least one mixing member suitable for mixing the refrigerant fluid between a liquid phase and a gas face inside the duct.
  • the mixing member is disruptive of a laminar flow of refrigerant circulating inside the duct from the inlet mouth to the orifices.
  • the internal face of the duct comprises at least one mixing member which modifies the regularity of the extension of the internal face of the duct along a guide line, or more specifically along a generatrix, which is parallel to the longitudinal axis of the duct. leads.
  • the mixing member thus provides a relief to the inner face of the duct projecting inwardly of the duct relative to a direction of extension of the inner face of the duct parallel to its longitudinal axis.
  • the extension of the protrusion of the relief towards the interior of the duct is likely to vary between two mixing organs.
  • the mixing member generates disturbances in the flow of refrigerant inside the conduit, which promotes its mixing between a liquid phase and a gas phase inside the conduit.
  • a mixture of the refrigerant fluid between a liquid phase and a gas phase is thus produced inside the duct prior to its evacuation through the orifice (s).
  • the refrigerant fluid sprayed at each of the orifices is thus formed of a liquid / gas mixture more homogeneous, and for each of the orifices distributed over the length of the conduit.
  • the methods providing a mixture of the refrigerant between its liquid phase and its gaseous phase inside the conduit are thus advantageously dissociated from the spraying modes of the coolant out of the conduit further causing a mixture of the refrigerant between its liquid phase and its phase gas at the output of the mixing device.
  • the refrigerant is thus mixed between its liquid phase and its gas phase by means of the mixing device in successive steps.
  • a first mixing step is carried out inside the duct by one or more mixing members and a second mixing step is performed during the spraying of the coolant out of the duct through the orifice (s).
  • a heat exchanger equipped with a collecting box housing the mixing device is thus obtained particularly efficient, in particular having a substantially balanced temperature over its entire heat exchange surface formed by the tubes of a bundle of tubes it includes.
  • the mixing member extends inside the duct at least transversely to its longitudinal axis and partially inside the recess of the duct delimited by its wall, forming an obstacle opposing a laminar flow of refrigerant inside the duct.
  • the transverse extension of the mixing member relative to the duct is likely to be perpendicular or inclined with respect to the longitudinal axis of the duct.
  • the obstacle formed by the mixing member is in particular configured in a relief extending partially towards the inside of the duct.
  • the central zone of the duct is unoccupied by the relief and provides a passage for the refrigerant fluid inside and along the duct.
  • the obstacle is capable of disturbing a laminar flow of the refrigerant fluid inside the duct and forcing its passage through the orifice or orifices located downstream of the mixing member.
  • the concepts upstream and downstream are relative concepts considered with regard to the intended direction of circulation of the refrigerant inside the conduit or in other words with regard to a refrigerant circulation path arranged inside the duct from the inlet mouth to the orifice.
  • the mixing member is incorporated in the wall of the duct.
  • the mixing device can thus be obtained at moderate costs by incorporating the mixing member in the inner face of the duct.
  • the mixing device is easily adaptable for ducts having different dimensions of extension along their longitudinal axis according to the configuration of the heat exchanger, in particular with regard to the number of tubes of a bundle to be supplied with refrigerant fluid that comprises the exchanger thermal and which open on a collector box housing the mixing device.
  • the incorporation of the mixing member to the wall of the duct can be achieved at lower costs according to various techniques.
  • the mixing member is incorporated in the wall of the duct by brazing, by molding, by adding material, by deformation of the duct wall or by machining the duct wall.
  • the mixing member is incorporated into the wall of the duct by brazing, the mixing member and the duct being at least in this case made of metallic material, in particular based on aluminum.
  • Brazing between the mixing member and the wall of the duct is in particular carried out during a brazing operation between them components that comprises a heat exchanger and comprising at least one manifold housing the mixing device and preferably also tubes a bundle of tubes to supply refrigerant fluid by the mixing device.
  • Brazing between the mixing member and the wall of the duct can also be performed prior to the installation of the mixing device inside the header.
  • the mixing device then forms a unitary assembly that can be easily mounted and positioned inside the manifold.
  • the mixing member is incorporated in the wall of the molding duct or in other words during manufacture by molding the duct.
  • a molding operation can be performed to simultaneously form in the same body the conduit provided with the mixing member.
  • the incorporation by molding of the mixing member to the duct may also be carried out in several steps, including a first duct molding step and a second overmolding step of the mixing member inside the duct.
  • the mixing member is incorporated in the wall of the duct by machining the wall of the duct providing at least one projecting relief directed towards the inside of the duct, the relief then forming the organ of the duct. mixing.
  • the mixing member is incorporated in the wall of the duct by deformation of the wall of the duct causing a discharge of material towards the inside of the duct which provides at least the relief thus forming the mixing member.
  • the incorporation of the mixing device into the duct induces a variation in the thickness of its wall. More particularly, the thickness of the duct wall varies in planes perpendicular to the longitudinal axis of the duct and longitudinally distant. The thickness of the duct wall is in particular increased by at least one mixing member. The internal section of the duct is reduced by at least one mixing member.
  • the mixing member modifies the conformation of the wall of the duct by longitudinally varying its thickness.
  • a first thickness of the wall of the duct measured in a first perpendicular plane passing through a relief formed by the mixing member is greater than a second thickness of the duct wall measured in a second perpendicular plane considered along the longitudinal edge of the relief. .
  • At least one mixing member extends perpendicularly to the longitudinal axis of the conduit.
  • At least one mixing member is inclined at least in a longitudinal extension plane and with respect to the longitudinal axis of the duct forming a cooling fluid guide ramp to the orifice.
  • the mixing member is in particular oriented in the intended direction of circulation of the refrigerant inside the conduit to direct the refrigerant to the inner face of the duct defining its recess and more particularly to the orifices or.
  • the mixing member may be of planar configuration being in particular arranged in a ring.
  • a ring may be oriented perpendicular to the longitudinal axis of the duct.
  • the ring may also be inclined relative to the longitudinal axis of the duct in a longitudinal extension plane parallel to the longitudinal axis of the duct and / or be oriented in a transverse plane inclined at an angle less than 90 ° by compared to the longitudinal extension plan.
  • the inclination of the mixing member may also imply its extension inside the duct according to a curve defined by a combination between a perpendicular direction and a longitudinal direction relative to the longitudinal axis of the duct, in particular a helical extension.
  • at least one mixing member is formed by at least one helical thread formed in the wall of the duct and wound around the longitudinal axis of the duct.
  • the orifice or openings may be oriented perpendicular to the longitudinal axis of the conduit or be inclined towards one and / or the other of the longitudinal ends of the conduit.
  • the section of at least one orifice in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the conduit may be for example of circular, oblong and / or polygonal conformation such as triangular, hexagonal or cross for example.
  • the section of the orifices in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the conduit has a maximum surface area of between 2 mm 2 and 5 mm 2.
  • the orifices are distributed along the conduit along its longitudinal axis.
  • the orifices may be distributed by being aligned along several lines parallel to the longitudinal axis of the conduit.
  • the orifices may be distributed in staggered rows along the conduit.
  • the orifices may be distributed along a helically configured line wound around the duct.
  • the orifices are distributed along a straight line parallel to the longitudinal axis of the conduit.
  • the inlet mouth is preferably provided at a first longitudinal end of the conduit.
  • a second longitudinal end of the duct is closed.
  • the second longitudinal end is understood as being the longitudinal end of the conduit axially located opposite its first longitudinal end provided with the inlet mouth.
  • the inlet mouth is formed in particular by an outlet of the recess of the duct towards the outside of the duct.
  • the inlet mouth is in particular connectable to a source of refrigerant directly via the first end of the conduit or via a hydraulic member interposed between the conduit and the fluid source.
  • the fluid source is in particular formed of a refrigerant circuit comprising the heat exchanger.
  • the second end of the duct is for example closed by a plug, by a tip covering the second end of the duct and / or by a lid that can be integrated into the duct, in particular by brazing.
  • the cap may also for example still be formed by a wall of the manifold placed in abutment against an end portion of the conduit.
  • a plurality of mixing members are distributed along the longitudinal axis of the conduit. It is understood here that in this plane, the mixing members are separated from each other by a non-zero longitudinal distance along the longitudinal axis of the duct.
  • At least one mixing member is disposed upstream of at least one orifice, in a direction of flow of the refrigerant inside the conduit defined from the inlet mouth to the orifice.
  • the obstacle formed by the mixing member disturbs the flow of the coolant and promotes its drive to the orifice located downstream of the mixing member.
  • at least one mixing member is interposed between at least two orifices distributed along the longitudinal axis of the conduit.
  • the relative positions between the orifices and the mixing members along the duct are adapted taking into account in particular the speed of the refrigerant inside the duct and / or the variation of the state of the mixture of the duct. refrigerant flowing along the duct.
  • the mixing members are arranged at a first separation distance between two adjacent mixing members which is equal to a second separation distance of two adjacent orifices.
  • at least one orifice is equidistant from two mixing members.
  • the mixing members are arranged at a first separation distance between two adjacent mixing members which is greater than a second separation distance from two adjacent orifices.
  • At least one mixing member is interposed between two groups of orifices each comprising, for information purposes, a number of orifices comprised between one and four.
  • the mixing member is in the form of a ring, the opening of which, through a passage for the cooling fluid, is arranged.
  • the periphery of the ring espouses the inner face of the duct wall or in other words is in contact with the inner face of the duct along its circumference.
  • the ring is preferably centered on the longitudinal axis of the duct.
  • Such a ring can be advantageously secured by brazing to the conduit or for example still be formed by deformation of the wall of the conduit causing a backflow of constituent material of the ring.
  • the size of the opening of the ring is between 10% and 70% of the largest dimension of the recess of the duct measured in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the duct.
  • the openings of at least two successive rings along the longitudinal axis of the conduit are of identical sections in the plane of the rings.
  • the openings of at least two successive rings along the longitudinal axis of the duct are of different sections in the plane of the rings.
  • the sections of the openings of the rings vary according to their position along the longitudinal axis of the duct.
  • the variations of the sections of the openings of the rings may be regular or irregular, particularly as a function of the successive positions of the rings, along the longitudinal axis of the duct.
  • the openings of the rings are gradually narrowed along the longitudinal axis of the duct from the first longitudinal end to the second longitudinal end of the duct or in other words according to the direction of circulation of the refrigerant since the inlet mouth to the orifices.
  • At least one mixing member is shaped in at least one helical portion wrapped around the longitudinal axis of the conduit. It will be noted that at least one mixing device is capable of being shaped into a ring and at least one mixing device is capable of being shaped into at least one helix portion.
  • a plurality of mixing members are shaped like angularly distributed helices around the longitudinal axis of the duct. More particularly, each of the helices is wound around the longitudinal axis of the duct extending along the duct in its portion comprising the orifice or orifices.
  • At least one orifice passes through at least one mixing device.
  • the conduit comprises mixing bodies configured as helices, at least one orifice that can pass through the projecting relief formed by a helix and at least one orifice that can pass through the wall of the duct between two propellers.
  • the conduit comprises mixing members shaped rings, at least one orifice that can pass through a ring and at least one orifice that can pass through the wall of the conduit between two rings.
  • a length of the orifices measured between these outlets is likely to vary, according to its position along the longitudinal axis of the duct.
  • At least one orifice is capable of extending through the wall of the duct through a mixing member and at least one orifice is capable of extending through the wall of the duct in a zone of the duct devoid of a mixing member. .
  • the mixture of the refrigerant fluid between a gaseous phase and a liquid phase can thus be controlled by varying the length of the orifices along the conduit.
  • the mixture of the refrigerant discharged through each of the orifices can be adjusted to provide a distribution of the refrigerant fluid from the mixing device which is generally homogeneous along the longitudinal axis of the leads.
  • the mixture of the refrigerant between its gaseous phase and its liquid phase inside the conduit can be controlled according to the relative positions of the orifices relative to the mixing members. It can in particular be taken into account a proximity between the obstacles formed by the mixing members and the outlet of at least a portion of the orifices inside the conduit, and / or the character crossing or not of at least one organ mixing by at least one orifice.
  • the invention also relates to a heat exchanger equipped with a mixing device according to the invention.
  • a heat exchanger of the invention comprises a manifold housing a chamber housing a mixing device according to the invention.
  • the heat exchanger also comprises tubes of a tube bundle opening on the chamber for their supply of refrigerant fluid by the mixing device.
  • the mixing device is in particular incorporated in a wall of the manifold by brazing.
  • the positioning of the mixing device inside the manifold can advantageously be achieved via at least one angular and / or axial positioning device interposed between the mixing device and a wall of the manifold.
  • One or more such positioning devices are preferably provided at at least one of the longitudinal ends of the duct along its longitudinal axis. Brazing between the mixing device and a wall of the header box can be achieved via at least one such positioning device.
  • a circulation space of the refrigerant fluid is formed inside the chamber at least partially around the mixing device to outlets of the tubes of the beam on the chamber.
  • an additional step of mixing the refrigerant between its liquid phase and its gaseous phase can be performed inside the chamber prior to its admission into the tubes of the bundle.
  • the orifices and outlets of the tubes of the beam on the chamber are angularly offset relative to each other about the longitudinal axis of the duct.
  • the circulation path of the refrigerant inside the manifold can thus be adjusted according to the mixture of the refrigerant to be obtained inside the chamber.
  • Such adjustment is in particular provided via one or more angular and / or axial positioning devices interposed between the mixing device and a wall of the header box.
  • the orifices and outlets of the tubes of the beam on the chamber are arranged diametrically opposite each other with respect to the longitudinal axis of the duct, to optimize the flow path of the refrigerant fluid inside the chamber. bedroom.
  • the outlets of the tubes of the beam on the chamber are formed through a wall of the manifold defining the chamber.
  • the tubes of the bundle are formed between plates incorporating the manifold by being stacked along the longitudinal axis of the conduit.
  • the plates have eyelets which define the chamber and which are extended by extensions of the plates leaving the tubes of the bundle between them.
  • the eyelets are crossed by the mixing device.
  • the mixing device may be placed in contact with the eyelets at at least one of its ends.
  • the heat exchanger is more particularly configured to be used as an evaporator.
  • the heat exchanger can be used to cool an air flow therethrough or to cool a liquid dedicated to cooling an organ, such as at least one battery of a vehicle providing the energy required at least in part to his propulsion.
  • the invention also relates to a refrigerant circuit comprising at least one compressor, a condenser, an expansion device and a heat exchanger according to the invention, traversed by a refrigerant.
  • the invention also relates to a ventilation system, heating and / or air conditioning, or air conditioning installation, configured to equip a vehicle.
  • the air conditioning installation of the invention comprises at least one heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a refrigerant circuit participating in an air conditioning installation of a vehicle.
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a heat exchanger that comprises the circuit shown schematically in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective illustration of a mixing device according to the invention.
  • FIGS. 4 and 5 are partial illustrations of a mixing device according to an embodiment of the invention, shown in perspective in Figure 4 and in longitudinal section in Figure 5.
  • FIGS. 6 and 7 are partial illustrations of a mixing device according to another embodiment of the invention, shown in perspective in Figure 6 and in longitudinal section in Figure 7.
  • FIGS. 8 and 9 are partial illustrations of a mixing device according to another embodiment of the invention, shown in perspective in Figure 8 and in longitudinal section in Figure 9.
  • FIG. 10 is a partial longitudinal sectional illustration of an embodiment of a heat exchanger equipped with a mixing device of the type shown in Figures 6 and 7.
  • an air conditioning installation for a vehicle includes a closed circuit 1 inside which circulates a refrigerant fluid FR.
  • the circuit 1 essentially comprises, successively in the direction SI of circulation of the refrigerant fluid FR, a compressor 2, a condenser 3 or gas cooler, an expansion member 4 and at least one heat exchanger 5 .
  • the heat exchanger 5 is for example dedicated to the cooling of a flow of air FA passing through it, as illustrated in FIG. 2.
  • a flow of air FA is notably used for thermally treat the air of the passenger compartment of the vehicle or for example still to cool a body of the vehicle in operation.
  • the heat exchanger 5 is dedicated to the cooling of a liquid operated to cool an organ of the vehicle in operation, such as one or more batteries supplying electrical energy to a propulsive electric engine of the vehicle.
  • the heat exchanger 5 comprises a bundle 6 interposed between a manifold 7 and a return box 8.
  • the manifold 7 extends in a longitudinal direction D1 oriented perpendicularly to a direction D3 d extension of the tubes 12 of the bundle 6 between the manifold 7 and the return box 8.
  • the manifold 7 defines a chamber 9 supplied with refrigerant fluid FR through an inlet mouth 10.
  • the refrigerant fluid FR flows to the inside the heat exchanger 5 to cool at least the tubes 12 of the bundle 6 and the FA air passing therethrough, then is discharged out of the heat exchanger 5 through an outlet mouth 11.
  • the outlet mouth 11 is formed through the manifold 7, which implies that the heat exchanger 5 is a heat exchanger with "U" circulation.
  • the outlet mouth 11 may be formed through the return box 8, which then implies that the heat exchanger 5 is an "I" circulation heat exchanger.
  • the heat exchanger 5 is of the U-circulation type of the refrigerant fluid FR.
  • the heat exchanger 5 is intended for cooling an air flow FA.
  • the tubes 12 of the bundle 6 comprise fins 13 promoting the heat exchange between the air flow FA and the tubes 12 of the bundle 6.
  • the air flow FA passes through the bundle 6 transversely to the general plane PI of the heat exchanger 5, flowing along the tubes 12.
  • the refrigerant fluid FR flows from the manifold 7 to a first ply 12a of tubes 12 of the bundle 6 dedicated to the supply of the return box 8 of refrigerant FR. Then the refrigerant fluid FR flows from the gearbox 8 to the manifold 7 through a second ply 12b of tubes 12 of the bundle 6. The first ply 12a and the second ply 12b are superimposed according to the flow direction of the flow of air FA through the heat exchanger 5.
  • Such a configuration of the heat exchanger 5 makes it particularly useful to obtain a homogeneous distribution of the refrigerant fluid FR between its liquid phase and its gaseous phase and a homogeneous distribution of the refrigerant fluid FR along the manifold 7 to each of the tubes 12 of the first ply 12a of the bundle 6.
  • the chamber 9 houses a mixing device 18 extending in a longitudinal direction D2 parallel to the longitudinal extension direction D1 of the manifold 7.
  • the mixing device 18 comprises a conduit 14 extending along a longitudinal axis A1 between a first end 15 and a second end 16 of the mixing device 18.
  • the conduit 14 is intended in particular to provide a homogenization of the refrigerant FR between its liquid phase and its gaseous phase during its evacuation
  • the longitudinal axis Al of the duct 14 is oriented parallel to the extension direction D1 of the manifold 7 and defines the longitudinal extension direction D2 of the mixing device 18.
  • the mixing device 18 is potentially centered within the manifold 7 as illustrated in Figure 1. Alternatively, the mixing device 18 may be eccentric inside the collector box 7 with respect to a central longitudinal axis A2 of extension of the header 7.
  • the mixing device 18 comprises an inlet mouth 10 for its refrigerant supply FR.
  • the inlet mouth 10 is formed at a first longitudinal end of the conduit 14.
  • the inlet mouth 10 is capable of receiving the refrigerant fluid FR from outside the mixing device 18 either directly or via a connecting member of the heat exchanger 5 with the fluid circuit 1 illustrated in Figure 1.
  • the second end of the conduit 14 is closed.
  • At least one orifice 17 is formed through the conduit 14 for the discharge of the refrigerant fluid FR from the conduit 14 to the chamber 9.
  • the conduit 14 preferably comprises a plurality of orifices 17 arranged over at least a part of its length. to promote the homogenization of the refrigerant fluid FR discharged along the conduit 14 between its liquid phase and its gas phase.
  • the mixing device 18 illustrated for example in Figures 3 to 9 is arranged to be housed inside a chamber 9 of a manifold 7 that includes a heat exchanger 5, as illustrated for example in Figure 10.
  • the mixing devices 18 comprise the conduit 14 provided with the orifices 17 which are formed through the wall 14a of the conduit 14 being aligned along a straight line L1 oriented parallel to the longitudinal axis Al of the duct 14.
  • the duct 14 has the inlet mouth 10 at its first longitudinal end 15 and is closed at its second longitudinal end 16.
  • the duct 14 is for example closed by a nozzle 16a which is brazed on the conduit 14 at its second longitudinal end 16.
  • the conduit 14 may optionally also be equipped with an angular positioning device and / or axial 15a of the conduit to the 7.
  • the conduit 14 is for example still closed by a lid 16b which is formed and / or soldered on the conduit 14 at its second longitudinal end 16.
  • the orifices 17 extend along a straight line L1, advantageously parallel to the longitudinal axis of the duct 14.
  • the duct 14 houses a mixing means 19 disposed inside its recess 14b, the latter being delimited by the wall 14a of the duct 14.
  • the mixing means 19 comprises several mixing members 19a or 19b which are integrated with the internal face 14c of the duct 14. In FIGS. 4 to 7 for example, the mixing members 19a are integrated by soldering.
  • the mixing members 19b are integrated with the internal face 14c of the wall 14a by machining the duct 14 or by forming the mixing members 19b during a molding of the duct 14.
  • conduit 14 and the mixing members 19a or 19b form a unitary unit or in other words a monobloc assembly forming the mixing device 18.
  • the mixing members 19a or 19b extend partially inside the duct 14 at least in a transverse direction DT to its longitudinal axis Al.
  • the dimension DTl of the trans-extension pours mixing elements 19a or 19b towards the inside.
  • the interior of the duct 14, or in other words perpendicularly in the direction of its longitudinal axis A1, is included as an indication between 30% and 90% of the largest transverse dimension DT2 of the recess 14b of the duct 14.
  • the mixing members 19a or 19b form obstacles opposing a laminar flow of the refrigerant fluid FR inside the conduit 14.
  • the obstacles are arranged at least partly upstream of an orifice 17 along the direction SI of circulation of the refrigerant fluid FR inside the conduit 14 from the inlet port 10 to the orifices 17.
  • the mixing members 19a or 19b thus disturb the laminar flow of the refrigerant fluid FR which promotes its mixing between a gaseous phase and a liquid phase inside the conduit 14.
  • the flow of the refrigerant fluid FR is broken. against the obstacles formed by the mixing members 19a or 19b, with the effect of promoting the forced passage of the refrigerant fluid FR to the orifices 17 and thus to improve again its mixing between its gaseous phase and its liquid phase during its spraying 17.
  • a central zone Za of the duct 14 is delimited locally along the longitudinal axis Al of the duct 14 by the mixing members 19a or 19b, extending perpendicularly between the longitudinal axis Al of the duct 14 and the ducts 14a. mixing members 19a or 19b.
  • a passage for the refrigerant fluid FR is thus provided along the conduit 14 from its first longitudinal end 15 which is provided with the inlet port 10 towards its second longitudinal end 16 which is closed.
  • the refrigerating fluid FR is discharged out of the conduit 14 by fractions of refrigerant liquid FR whose quantities are dependent on the disturbances generated by the mixing members 19a or 19b opposing the flow of the refrigerant fluid FR towards the second longitudinal end 16 of the conduit 14.
  • the thickness of the wall 14a of the duct 14 varies along the duct 14 because of the integration in its wall 14a mixing members 19a or 19b. More particularly in a longitudinal plane PL, the thickness Epi of the duct in its zones free of mixing members 19a or 19b is less than its thickness Ep2 in the zones of the duct 14 comprising the mixing members 19a or 19b.
  • the thickness Ep 1, Ep 2 of the wall 14 a of the duct 14 varies in perpendicular planes PP distant from each other along the longitudinal axis Al of the duct 14, depending on the presence or no mixing devices 19a or 19b in perpendicular planes PP considered.
  • the mixing members 19a are formed by rings 20a which are oriented in their plane perpendicularly to the longitudinal axis A1 of the conduit 14.
  • the rings 20a can also be inclined in the longitudinal plane PL with respect to the longitudinal axis Al of the duct 14 to form ramps forcing the refrigerant fluid FR to move towards the inner face 14c of the wall 14a of the duct 14 and more particularly towards the orifices 17.
  • the opening 21 of the rings 20a delimits the central zone Za of the duct 14 forming a passage allowing the cooling fluid FR to circulate towards the second longitudinal end 16 of the duct 14.
  • the rings 20a are distributed along the duct 14, being arranged at a first distance Lgl from each other along the longitudinal axis Al of the duct 14. In the illustrated examples, the rings 20a are arranged at equal distance Lgl of each other and each ring 20a is interposed between two orifices 17. The orifices 17 are aligned along the line L1 being spaced from each other by a second distance Lg2 equal to the first separation distance Lgl of the rings 20a from each other.
  • the openings 21 of the rings 20a are of identical sections in the plane of the rings 20a or in other words in a perpendicular plane PP to the axis longitudinal Al of the duct 14.
  • the openings 21 of the rings 20a are of different sections in the plane of the rings 20a. More particularly, the sections of the openings 21 of the rings 20a vary along the longitudinal axis Al of the duct 14, progressively decreasing from the first longitudinal end 15 of the duct 14 towards its second longitudinal end 16 of the duct 14 in its portion comprising the rings 20a. . In the illustrated example, the variation of the section of the openings 21 rings 20a is regular. In the plane of the rings 20a, the variation of the section of the openings 21 of the rings 20a is defined by a cone C1 which delimits the openings 21 of each of the rings 20a and whose apex is oriented towards the second longitudinal end 16 of the duct 14.
  • the angle B1 of the cone C1 can be adapted according to the length dimension of the duct 14, at least in its part comprising the orifices 17 and / or the mixing members 19a.
  • the angle B1 of the cone C1 is between 3 ° and 6 ° for a length of the portion of the duct 14 having the orifices 17 of between 200 mm and 300 mm and / or for a number of orifices 17 included between 15 and 30.
  • the mixing members 19b are inclined at least in a longitudinal plane PL extending along the longitudinal axis A1 of the conduit 14. More particularly, the mixing members 19b are formed by threads 20b arranged in helices of the same pitch not wound around the longitudinal axis A1 of the duct 14.
  • the threads 20b extend along the duct 14 in a helical curve defined by a combination between a perpendicular direction and a longitudinal direction relative to to the longitudinal axis Al of the duct 14.
  • the threads 20b are angularly distributed around the longitudinal axis Al of the duct 14.
  • the mixing members 19b thus form i each a ramp 19c for guiding the refrigerant FR towards the inner face 14c of the duct 14.
  • the ramps 19c progressively direct the refrigerant fluid FR towards at least a portion of the orifices 17 from the central zone Za of the duct 14.
  • the ramps 19c progressively direct the refrigerant fluid FR towards each of the orifices 17a located immediately downstream of the mixing members 20b along the flow direction SI of the refrigerant fluid FR inside the conduit 14 from the inlet port 10 to the orifices 17.
  • the threads 20b are arranged at a first distance Lgl from each other and the orifices 17 are arranged at a second distance Lg2 from each other. other along the longitudinal axis A1 of the conduit 14. More particularly in a longitudinal plane PL through the orifices 17 and along the longitudinal axis A1 of the conduit 14, the threads 20b are arranged equidistant from each other and the orifices 17 are arranged equidistant from each other.
  • the second distance Lg2 is of the order of half of the first distance Lgl and each thread 20b is interposed between two first orifices 17a separated from each other by a second orifice 17b passing through a thread 20b.
  • the threads 20b are equidistant from the first orifices 17a situated immediately downstream of the threads 20b, and the threads 20b are traversed by second orifices 17b interposed equidistant between two first orifices 17a successive.
  • the orifices 17 thus have transverse extensions Epi, Ep2 which are different between two successive orifices 17a, 17b along the longitudinal axis Al of the duct 14.
  • the orifices 17b extend through the wall 14a of the duct 14, passing through a valve member. mixing 19b, and have a transverse extension Ep2 greater than that Epi other orifices 17a which pass through an area of the wall 14a of the duct 14 which is free of mixer 19b.
  • a heat exchanger 5 is equipped with a mixing device 18 housed inside a manifold box 7 that includes the heat exchanger 5.
  • the mixing device 18 is installed inside the heat exchanger.
  • the chamber 9 is delimited by eyelets 23 successively butted and fixed to each other, in particular by soldering, in the longitudinal direction D2 of extension of the dispensing device 18.
  • the eyelets thus form the wall 7a of the manifold delimiting the chamber 9.
  • the eyelets 23 comprise flanges 25 which are traversed by the dispensing device 18 at a distance transverse to the longitudinal axis A1 of the duct 14.
  • the eyelets 23 are formed at the end of plates 26 forming between them the tubes 12 of the bundle 6.
  • the outlets 24 of the tubes 12 of the bundle 6 are thus formed by openings formed through the wall 7a of the manifold 7 delimiting the Chamber 9, the outlets 24 of the tubes 12 of the bundle 6 being more specifically formed through the eyelets 23.
  • the outlets 24 of the tubes 12 of the bundle 6 are configured in a funnel to increase the velocity of the refrigerant FR evacuated from the chamber 9 to the tubes 12 of the bundle 6.
  • a space El of circulation of the refrigerant FR around the first conduit 14 is thus formed inside the chamber 9 between the wall 7a of the manifold and the mixing device 18.
  • the orifices 17 are oriented diametrically opposite the outlets 24 of the tubes 12 of the bundle 6 with respect to the first longitudinal axis A1 of the first conduit 14.
  • the refrigerant FR sprayed by the mixing device 18 is admitted inside the chamber 9, then circulates inside the space El around the conduit 14 to the outlets 24 of the tubes 12 of the bundle 6 for their supply of refrigerant FR .
  • the mixing device which has just been described as a non-limiting example and its use will be constituted as soon as the mixing device comprises a duct whose internal face is configured as a means for mixing the refrigerant fluid between a liquid phase and a gaseous phase, the mixing means comprising at least one mixing member arranged on the internal face of the duct.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de mixage (18) destiné à mélanger une phase gazeuse avec une phase liquide d'un fluide réfrigérant (FR). Le dispositif de mixage (18) est configuré pour être logé à l'intérieur d'une boîte collectrice (7) d'un échangeur thermique (5). Le dispositif de mixage (18) comprend un conduit (14) d'axe longitudinal (A1) pourvu d'une bouche d'entrée (10) pour l'admission du fluide réfrigérant (FR) dans le conduit (14) et d'au moins un orifice (17) pour la pulvérisation du fluide réfrigérant (FR) hors du conduit (14). Le conduit (14) comprend au moins un organe de mixage (19a, 19b) ménagé à une face interne (14c) du conduit (14) et apte à modifier l'écoulement du fluide réfrigérant (FR) circulant à l'intérieur du conduit (14).

Description

Dispositif de mixage d'un fluide réfrigérant à l'intérieur d'une boîte collectrice d'un échangeur thermique
Le domaine de la présente invention est celui des échangeurs thermiques équipant les installations de conditionnement d'air pour un véhicule, notamment automobile. L'invention relève plus spécifiquement des modalités de distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur d'une boîte collectrice que comporte un tel échangeur thermique.
Un véhicule est couramment équipé d'une installation de conditionnement d'air pour traiter thermiquement l'air présent ou envoyé dans l'habitacle du véhicule. Une telle installation comprend un circuit fermé à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant. Successivement suivant le sens de circulation du fluide réfrigérant à son travers, le circuit comprend essentiellement un compresseur, un condenseur, un détendeur et au moins un échangeur thermique.
L'échangeur thermique comporte couramment un faisceau de tubes interposés entre une boîte collectrice et une boîte de renvoi du fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant est admis à travers une bouche d'entrée à l'intérieur d'une boîte collectrice, circule suivant des chemins successifs dans les tubes du faisceau entre la boîte collectrice et une boîte de renvoi, puis est évacué hors de l'échangeur thermique à travers une bouche de sortie. La bouche de sortie est susceptible d'être ménagée à travers la boîte collectrice ou à travers la boîte de renvoi.
L'échangeur thermique est par exemple un évaporateur procurant un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air le traversant. Dans ce cas, le fluide réfrigérant circule à l'intérieur des tubes du faisceau et le flux d'air circule le long des tubes du faisceau pour son refroidissement.
Un problème posé réside dans le fait que le fluide réfrigérant est à l'état diphasique liquide/gazeux lorsqu'il est admis à l'intérieur de l'échangeur thermique. Du fait de la différence entre les propriétés physiques entre le liquide et le gaz, le fluide réfrigérant tend à se séparer entre sa phase liquide et sa phase gazeuse. Π en résulte une hétérogénéité de l'alimentation des tubes du faisceau au regard des différentes phases du fluide réfrigérant, selon leur position par rapport à la bouche d'entrée du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boîte collectrice. Plus particulièrement, les tubes du faisceau situés au plus proche de la bouche d'entrée sont principalement alimentés en liquide et inversement les tubes du faisceau les plus éloignés de la bouche d'entrée sont principalement alimentés en gaz.
Ce phénomène génère une hétérogénéité de la température du flux d'air qui a traversé l'échangeur thermique en fonctionnement. Cette hétérogénéité complique la gestion thermique de l'appareil qui reçoit l'échangeur thermique et in fine implique des écarts de températures entre deux zones de l'habitacle, alors que la même température de flux d'air est demandée.
Il est connu de loger un conduit pourvu d'une pluralité d'orifices à l'intérieur d'une boîte collectrice. Le fluide réfrigérant en phase liquide est ainsi projeté à travers les orifices sous forme de gouttelettes sur la totalité de la longueur du conduit, tel qu'il ressort du document EP 2 392 886 A2.
Une telle organisation n'est cependant pas optimale du point de vue de l'homogénéisation de la température du flux d'air en sortie de l'échangeur thermique.
La présente invention a pour objet un dispositif de mixage d'un fluide réfrigérant configuré pour être logé à l'intérieur d'une boîte collectrice d'un échangeur thermique dans laquelle débouchent des tubes d'un faisceau de tubes que comporte l'échangeur thermique. Le dispositif de mixage est notamment destiné à mélanger une phase gazeuse avec une phase liquide du fluide réfrigérant distribué par le dispositif de mixage à l'intérieur de la boîte collectrice.
L'invention a aussi pour objet un échangeur thermique comprenant une boîte collectrice logeant un dispositif de mixage conforme à l'invention. L'échangeur thermique est notamment agencé pour équiper une installation de conditionnement d'air d'un véhicule, notamment automobile. Un but de l'invention est de parfaire l'homogénéité de la température de l'échangeur thermique en fonctionnement et finalement d'améliorer son rendement. Il est plus spécifiquement visé par l'invention de parfaire une distribution dans la boîte collectrice du fluide réfrigérant de manière homogène entre sa phase liquide et sa phase gazeuse.
Il est encore plus spécifiquement visé par l'invention de procurer une alimentation homogène en fluide réfrigérant des tubes du faisceau débouchant sur la boîte collectrice. Il est notamment visé de proposer une boîte collectrice logeant un dispositif de mixage apte à alimenter en fluide réfrigérant les tubes du faisceau de l'échangeur thermique, en procurant une homogénéisation performante du fluide réfrigérant entre sa phase liquide et sa phase gazeuse, et une distribution homogène du fluide réfrigérant à l'intérieur de chacun des tubes du faisceau.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de mixage pouvant être obtenus industriellement à moindres coûts.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de mixage dont l'organisation permette son adaptation aisée et à moindres coûts à des échangeurs thermiques de structures diverses.
Une telle diversité de structures des échangeurs thermiques est notamment à apprécier au regard du nombre de tubes du faisceau qu'ils comportent, des modalités de circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur thermique et/ou des positions relatives entre la bouche d'entrée et la bouche de sortie du fluide réfrigérant que comporte l'échangeur thermique.
Le dispositif de mixage de l'invention comprend un conduit d'axe longitudinal pourvu d'une bouche d'entrée pour l'admission du fluide réfrigérant dans le conduit et d'au moins un orifice pour la pulvérisation du fluide réfrigérant hors du conduit. Le conduit comprend au moins un organe de mixage ménagé à une face interne du conduit et apte à modifier l'écoulement du fluide réfrigérant circulant à l'intérieur du conduit. Autrement dit, la face interne du conduit est configurée en un moyen de mixage comprenant au moins un organe de mixage apte à mélanger le fluide réfrigérant entre une phase liquide et une face gazeuse à l'intérieur du conduit. L'organe de mixage est perturbateur d'un écoulement laminaire du fluide réfrigérant circulant à l'intérieur du conduit depuis la bouche d'entrée vers le ou les orifices.
Plus particulièrement, la face interne du conduit comporte au moins un organe de mixage qui modifie la régularité de l'extension de la face interne du conduit suivant une ligne directrice, ou plus spécifiquement suivant une génératrice, qui est parallèle à l'axe longitudinal du conduit. L'organe de mixage ménage ainsi un relief à la face interne du conduit qui est saillant vers l'intérieur du conduit par rapport à une direction d'extension de la face interne du conduit parallèle à son axe longitudinal. L'extension de la saillie du relief vers l'intérieur du conduit est susceptible de varier entre deux organes de mixage. Ainsi, l'organe de mixage est générateur de perturbations dans l'écoulement du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit, ce qui favorise son mélange entre une phase liquide et une phase gazeuse à l'intérieur du conduit. Un mélange du fluide réfrigérant entre une phase liquide et une phase gazeuse est ainsi réalisé à l'intérieur du conduit préalablement à son évacuation à travers le ou les orifices. Le fluide réfrigérant pulvérisé au niveau de chacun des orifices est ainsi formé d'un mélange liquide/gaz plus homogène, et ce pour chacun des orifices réparti sur la longueur du conduit.
Les modalités procurant un mélange du fluide réfrigérant entre sa phase liquide et sa phase gazeuse à l'intérieur du conduit sont ainsi avantageusement dissociées des modalités de pulvérisation du fluide réfrigérant hors du conduit provoquant encore un mélange du fluide réfrigérant entre sa phase liquide et sa phase gazeuse en sortie du dispositif de mixage.
Le fluide réfrigérant est ainsi mélangé entre sa phase liquide et sa phase gazeuse au moyen du dispositif de mixage par étapes successives. Une première étape de mélange est réalisée à l'intérieur du conduit par un ou plusieurs organes de mixage et une deuxième étape de mélange est réalisée lors de la pulvérisation du fluide réfrigérant hors du conduit à travers le ou les orifices. Un échangeur thermique équipé d'une boîte collectrice logeant le dispositif de mixage est ainsi obtenu particulièrement performant, en présentant notamment une température sensiblement équilibrée sur la totalité de sa surface d'échange thermique formée par les tubes d'un faisceau de tubes qu'il comporte.
Plus particulièrement, l'organe de mixage s'étend à l'intérieur du conduit au moins transversalement à son axe longitudinal et partiellement à l'intérieur de l'évidement du conduit délimité par sa paroi, en formant un obstacle s'opposant à un écoulement laminaire du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit.
L'extension transversale de l'organe de mixage par rapport au conduit est susceptible d'être perpendiculaire ou inclinée par rapport à l'axe longitudinal du conduit. L'obstacle formé par l'organe de mixage est notamment configuré en un relief s'étendant partiellement vers l'intérieur du conduit. La zone centrale du conduit est inoccupée par le relief et ménage un passage pour le fluide réfrigérant à l'intérieur et le long du conduit.
L'obstacle est apte à perturber un écoulement laminaire du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit et à forcer son passage à travers le ou les orifices situés en aval de l'organe de mixage. Les notions amont et aval sont des notions relatives considérées au regard du sens prévu de circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit ou en d'autres termes au regard d'un chemin de circulation du fluide réfrigérant ménagé à l'intérieur du conduit depuis la bouche d'entrée vers l'orifice. Selon une forme avantageuse de réalisation, l'organe de mixage est incorporé à la paroi du conduit.
Le dispositif de mixage peut ainsi être obtenu à des coûts modérés par incorporation de l'organe de mixage à la face interne du conduit. Le dispositif de mixage est aisément adaptable pour des conduits présentant différentes dimensions d'extension suivant leur axe longitudinal selon la configuration de l'échangeur thermique, notamment au regard du nombre de tubes d'un faisceau à alimenter en fluide réfrigérant que comporte l'échangeur thermique et qui débouchent sur une boîte collectrice logeant le dispositif de mixage. L'incorporation de l'organe de mixage à la paroi du conduit peut être réalisée à moindres coûts selon diverses techniques. Par exemple, l'organe de mixage est incorporé à la paroi du conduit par brasage, par moulage, par apport de matière, par déformation de la paroi du conduit ou par usinage de la paroi du conduit.
Plus particulièrement selon une forme de réalisation, l'organe de mixage est incorporé à la paroi du conduit par brasage, l'organe de mixage et le conduit étant au moins dans ce cas en matériau métallique, notamment à base d'aluminium.
Le brasage entre l'organe de mixage et la paroi du conduit est notamment réalisé lors l'une opération de brasage entre eux des composants que comporte un échangeur thermique et comprenant au moins une boîte collectrice logeant le dispositif de mixage et de préférence aussi des tubes d'un faisceau de tubes à alimenter en fluide réfrigérant par le dispositif de mixage.
Le brasage entre l'organe de mixage et la paroi du conduit peut aussi être réalisée préalablement à l'installation du dispositif de mixage à l'intérieur de la boîte collectrice. Le dispositif de mixage forme alors un ensemble unitaire pouvant être aisément monté et positionné à l'intérieur de la boîte collectrice.
Plus particulièrement encore selon une forme de réalisation, l'organe de mixage est incorporé à la paroi du conduit de moulage ou en d'autres termes lors de la fabrication par moulage du conduit. Une opération de moulage peut être réalisée pour former simultanément dans un même corps le conduit pourvu de l'organe de mixage. L'incorporation par moulage de l'organe de mixage au conduit peut aussi être réalisée en plusieurs étapes, dont une première étape de moulage du conduit et une deuxième étape de surmoulage de l'organe de mixage à l'intérieur du conduit. Plus particulièrement encore selon une forme de réalisation, l'organe de mixage est incorporé à la paroi du conduit par usinage de la paroi du conduit ménageant au moins un relief saillant orienté vers l'intérieur du conduit, le relief formant alors l'organe de mixage. Plus particulièrement encore selon une autre forme de réalisation, l'organe de mixage est incorporé à la paroi du conduit par déformation de la paroi du conduit provoquant un refoulement de matière vers l'intérieur du conduit qui ménage au moins le relief formant alors l'organe de mixage. Selon une particularité, l'incorporation de l'organe de mixage au conduit induit une variation d'épaisseur de sa paroi. Plus particulièrement, l'épaisseur de la paroi du conduit varie dans des plans perpendiculaires par rapport à l'axe longitudinal du conduit et longitudinalement distants. L'épaisseur de la paroi du conduit est notamment augmentée par au moins un organe de mixage. La section interne du conduit est diminuée par au moins un organe de mixage.
L'organe de mixage modifie alors la conformation de la paroi du conduit en faisant varier longitudinalement son épaisseur. Autrement dit, une première épaisseur de la paroi du conduit mesurée dans un premier plan perpendiculaire traversant un relief formé par l'organe de mixage est supérieure à une deuxième épaisseur de la paroi du conduit mesurée dans un deuxième plan perpendiculaire considéré en bordure longitudinale du relief.
Selon une forme de réalisation, au moins un organe de mixage s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal du conduit.
Selon une autre forme de réalisation, au moins un organe de mixage est incliné au moins dans un plan d'extension longitudinal et par rapport à l'axe longitudinal du conduit en formant une rampe de guidage du fluide réfrigérant vers l'orifice. L'organe de mixage est notamment orienté selon le sens prévu de circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit pour diriger le fluide réfrigérant vers la face interne du conduit délimitant son évidement et plus particulièrement vers le ou les orifices.
Par exemple, l'organe de mixage peut être de configuration plane en étant notamment agencé en anneau. Un tel anneau peut être orienté perpendiculairement à l'axe longitudinal du conduit. L'anneau peut aussi être incliné par rapport à l'axe longitudinal du conduit dans un plan d'extension longitudinal parallèle à l'axe longitudinal du conduit et/ou être orienté suivant un plan transverse incliné d'un angle inférieur à 90° par rapport au plan d'extension longitudinal. L'inclinaison de l'organe de mixage peut aussi impliquer son extension à l'intérieur du conduit suivant une courbe définie par une combinaison entre une direction perpendiculaire et une direction longitudinale par rapport à l'axe longitudinal du conduit, notamment une extension hélicoïdale. Par exemple, au moins un organe de mixage est formé par au moins un filet hélicoïdal ménagé dans la paroi du conduit et enroulé autour de l'axe longitudinal du conduit.
Le ou les orifices peuvent être orientés perpendiculairement à l'axe longitudinal du conduit ou être inclinés vers l'une et/ou l'autre des extrémités longitudinales du conduit.
La section d'au moins un orifice suivant un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit peut être par exemple de conformation circulaire, oblongue et/ou polygonale telle que triangulaire, hexagonale ou en croix par exemple. A titre indicatif, la section du ou des orifices suivant un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit est d'une surface maximale comprise entre 2 mm 2 et 5 mm 2.
De préférence, plusieurs orifices sont répartis le long du conduit suivant son axe longitudinal. Diverses configurations de répartitions des orifices le long du conduit peuvent être appliquées. Par exemple, les orifices peuvent être répartis en étant alignés le long de plusieurs droites parallèles à l'axe longitudinal du conduit. Par exemple encore, les orifices peuvent être répartis en quinconce le long du conduit. Par exemple encore, les orifices peuvent être répartis le long d'une ligne configurée en hélice enroulée autour du conduit. Selon une forme préférée de réalisation visant à simplifier la structure du dispositif de mixage et/ou à permettre son obtention à des coûts modérés, les orifices sont répartis le long d'une droite parallèle à l'axe longitudinal du conduit.
En outre, la bouche d'entrée est de préférence ménagée à une première extrémité longitudinale du conduit. Une deuxième extrémité longitudinale du conduit est fermée. La deuxième extrémité longitudinale est comprise comme étant l'extrémité longitudinale du conduit axialement située à l'opposé de sa première extrémité longitudinale pourvue de la bouche d'entrée. La bouche d'entrée est notamment ménagée par un débouché de l'évidement du conduit vers l'extérieur du conduit. Dans ce cas, la bouche d'entrée est notamment raccordable à une source de fluide réfrigérant directement via la première extrémité du conduit ou via un organe hydraulique interposé entre le conduit et la source de fluide. La source de fluide est notamment formée d'un circuit de fluide réfrigérant comprenant l'échangeur thermique.
La deuxième extrémité du conduit est par exemple fermée par un bouchon, par un embout coiffant la deuxième extrémité du conduit et/ou par un opercule pouvant être intégrés au conduit, notamment par brasage. Le bouchon peut aussi par exemple encore être formé par une paroi de la boîte collectrice mise en appui contre une tranche terminale du conduit. Les caractéristiques relatives à ou aux orifices présentées ci-dessous sont relatives à un plan qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal du conduit et qui passe par le ou les conduits. Ce plan est désigné ci-après plan longitudinal traversant au moins un orifice.
Selon une forme de réalisation et dans un plan longitudinal traversant au moins un orifice, plusieurs organes de mixage sont répartis suivant l'axe longitudinal du conduit. On comprend ici que dans ce plan, les organes de mixage sont séparés les uns des autres par une distance longitudinale non-nulle suivant l'axe longitudinal du conduit.
Dans ce plan longitudinal traversant au moins un orifice, au moins un organe de mixage est disposé en amont d'au moins un orifice, suivant un sens d'écoulement du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit défini depuis la bouche d'entrée vers l'orifice. L'obstacle formé par l'organe de mixage perturbe l'écoulement du fluide réfrigérant et favorise son entraînement vers l'orifice situé en aval de l'organe de mixage. Selon une particularité et dans un plan longitudinal traversant au moins un orifice, au moins un organe de mixage est interposé entre au moins deux orifices répartis suivant l'axe longitudinal du conduit. Ainsi, le mélange entre une phase liquide et une phase gazeuse du fluide réfrigérant peut être obtenu homogène entre les fractions de liquide réfrigérant circulant à travers chacun des orifices. A cet effet, les positions relatives entre les orifices et les organes de mixage le long du conduit sont adaptées en tenant compte notamment de la vitesse du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit et/ou de la variation de l'état du mélange du fluide réfrigérant circulant le long du conduit.
Selon une forme de réalisation, dans un plan longitudinal traversant au moins un orifice, les organes de mixage sont disposés à une première distance de séparation entre deux organes de mixage adjacents qui est égale à une deuxième distance de séparation de deux orifices adjacents. Suivant un exemple de réalisation, au moins un orifice est à équidistance de deux organes de mixage.
Selon une autre forme de réalisation, dans un plan longitudinal traversant au moins un orifice, les organes de mixage sont disposés à une première distance de séparation entre deux organes de mixage adjacents qui est supérieure à une deuxième distance de séparation de deux orifices adjacents.
Selon une forme réalisation, dans un plan longitudinal traversant au moins un orifice, au moins un organe de mixage est interposé entre deux groupes d'orifices comprenant chacun à titre indicatif un nombre d'orifices compris entre un et quatre.
Selon une forme de réalisation, l'organe de mixage est conformé en anneau dont l'ouverture ménage à son travers un passage pour le fluide réfrigérant.
Le pourtour de l'anneau épouse notamment la face interne de la paroi du conduit ou autrement dit est en contact avec la face interne du conduit le long de sa circonférence. L'anneau est de préférence centré sur l'axe longitudinal du conduit. Un tel anneau peut être avantageusement solidarisé par brasage au conduit ou par exemple encore être formé par déformation de la paroi du conduit provoquant un refoulement de matière constitutive de l'anneau. A titre indicatif, la dimension de l'ouverture de l'anneau est comprise entre 10% et 70% de la plus grande dimension de l'évidement du conduit mesurée dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit. Selon une forme de réalisation, les ouvertures d'au moins deux anneaux successifs suivant l'axe longitudinal du conduit sont de sections identiques dans le plan des anneaux.
Selon une forme de réalisation, les ouvertures d'au moins deux anneaux successifs suivant l'axe longitudinal du conduit sont de sections différentes dans le plan des anneaux.
De préférence, les sections des ouvertures des anneaux varient selon leur position le long de l'axe longitudinal du conduit. Les variations des sections des ouvertures des anneaux peuvent être régulières ou irrégulières, notamment en fonction des positions successives des anneaux, suivant l'axe longitudinal du conduit.
Plus particulièrement selon une forme de réalisation, les ouvertures des anneaux sont progressivement rétrécies suivant l'axe longitudinal du conduit depuis la première extrémité longitudinale vers la deuxième extrémité longitudinale du conduit ou en d'autres termes suivant le sens de circulation du fluide réfrigérant depuis la bouche d'entrée vers les orifices.
Selon une forme de réalisation, au moins un organe de mixage est conformé en au moins une portion d'hélice enroulée autour de l'axe longitudinal du conduit. On notera qu'au moins un organe de mixage est susceptible d'être conformé en anneau et au moins un organe de mixage est susceptible d'être conformé en au moins une portion d'hélice.
Selon une forme de réalisation, plusieurs organes de mixage sont conformées en hélices de même pas angulairement réparties autour de l'axe longitudinal du conduit. Plus particulièrement, chacune des hélices est enroulée autour de l'axe longitudinal du conduit en s'étendant le long du conduit dans sa partie comportant le ou les orifices.
Selon une forme de réalisation, au moins un orifice traverse au moins un organe de mixage. Une telle disposition est notamment applicable dans le cas où le conduit comprend des organes de mixage conformés en hélices, au moins un orifice pouvant traverser le relief saillant formé par une hélice et au moins un orifice pouvant traverser la paroi du conduit entre deux hélices. Une telle disposition est aussi applicable dans le cas où le conduit comprend des organes de mixage conformés en anneaux, au moins un orifice pouvant traverser un anneau et au moins un orifice pouvant traverser la paroi du conduit entre deux anneaux.
C'est ainsi que, transversalement à l'axe longitudinal du conduit, une longueur des orifices mesurée entre ces débouchés est susceptible de varier, suivant sa position le long de l'axe longitudinal du conduit. Au moins un orifice est susceptible de s'étendre à travers la paroi du conduit en traversant un organe de mixage et au moins un orifice est susceptible de s'étendre à travers la paroi du conduit dans une zone du conduit exempte d'organe de mixage. Le mélange du fluide réfrigérant entre une phase gazeuse et une phase liquide peut ainsi être contrôlé en faisant varier la longueur des orifices, le long du conduit. En fonction du caractère des orifices traversant ou non un organe de mixage, le mélange du fluide réfrigérant évacué à travers chacun des orifices peut être ajusté pour procurer une distribution du fluide réfrigérant hors du dispositif de mixage qui est globalement homogène suivant l'axe longitudinal du conduit.
Plus particulièrement, le mélange du fluide réfrigérant entre sa phase gazeuse et sa phase liquide à l'intérieur du conduit peut être contrôlé en fonction des positions relatives des orifices par rapport aux organes de mixage. Il peut notamment être pris en compte une proximité entre les obstacles formés par les organes de mixage et le débouché d'au moins une partie des orifices à l'intérieur du conduit, et/ou le caractère traversant ou non d'au moins un organe de mixage par au moins un orifice.
L'invention a aussi pour objet un échangeur thermique équipé d'un dispositif de mixage conforme à l'invention.
Plus particulièrement, un échangeur thermique de l'invention comprend une boîte collectrice ménageant une chambre logeant un dispositif de mixage conforme à l'invention. L'échangeur thermique comprend aussi des tubes d'un faisceau de tubes débouchant sur la chambre pour leur alimentation en fluide réfrigérant par le dispositif de mixage.
Le dispositif de mixage est notamment incorporé à une paroi de la boîte collectrice par brasage. Le positionnement du dispositif de mixage à l'intérieur de la boîte collectrice peut avantageusement être réalisé via au moins un dispositif de positionnement angulaire et/ou axial interposé entre le dispositif de mixage et une paroi de la boîte collectrice. Un ou plusieurs tels dispositifs de positionnement sont de préférence ménagés à l'une au moins des extrémités longitudinales du conduit suivant son axe longitudinal. Le brasage entre le dispositif de mixage et une paroi de la boîte collectrice peut être réalisé via au moins un tel dispositif de positionnement.
Selon une forme de réalisation, un espace de circulation du fluide réfrigérant est ménagé à l'intérieur de la chambre au moins en partie autour du dispositif de mixage vers des débouchés des tubes du faisceau sur la chambre.
Ainsi, une étape supplémentaire de mélange du fluide réfrigérant entre sa phase liquide et sa phase gazeuse peut être opérée à l'intérieur de la chambre préalablement à son admission à l'intérieur des tubes du faisceau.
Selon une forme de réalisation, les orifices et les débouchés des tubes du faisceau sur la chambre sont angulairement décalés les uns par rapport aux autres autour de l'axe longitudinal du conduit. Le chemin de circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur de la boîte collectrice peut ainsi être ajusté en fonction du mélange du fluide réfrigérant à obtenir à l'intérieur de la chambre. Un tel ajustement est notamment procuré via un ou plusieurs dispositifs de positionnement angulaire et/ou axial interposés entre le dispositif de mixage et une paroi de la boîte collectrice.
Par exemple, les orifices et les débouchés des tubes du faisceau sur la chambre sont disposés diamétralement à l'opposé les uns des autres par rapport à l'axe longitudinal du conduit, pour optimiser le chemin de circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur de la chambre. De préférence, les débouchés des tubes du faisceau sur la chambre sont ménagés à travers une paroi de la boîte collectrice délimitant la chambre.
Plus particulièrement selon une forme avantageuse de réalisation, les tubes du faisceau sont ménagés entre des plaques incorporant la boîte collectrice en étant empilées suivant l'axe longitudinal du conduit. Les plaques comportent des œillets qui délimitent la chambre et qui sont prolongés par des extensions des plaques ménageant les tubes du faisceau entre elles. Les œillets sont traversés par le dispositif de mixage. Le dispositif de mixage peut être placé en contact avec les œillets à l'une au moins de ses extrémités.
L'échangeur thermique est plus particulièrement configuré pour être utilisé en tant qu'évaporateur.
L'échangeur thermique peut être utilisé pour refroidir un flux d'air le traversant ou pour refroidir un liquide dédié au refroidissement d'un organe, tel qu'au moins une batterie d'un véhicule fournissant l'énergie nécessaire au moins en partie à sa propulsion.
L'invention a aussi pour objet un circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un compresseur, un condenseur, un dispositif de détente et un échangeur thermique conforme à l'invention, parcourus par un fluide réfrigérant.
L'invention a aussi pour objet une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation, ou installation de conditionnement d'air, configurée pour équiper un véhicule. L'installation de conditionnement d'air de l'invention comprend au moins un échangeur thermique conforme à l'invention.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif et pour exemple en relation avec les dessins des planches annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 est une illustration schématique d'un circuit de fluide réfrigérant participant d'une installation de conditionnement d'air d'un véhicule.
- la figure 2 est une illustration schématique d'un échangeur thermique que comporte le circuit schématisé sur la figure 1.
- la figure 3 est une illustration en perspective d'un dispositif de mixage conforme à l'invention.
- les figures 4 et 5 sont des illustrations partielles d'un dispositif de mixage selon un exemple de réalisation de l'invention, représenté en perspective sur la figure 4 et en coupe longitudinale sur la figure 5.
- les figures 6 et 7 sont des illustrations partielles d'un dispositif de mixage selon un autre exemple de réalisation de l'invention, représenté en perspective sur la figure 6 et en coupe longitudinale sur la figure 7.
- les figures 8 et 9 sont des illustrations partielles d'un dispositif de mixage selon un autre exemple de réalisation de l'invention, représenté en perspective sur la figure 8 et en coupe longitudinale sur la figure 9.
- la figure 10 est une illustration partielle en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation d'un échangeur thermique équipé d'un dispositif de mixage du type de celui représenté sur les figures 6 et 7.
Les figures et leur description exposent l'invention de manière détaillée et selon des modalités particulières de sa mise en œuvre. Elles peuvent bien entendu servir à mieux définir l'invention.
Sur la figure 1, une installation de conditionnement d'air pour un véhicule, notamment automobile, comprend un circuit 1 fermé à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant FR. Sur l'exemple de réalisation illustré, le circuit 1 comprend essentiellement, successivement suivant le sens SI de circulation du fluide réfrigérant FR, un compresseur 2, un condenseur 3 ou refroidisseur de gaz, un organe de détente 4 et au moins un échangeur thermique 5.
L'exemple donné d'une architecture minimale du circuit 1 est donné à titre indicatif et n'est pas restrictif quant à la portée de l'invention au regard de diverses architectures potentielles du circuit 1.
L'échangeur thermique 5 est par exemple dédié au refroidissement d'un flux d'air FA le traversant, tel qu'illustré sur la figure 2. Un tel flux d'air FA est notamment exploité pour traiter thermiquement l'air de l'habitacle du véhicule ou par exemple encore pour refroidir un organe du véhicule en fonctionnement. Par exemple encore, l'échangeur thermique 5 est dédié au refroidissement d'un liquide exploité pour refroidir un organe du véhicule en fonctionnement, tel qu'une ou plusieurs batteries fournissant l'énergie électrique à une motorisation électrique propulsive du véhicule.
Sur la figure 1 et la figure 2, l'échangeur thermique 5 comprend un faisceau 6 interposés entre une boîte collectrice 7 et une boîte de renvoi 8. La boîte collectrice 7 s'étend suivant une direction longitudinale Dl orientée perpendiculairement à une direction D3 d'extension des tubes 12 du faisceau 6 entre la boîte collectrice 7 et la boîte de renvoi 8. La boîte collectrice 7 délimite une chambre 9 alimentée en fluide réfrigérant FR à travers une bouche d'entrée 10. Le fluide réfrigérant FR circule à l'intérieur de l'échangeur thermique 5 pour refroidir au moins les tubes 12 du faisceau 6 et l'air FA le traversant, puis est évacué hors de l'échangeur thermique 5 à travers une bouche de sortie 11.
Sur l'exemple illustré, la bouche de sortie 11 est ménagée à travers la boîte collectrice 7, ce qui implique que l'échangeur thermique 5 est un échangeur thermique à circulation en « U ». Selon une variante, la bouche de sortie 11 peut être ménagée à travers la boîte de renvoi 8, ce qui implique alors que l'échangeur thermique 5 est un échangeur thermique à circulation en « I ».
Sur la figure 2, l'échangeur thermique 5 est du type à circulation en U du fluide réfrigérant FR. Sur l'exemple illustré, l'échangeur thermique 5 est destiné au refroidissement d'un flux d'air FA. Les tubes 12 du faisceau 6 comportent des ailettes 13 favorisant l'échange thermique entre le flux d'air FA et les tubes 12 du faisceau 6. Le flux d'air FA traverse le faisceau 6 transversalement au plan général PI de l'échangeur thermique 5, en s'écoulant le long des tubes 12.
Le fluide réfrigérant FR circule depuis la boîte collectrice 7 vers une première nappe 12a de tubes 12 du faisceau 6 dédiés à l'alimentation de la boîte de renvoi 8 en fluide réfrigérant FR. Puis le fluide réfrigérant FR circule depuis la boîte de renvoi 8 vers la boîte collectrice 7 à travers une deuxième nappe 12b de tubes 12 du faisceau 6. La première nappe 12a et la deuxième nappe 12b sont superposées suivant le sens de circulation du flux d'air FA à travers l'échangeur thermique 5.
Une telle configuration de l'échangeur thermique 5 rend particulièrement utile l'obtention d'une distribution homogène du fluide réfrigérant FR entre sa phase liquide et sa phase gazeuse et une distribution homogène du fluide réfrigérant FR le long de la boîte collectrice 7 vers chacun des tubes 12 de la première nappe 12a du faisceau 6.
L'exemple décrit de l'architecture de l'échangeur thermique 5 et des modalités de circulation du fluide réfrigérant FR entre la boîte collectrice 7 et la boîte de renvoi 8, sont données à titre indicatif et ne sont pas restrictifs quant à la portée de l'invention.
Sur la figure 1 et la figure 2, la chambre 9 loge un dispositif de mixage 18 s'étendant suivant une direction longitudinale D2 parallèle à la direction longitudinale Dl d'extension de la boîte collectrice 7. Le dispositif de mixage 18 comprend un conduit 14 s'étendant suivant un axe longitudinal Al entre une première extrémité 15 et une deuxième extrémité 16 du dispositif de mixage 18. Le conduit 14 est notamment destiné à procurer une homogénéisation du fluide réfrigérant FR entre sa phase liquide et sa phase gazeuse lors de son évacuation hors du conduit 14. L'axe longitudinal Al du conduit 14 est orienté parallèlement à la direction Dl d'extension de la boîte collectrice 7 et définit la direction longitudinale D2 d'extension du dispositif de mixage 18. Le dispositif de mixage 18 est potentiellement centré à l'intérieur de la boîte collectrice 7 tel qu'illustré sur la figure 1. Alternativement, le dispositif de mixage 18 pourra être excentré à l'intérieur de la boîte collectrice 7 par rapport à un axe longitudinal médian A2 d'extension de la boîte collectrice 7.
Le dispositif de mixage 18 comporte une bouche d'entrée 10 pour son alimentation en fluide réfrigérant FR. Sur l'exemple illustré sur la figure 1 et la figure 2, la bouche d'entrée 10 est ménagée à une première extrémité longitudinale du conduit 14. La bouche d'entrée 10 est susceptible de recevoir le fluide réfrigérant FR depuis l'extérieur du dispositif de mixage 18 soit directement soit via un organe de jonction de l'échangeur thermique 5 avec le circuit fluidique 1 illustré sur la figure 1. La deuxième extrémité du conduit 14 est fermée. Au moins un orifice 17 est ménagé à travers le conduit 14 pour l'évacuation du fluide réfrigérant FR depuis le conduit 14 vers la chambre 9. Le conduit 14 comporte de préférence une pluralité d'orifices 17 ménagés sur au moins une partie de sa longueur pour favoriser l'homogénéisation du fluide réfrigérant FR évacué le long du conduit 14 entre sa phase liquide et sa phase gazeuse.
En se référant aussi à la figure 1 et à la figure 2, le dispositif de mixage 18 illustré pour exemple sur les figures 3 à 9 est agencé pour être logé à l'intérieur d'une chambre 9 d'une boîte collectrice 7 que comprend un échangeur thermique 5, tel qu'illustré pour exemple sur la figure 10. Les dispositifs de mixage 18 comprennent le conduit 14 pourvu des orifices 17 qui sont ménagés à travers la paroi 14a du conduit 14 en étant alignés suivant une droite Ll orientée parallèlement à l'axe longitudinal Al du conduit 14. Tel qu'illustré sur la figure 3, le conduit 14 comporte la bouche d'entrée 10 à sa première extrémité longitudinale 15 et est fermé à sa deuxième extrémité longitudinale 16. Le conduit 14 est par exemple fermé par un embout 16a qui est brasé sur le conduit 14 à sa deuxième extrémité longitudinale 16. Le conduit 14 peut éventuellement être aussi équipé d'un dispositif de positionnement angulaire et/ou axial 15a du conduit à l'intérieur de la boîte collectrice 7. Sur les figures 4 et 6, le conduit 14 est par exemple encore fermé par un opercule 16b qui est formé et/ou brasé sur le conduit 14 à sa deuxième extrémité longitudinale 16. Les orifices 17 s'étendent le long d'une droite Ll, avantageusement parallèle avec l'axe longitudinal du conduit 14. Sur les figures 4 à 10, le conduit 14 loge un moyen de mixage 19 disposé à l'intérieur de son évidement 14b, ce dernier étant délimité par la paroi 14a du conduit 14. Le moyen de mixage 19 comprend plusieurs organes de mixage 19a ou 19b qui sont intégrés à la face interne 14c du conduit 14. Sur les figures 4 à 7 par exemple, les organes de mixage 19a sont intégrés par brasage à la face interne 14c de la paroi 14a. Sur les figures 8 et 9 par exemple, les organes de mixage 19b sont intégrés à la face interne 14c de la paroi 14a par usinage du conduit 14 ou par formation des organes de mixage 19b lors d'un moulage du conduit 14. Ainsi, le conduit 14 et les organes de mixage 19a ou 19b forment un ensemble unitaire ou en d'autres termes un ensemble monobloc formant le dispositif de mixage 18.
Les organes de mixage 19a ou 19b s'étendent partiellement à l'intérieur du conduit 14 au moins suivant une direction trans verse DT à son axe longitudinal Al. La dimension DTl de l'extension trans verse des organes de mixage 19a ou 19b vers l'intérieur du conduit 14, ou en d'autres termes perpendiculairement en direction de son axe longitudinal Al, est comprise à titre indicatif entre 30% et 90% de la plus grande dimension transverse DT2 de l'évidement 14b du conduit 14.
Dans un plan longitudinal PL, les organes de mixage 19a ou 19b forment des obstacles s'opposant à un écoulement laminaire du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du conduit 14. Les obstacles sont ménagés au moins en partie en amont d'un orifice 17 suivant le sens SI de circulation du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du conduit 14 depuis la bouche d'entrée 10 vers les orifices 17.
Les organes de mixage 19a ou 19b perturbent ainsi l'écoulement laminaire du fluide réfrigérant FR ce qui favorise son mélange entre une phase gazeuse et une phase liquide à l'intérieur du conduit 14. En outre, l'écoulement du fluide réfrigérant FR est brisé contre les obstacles formés par les organes de mixage 19a ou 19b, avec pour effet de favoriser le passage forcé du fluide réfrigérant FR vers les orifices 17 et ainsi d'améliorer à nouveau son mélange entre sa phase gazeuse et sa phase liquide lors de sa pulvérisation à travers les orifices 17. Une zone centrale Za du conduit 14 est délimitée localement suivant l'axe longitudinal Al du conduit 14 par les organes de mixage 19a ou 19b, en s'étendant perpendiculairement entre l'axe longitudinal Al du conduit 14 et les organes de mixage 19a ou 19b. Un passage pour le fluide réfrigérant FR est ainsi ménagé le long du conduit 14 depuis sa première extrémité longitudinale 15 qui est munie de la bouche d'entrée 10 vers sa deuxième extrémité longitudinale 16 qui est fermée.
Le fluide réfrigérant FR est évacué hors du conduit 14 par fractions de liquide réfrigérant FR dont les quantités sont dépendantes des perturbations générées par les organes de mixage 19a ou 19b s'opposant à l'écoulement du fluide réfrigérant FR vers la deuxième extrémité longitudinale 16 du conduit 14.
Il est remarquable que l'épaisseur de la paroi 14a du conduit 14 varie le long du conduit 14 en raison de l'intégration à sa paroi 14a des organes de mixage 19a ou 19b. Plus particulièrement dans un plan longitudinal PL, l'épaisseur Epi du conduit dans ses zones exemptes d'organes de mixage 19a ou 19b est inférieure à son épaisseur Ep2 dans les zones du conduit 14 comportant les organes de mixage 19a ou 19b. Autrement dit et comme visible sur la figure 4, l'épaisseur Epi, Ep2 de la paroi 14a du conduit 14 varie dans des plans perpendiculaires PP distants les uns des autres suivant l'axe longitudinal Al du conduit 14, en fonction de la présence ou non des organes de mixage 19a ou 19b dans les plans perpendiculaires PP considérés.
Plus particulièrement sur les figures 4 à 7, les organes de mixage 19a sont formés par des anneaux 20a qui sont orientés dans leur plan perpendiculairement à l'axe longitudinal Al du conduit 14. Selon une variante, les anneaux 20a peuvent aussi être inclinés dans le plan longitudinal PL par rapport à l'axe longitudinal Al du conduit 14 pour former des rampes contraignant le fluide réfrigérant FR à se diriger vers la face interne 14c de la paroi 14a du conduit 14 et plus particulièrement vers les orifices 17.
L'ouverture 21 des anneaux 20a délimite la zone centrale Za du conduit 14 formant un passage permettant au fluide réfrigérant FR de circuler vers la deuxième extrémité longitudinale 16 du conduit 14. Les anneaux 20a sont répartis le long du conduit 14, en étant disposés à une première distance Lgl les uns des autres suivant l'axe longitudinal Al du conduit 14. Sur les exemples illustrés, les anneaux 20a sont disposés à équidistance Lgl les uns des autres et chaque anneau 20a est interposé entre deux orifices 17. Les orifices 17 sont alignés le long de la droite Ll en étant distants les uns des autres d'une deuxième distance Lg2 égale à la première distance Lgl de séparation des anneaux 20a les uns des autres.
Sur les figures 4 et 5, les ouvertures 21 des anneaux 20a sont de sections identiques dans le plan des anneaux 20a ou en d'autres termes dans un plan perpendiculaire PP à l'axe longitudinal Al du conduit 14.
Sur les figures 6 et 7, les ouvertures 21 des anneaux 20a sont de sections différentes dans le plan des anneaux 20a. Plus particulièrement, les sections des ouvertures 21 des anneaux 20a varient suivant l'axe longitudinal Al du conduit 14, en diminuant progressivement depuis la première extrémité longitudinale 15 du conduit 14 vers sa deuxième extrémité longitudinale 16 du conduit 14 dans sa partie comportant les anneaux 20a. Sur l'exemple illustré, la variation de la section des ouvertures 21 anneaux 20a est régulière. Dans le plan des anneaux 20a, la variation de la section des ouvertures 21 des anneaux 20a est définie par un cône Cl qui délimite les ouvertures 21 de chacun des anneaux 20a et dont le sommet est orienté vers la deuxième extrémité longitudinale 16 du conduit 14. L'angle Bl du cône Cl peut être adapté selon la dimension en longueur du conduit 14, au moins dans sa partie comportant les orifices 17 et/ou les organes de mixage 19a. A titre indicatif, l'angle Bl du cône Cl est compris entre 3° et 6° pour une longueur de la partie du conduit 14 comportant les orifices 17 comprise entre 200 mm et 300 mm et/ou pour un nombre d'orifices 17 compris entre 15 et 30. Sur les figures 8 et 9, les organes de mixage 19b sont inclinés au moins dans un plan longitudinal PL s'étendant suivant l'axe longitudinal Al du conduit 14. Plus particulièrement, les organes de mixage 19b sont formés par des filets 20b agencés en hélices de même pas enroulées autour de l'axe longitudinal Al du conduit 14. Les filets 20b s'étendent le long du conduit 14 suivant une courbe hélicoïdale définie par une combinaison entre une direction perpendiculaire et une direction longitudinale par rapport à l'axe longitudinal Al du conduit 14. Dans un plan perpendiculaire PP à l'axe longitudinal Al du conduit 14, les filets 20b sont angulairement répartis autour de l'axe longitudinal Al du conduit 14. Les organes de mixages 19b forment ainsi chacun une rampe 19c de guidage du fluide réfrigérant FR vers la face interne 14c du conduit 14. Les rampes 19c dirigent progressivement le fluide réfrigérant FR vers au moins une partie des orifices 17 depuis la zone centrale Za du conduit 14. Plus spécifiquement dans un plan perpendiculaire PP à l'axe longitudinal Al du conduit 14, les rampes 19c dirigent progressivement le fluide réfrigérant FR vers chacun des orifices 17a situés immédiatement en aval des organes de mixage 20b suivant le sens SI de circulation du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du conduit 14 depuis la bouche d'entrée 10 vers les orifices 17.
Selon l'exemple de réalisation illustré sur la figure 9 et dans le plan longitudinal PL traversant les orifices 17, les filets 20b sont disposés à une première distance Lgl les uns des autres et les orifices 17 sont disposés à une deuxième distance Lg2 les uns des autres suivant l'axe longitudinal Al du conduit 14. Plus particulièrement dans un plan longitudinal PL traversant les orifices 17 et suivant l'axe longitudinal Al du conduit 14, les filets 20b sont disposés à équidistance les uns des autres et les orifices 17 sont disposés à équidistance les uns des autres.
La deuxième distance Lg2 est de l'ordre de la moitié de la première distance Lgl et chaque filet 20b est interposé entre deux premiers orifices 17a séparés les uns des autres par un deuxième orifice 17b traversant un filet 20b. Autrement dit, dans un plan longitudinal PL traversant les orifices 17 et suivant l'axe longitudinal Al du conduit 14, les filets 20b sont à équidistance de premiers orifices 17a situés immédiatement en aval des filets 20b, et les filets 20b sont traversés par des deuxièmes orifices 17b interposés à équidistance entre deux premiers orifices 17a successifs.
Les orifices 17 présentent ainsi des extensions transverses Epi, Ep2 qui sont différentes entre deux orifices 17a, 17b successifs suivant l'axe longitudinal Al du conduit 14. Des orifices 17b s'étendent à travers la paroi 14a du conduit 14 en traversant un organe de mixage 19b, et présentent une extension transverse Ep2 supérieure à celle Epi d'autres orifices 17a qui traversent une zone de la paroi 14a du conduit 14 qui est exempte d'organe de mixage 19b.
Sur la figure 10, un échangeur thermique 5 est équipé d'un dispositif de mixage 18 logé à l'intérieur d'une boîte collectrice 7 que comprend l'échangeur thermique 5. Le dispositif de mixage 18 est installé à l'intérieur d'une chambre 9 délimitée par une paroi 7a de la boîte collectrice 7 pour alimenter en fluide réfrigérant FR des tubes 12 d'un faisceau 6 de tubes 12 qui débouchent sur la chambre 9 en étant alignés suivant la direction longitudinale D2 d'extension du dispositif de mixage 18. Selon l'exemple de réalisation illustré, la chambre 9 est délimitée par des œillets 23 successivement aboutés et fixés les uns autres, notamment par brasage, suivant la direction longitudinale D2 d'extension du dispositif de distribution 18. Les œillets forment ainsi la paroi 7a de la boîte collectrice délimitant la chambre 9. Les œillets 23 comportent des collerettes 25 qui sont traversées par le dispositif de distribution 18 à distance transverse par rapport à l'axe longitudinal Al du conduit 14.
Les œillets 23 sont ménagées à l'extrémité de plaques 26 ménageant entre elles les tubes 12 du faisceau 6. Les débouchés 24 des tubes 12 du faisceau 6 sont ainsi formés par des ouvertures ménagées à travers la paroi 7a de la boîte collectrice 7 délimitant la chambre 9, les débouchés 24 des tubes 12 du faisceau 6 étant plus spécifiquement ménagés à travers les œillets 23. Les débouchés 24 des tubes 12 du faisceau 6 sont configurés en entonnoir pour accroître la vélocité du fluide réfrigérant FR évacué hors de la chambre 9 vers les tubes 12 du faisceau 6. Un espace El de circulation du fluide réfrigérant FR autour du premier conduit 14 est ainsi ménagé à l'intérieur de la chambre 9 entre la paroi 7a de la boîte collectrice et le dispositif de mixage 18. Les orifices 17 sont orientés diamétralement à l'opposé des débouchés 24 des tubes 12 du faisceau 6 par rapport au premier axe longitudinal Al du premier conduit 14. Le fluide réfrigérant FR pulvérisé par le dispositif de mixage 18 est admis à l'intérieur de la chambre 9, puis circule à l'intérieur de l'espace El autour du conduit 14 vers les débouchés 24 des tubes 12 du faisceau 6 pour leur alimentation en fluide réfrigérant FR.
La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixés et notamment de proposer un dispositif de mixage qui homogénéise la répartition du fluide réfrigérant le long de la boîte collectrice pour garantir une admission quasi-identique de fluide réfrigérant dans chaque tube du faisceau que comporte l'échangeur thermique. En outre, l'organisation structurelle du dispositif de mixage lui confère une adaptabilité aisée pouvant être réalisée à moindres coûts selon l'agencement d'un échangeur thermique spécifique, notamment au regard du nombre de tubes du faisceau qu'il comporte. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier au dispositif de mixage selon l'invention, notamment en ce qui concerne les modalités d'intégration du dispositif de mixage dans la boîte collectrice. Le dispositif de mixage qui vient d'être décrit à titre d'exemple non limitatif et son usage seront constitués dès lors que le dispositif de mixage comportera un conduit dont la face interne est configurée en moyen de mixage du fluide réfrigérant entre une phase liquide et une phase gazeuse, le moyen de mixage comprenant au moins un organe de mixage ménagé à la face interne du conduit.
En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mixage (18) destiné à mélanger une phase gazeuse avec une phase liquide d'un fluide réfrigérant (FR) et configuré pour être logé à l'intérieur d'une boîte collectrice (7) d'un échangeur thermique (5), le dispositif de mixage (18) comprenant un conduit (14) d'axe longitudinal (Al) pourvu d'une bouche d'entrée (10) pour l'admission du fluide réfrigérant (FR) dans le conduit (14) et d'au moins un orifice (17) pour la pulvérisation du fluide réfrigérant (FR) hors du conduit (14), caractérisé en ce que le conduit (14) comprend au moins un organe de mixage (19a, 19b) ménagé à une face interne (14c) du conduit (14) et apte à modifier l'écoulement du fluide réfrigérant (FR) circulant à l'intérieur du conduit (14).
2. Dispositif de mixage (18) selon la revendication 1, dans lequel l'organe de mixage (19a, 19b) s'étend à l'intérieur du conduit (14) au moins transversalement à son axe longitudinal (Al) et partiellement à l'intérieur de l'évidement (14b) du conduit (14) délimité par sa paroi (14a), en formant un obstacle s'opposant à un écoulement laminaire du fluide réfrigérant (FR) à l'intérieur du conduit (14).
3. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe de mixage (19a, 19b) est incorporé à la paroi (14a) du conduit (14).
4. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur (Epi, Ep2) de la paroi (14a) du conduit (14) varie dans des plans perpendiculaires (PP) à l'axe longitudinal (Al) du conduit (14) et longitudinalement distants les uns des autres, l'épaisseur (Ep2) de la paroi (14a) du conduit (14) étant augmentée par au moins un organe de mixage (19a, 19b).
5. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un organe de mixage (19a, 19b) s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal (Al) du conduit (14).
6. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un organe de mixage (19a, 19b) est incliné au moins dans un plan longitudinal (PL) par rapport à l'axe longitudinal (Al) du conduit (14) en formant une rampe (19c) de guidage du fluide réfrigérant (FR) vers l'orifice (17).
7. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plusieurs orifices (17) sont répartis le long du conduit (14) le long de son axe longitudinal (Al).
8. Dispositif de mixage (18) selon la revendication 7, dans lequel les orifices (17) sont répartis le long d'une droite (Ll) parallèle à l'axe longitudinal (Al) du conduit (14).
9. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans un plan longitudinal (PL) traversant au moins un orifice (17), au moins un organe de mixage (19a, 19b) est disposé en amont d'au moins un orifice (17) suivant un sens (SI) d'écoulement du fluide réfrigérant (FR) à l'intérieur du conduit défini depuis la bouche d'entrée (10) vers l'orifice (17).
10. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans un plan longitudinal (PL) traversant au moins un orifice (17), au moins un organe de mixage (19a, 19b) est interposé entre au moins deux orifices suivant l'axe longitudinal du conduit.
11. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans un plan longitudinal (PL) traversant au moins un orifice (17), plusieurs organes de mixage (19a, 19b) sont répartis suivant l'axe longitudinal (Al) du conduit (14).
12. Dispositif de mixage (18) selon la revendication 11, dans lequel dans un plan longitudinal (PL) traversant au moins un orifice (17), les organes de mixage (19a, 19b) sont disposés à une première distance (Lgl) de séparation entre deux organes de mixage adjacents (19a, 19b) qui est égale à une deuxième distance (Lg2) de séparation entre deux orifices (17) adjacents.
13. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, dans lequel dans un plan longitudinal (PL) traversant au moins un orifice (17), les organes de mixage (19a, 19b) sont disposés à une première distance (Lgl) de séparation entre deux organes de mixage adjacents (19a, 19b) qui est supérieure à une deuxième distance (Lg2) de séparation entre deux orifices (17) adjacents.
14. Dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe de mixage (19a) est conformé en anneau (20a) dont l'ouverture (21) ménage à son travers un passage pour le fluide réfrigérant (FR).
15. Dispositif de mixage (18) selon la revendication 14, dans lequel la dimension de l'ouverture (21) de l'anneau (20a) est comprise entre 10% et 70% de la plus grande dimension (DT2) de l'évidement (14b) du conduit (14), mesurées dans un plan perpendiculaire (PP) à l'axe longitudinal (Al) du conduit (14).
16. Echangeur thermique (5) comprenant une boîte collectrice (7) ménageant une chambre (9) qui loge un dispositif de mixage (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, et comprenant des tubes (12) d'un faisceau (6) de tubes (12) débouchant sur la chambre (9) pour leur alimentation en fluide réfrigérant (FR) par le dispositif de mixage (18).
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