EP3548828A1 - Dispositif de distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur constitutif d'un circuit de fluide réfrigérant - Google Patents

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

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Publication number
EP3548828A1
EP3548828A1 EP17817793.7A EP17817793A EP3548828A1 EP 3548828 A1 EP3548828 A1 EP 3548828A1 EP 17817793 A EP17817793 A EP 17817793A EP 3548828 A1 EP3548828 A1 EP 3548828A1
Authority
EP
European Patent Office
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orifices
type
passage section
heat exchanger
group
Prior art date
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Granted
Application number
EP17817793.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3548828B1 (fr
Inventor
Kamel Azzouz
Jérémy BLANDIN
Julien Tissot
Patrick LEBLAY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F28F9/0273—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/028—Evaporators having distributing means

Definitions

  • the field of the present invention is that of heat exchangers constituting a refrigerant circuit fitted to a motor vehicle.
  • the subject of the invention is a device for homogenizing the distribution of a refrigerant fluid inside tubes of such a heat exchanger.
  • a motor vehicle is commonly equipped with a ventilation, heating and / or air conditioning system for heat treating the air present or sent inside a passenger compartment of the motor vehicle.
  • a ventilation, heating and / or air conditioning system for heat treating the air present or sent inside a passenger compartment of the motor vehicle.
  • the refrigerant circuit comprises successively a compressor, a condenser or gas cooler, an expansion member and a heat exchanger.
  • the heat exchanger is housed inside the ventilation, heating and / or air conditioning system to allow a heat exchange between the refrigerant and a flow of air circulating inside said installation, previously a delivery of the air flow inside the passenger compartment.
  • heat exchanger is used as an evaporator to cool the air flow.
  • the refrigerant is compressed inside the compressor, then the cooling fluid is cooled inside the condenser or gas cooler, then the refrigerant is expanded within the expansion device and finally the refrigerant captures calories to the airflow inside the heat exchanger.
  • the refrigerant fluid, at the outlet of the expansion member and at the inlet of the heat exchanger, is in the two-phase state and is present in a liquid phase and a gaseous phase.
  • the heat exchanger comprises a header and a return box between which a bundle of tubes is interposed.
  • the refrigerant is admitted inside the heat exchanger through an inlet mouth that includes the manifold.
  • the coolant flows between the manifold and the gearbox by borrowing the tubes of the beam.
  • a general problem posed lies in the difficulty of feeding the tubes of the bundle homogeneously with respect to the different phases, liquid and gaseous, of the refrigerant fluid.
  • a heterogeneity of supply of refrigerant fluid tubes of the beam generates a heterogeneity of the temperature of the air flow through the heat exchanger.
  • the document US2015 / 0121950 proposes to house, inside the manifold, a device for homogenizing the distribution of the refrigerant fluid inside the tubes of the bundle.
  • This device comprises a conduit which has a first end portion in relation to a first inlet mouth of the refrigerant fluid inside the heat exchanger.
  • the conduit is arranged in a cylindrical tube having a peripheral wall provided with orifices.
  • the orifices are identical to each other.
  • the coolant is projected through the orifices provided through the conduit to circulate inside the tubes of the heat exchanger.
  • Such an organization is not optimal from the point of view of the homogenization of the coolant distribution inside the heat exchanger. More particularly, the tubes of the beam farthest from the first end portion are frequently underfed with refrigerant fluid.
  • An object of the invention is to perfect the homogeneity of the coolant distribution inside the heat exchanger, in order to improve its efficiency and efficiency, in order to deliver inside the passenger compartment. a flow of air at the desired temperature.
  • Another object of the invention is to improve the distribution of refrigerant inside the heat exchanger, including when the latter is present inside. of the heat exchanger under two distinct phases, liquid and gas, in respective variable proportion.
  • Another aim is to propose a device for distributing a refrigerant fluid inside the manifold, and inside the tubes of the bundle, which provides an equivalent supply of refrigerant fluid to the tubes of the bundle, including those which are furthest from a refrigerant inlet window inside the duct, and for example the first end portion of the duct when the latter is provided with the window.
  • a device of the present invention is a device for homogenizing a distribution of the refrigerant fluid inside tubes of a heat exchanger.
  • the homogenizing device comprises at least one duct provided with N orifices of respective passage cross section of the refrigerant fluid, with N> 2, of which at least one orifice of the first type having a first passage section and at least one second type orifice. having a second passage section.
  • the first passage section is smaller than the second passage section.
  • the homogenizing device advantageously comprises at least one of the following characteristics, taken alone or in combination:
  • the duct comprising at least one coolant admission window, the first type orifice being positioned at a first distance from the window, the second type orifice being positioned at a second distance from the window, the first distance is less than a second distance.
  • the orifices are distributed in groups, a group of orifices being formed by at least two orifices adjacent to one another and of passage sections identical to one another.
  • the orifices are distributed at least in a first group of orifices of the first type having the first passage section and in a second group of orifices of the second type having the second passage section.
  • the first type orifices of the first group extend over at least half of a length of the duct taken between a first end portion and a second portion end of the duct.
  • the first type orifices of the first group extend over two-thirds of the length of the duct and the second-type orifices of the second group extend over a third of the length of the duct, to within 5%.
  • the orifices are distributed at least in a first group of orifices of the first type having the first passage section, in a second group of orifices of the second type having the second passage section, and in a third group of orifices of third type having a third passage section.
  • the first type orifices of the first group extend over a third of the length of the duct
  • the second type of orifices of the second group extend over one third of the length of the duct
  • the passage section of the orifices is an increasing function of a distance taken between the window and the orifices.
  • the function is a linear function or the function is an exponential function or the function is a step function.
  • the duct comprises a first end portion provided with the window and a second end portion which is closed.
  • the duct is cylindrical.
  • the invention also relates to a heat exchanger comprising a header housing at least one such homogenizer.
  • the invention also relates to a refrigerant circuit comprising at least one such heat exchanger.
  • the invention also relates to a use of such a heat exchanger as an evaporator housed inside a housing of a ventilation, heating and / or air conditioning equipment equipping a motor vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a refrigerant circuit comprising a heat exchanger of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a first variant embodiment of the heat exchanger illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic illustration of a second variant embodiment of the heat exchanger illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 4 is a diagrammatic perspective view of a first variant embodiment of a refrigerant distribution device fitted to the heat exchanger illustrated in FIGS. 2 or 3,
  • FIG. 5 is an illustration of the diameter of the orifices equipping the dispensing device illustrated in FIG. 4 as a function of a respective distance from the orifices relative to a window equipping said device,
  • FIG. 6 is a diagrammatic perspective view of a second alternative embodiment of a refrigerant distribution device fitted to the heat exchanger illustrated in FIGS. 2 or 3,
  • FIG. 7 is an illustration of the diameter of the orifices equipping the dispensing device illustrated in FIG. 6 as a function of a respective distance from the orifices relative to a window equipping said device,
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of a third variant embodiment of a refrigerant distribution device fitted to the heat exchanger illustrated in FIGS. 2 or 3,
  • FIG. 9 is an illustration of the diameter of the orifices equipping the device illustrated in FIG. 8 as a function of a respective distance from the orifices relative to a first end portion of said device.
  • FIG. 1 there is shown a closed circuit 1 inside which circulates a refrigerant fluid FR.
  • the refrigerant circuit 1 successively comprises, in a direction SI of circulation of the refrigerant fluid FR inside the refrigerant circuit 1, a compressor 2 for compressing the fluid refrigerant FR, a condenser or a gas cooler 3 for cooling the refrigerant FR, an expansion member 4 within which the cooling fluid FR undergoes expansion and a heat exchanger 5.
  • the heat exchanger 5 is housed inside a casing 6 of a ventilation, heating and / or air conditioning installation 7 inside which circulates a flow of air.
  • the heat exchanger 5 allows a heat transfer between the refrigerating fluid FR and the airflow FA coming into contact with it and / or passing through it, as illustrated in FIGS. 2 and 3.
  • the heat exchanger 5 is used as an evaporator for cooling the air flow FA, during the passage of the air flow FA to the contact and / or from one side of the exchanger heat 5.
  • the heat exchanger 5 comprises a manifold 8 and a gearbox 9 between which a tube bundle 10, 10a, 10b is interposed.
  • the heat exchanger 5 extends parallel to a first plane PI containing the manifold 8, the bundle of tubes 10, 10a, 10b and the return box 9.
  • the manifold 8 overhangs the bundle of tubes 10, 10a, 10b, which are themselves located above the return box 9, in particular in the position of use of the heat exchanger 5 mounted inside the housing 6.
  • the manifold 8 is an upper box of the heat exchanger 5 while the return box 9 is a lower box of the heat exchanger 5.
  • the airflow FA flows through the heat exchanger 5 in a direction preferably orthogonal to the first plane Pl.
  • the tubes 10, 10a, 10b are for example rectilinear and extend along a first axis of general extension Al between the manifold 8 and the gearbox 9.
  • the manifold 8 extends along a second axis of extension A2 and the return box 9 extends along a third axis of general extension A3.
  • the second axis of general extension A2 and the third axis of general extension A3 are mutually parallel, being orthogonal to the first axis of general extension Al.
  • the bundle of tubes 10, 10a, 10b is provided with fins 15 which are interposed between two successive tubes 10, 10a, 10b, to promote a heat exchange between the air flow FA and the tubes 10, 10a, 10b, when a passage of the airflow FA through the exchanger of heat 5.
  • the heat exchanger 5 comprises a first mouth 16 through which the refrigerant fluid FR enters the interior of the heat exchanger 5.
  • the first mouth 16 constitutes an intake port of the refrigerant fluid FR in a first chamber 13 which is defined inside the manifold 8.
  • the heat exchanger 5 comprises a second mouth 17 through which the coolant FR is discharged out of the heat exchanger 5.
  • heat exchanger 5 is a heat exchanger inside which the cooling fluid FR flows in a path arranged in "I".
  • the tubes 10 are arranged parallel to each other and each extend in a third plane P3 which is perpendicular to the first plane PI and which is parallel to the first axis of general extension Al.
  • the tubes 10 are moreover aligned forming a row which extends along a direction perpendicular to the third plane P3.
  • the tubes 10 extend between a first end 101 which is in fluid communication with the return box 9 and a second end 102 which is in fluid communication with the manifold 8.
  • the return box 9 forms the base of the "I” while the manifold 8 forms the top of the "I".
  • the second mouth 17 equips the return box 9.
  • the refrigerant fluid FR enters the interior of the heat exchanger 5 through the first mouth 16 that includes the manifold 8. Then, the refrigerant fluid FR is distributed along the manifold 8 along the second extension axis A2 by a homogenizer 18 of the coolant distribution. Then, the refrigerant FR flows between the manifold 8 and the return box 9 by taking the tubes 10. Finally, the refrigerant FR is discharged out of the heat exchanger 5 through the second mouth 17 of the return box 9.
  • the heat exchanger is a heat exchanger inside which the refrigerant fluid FR flows in a path arranged in "U".
  • the tubes 10a, 10b are arranged parallel to each other by being distributed in two layers 11, 12, of which a first ply 11 of first tubes 10a and a second ply 12 of second tubes 10b.
  • the first ply 11 and the second ply 12 are formed inside respective planes which are parallel to each other and parallel to the first plane Pl.
  • the first tubes 10a of the first ply 11 extend between a first end 101 which is fluidic communication with the deflection box 9 and a second end 102 which is in fluid communication with the first chamber 13.
  • the second tubes 10b of the second ply 12 extend between a third end 103 which is in fluid communication with the box. 9 and a fourth end 104 which is in fluid communication with a second chamber 14, also delimited inside the manifold 8.
  • the first chamber 13 and the second chamber 14 are contiguous and sealed with each other .
  • the first chamber 13 extends along a fourth axis of general extension A4 and the second chamber 14 extends along a fifth axis of general extension A5.
  • the fourth axis of general extension A4 and the fifth axis of general extension A5 are parallel to each other and parallel to the second axis of general extension A2.
  • the fourth axis of general extension A4 and the fifth axis of general extension A5 together define a second plane P2, which is preferably orthogonal to the first plane P1.
  • the reference box 9 forms the base of the "U” whereas that the first ply 11 and the second ply 12 of tubes 10a, 10b form the branches of the "U", the first chamber 13 and the second chamber 14 forming the ends of the "U".
  • the second mouth 17 equips the second chamber 14 of the manifold 8.
  • the refrigerant FR enters the interior of the heat exchanger 5 through the first mouth 16 of the first chamber 13, being distributed along the box collector 8 according to the second axis of general extension A2 by the homogenization device 18 of the refrigerant distribution. Then, the refrigerant FR flows between the first chamber 13 of the manifold 8 and the return box 9 by borrowing the first tubes 10a of the first ply 11. Then, the refrigerant FR flows between the box 9 and the second chamber 14 by borrowing the second tubes 10b of the second ply 12. Finally, the refrigerant FR is discharged from the heat exchanger 5 through the second mouth 17, after having passed through the second chamber 14.
  • a first tube 10a of the first ply 11 is aligned with a second tube 10b of the second ply 12 inside the third plane P3 which is perpendicular to the first plane P1 and which is parallel to the first axis of general extension al.
  • the manifold 8 houses the homogenization device 18 of the distribution of the refrigerant FR inside the tubes 10, 10a, 10b.
  • a homogenizing device 18 of the refrigerant distribution is intended to homogeneously distribute the refrigerant fluid FR, in the two-phase liquid-gas state, along the collecting box 8 and ultimately inside the set of tubes 10, 10a, 10b.
  • Such a homogenization device 18 of the distribution is more particularly intended to homogeneously distribute the refrigerant fluid FR inside the heat exchanger 5, including when the refrigerant fluid FR is present inside the heat exchanger 5 in two distinct phases, liquid and gas, in respective variable proportion.
  • the homogenization device 18 of the distribution comprises, for example, a duct 19 extending along a sixth axis of general extension A6, parallel to or even coincidental with the second axis of FIG. general extension A2 and / or the fourth axis of general extension A4, between a first end portion 20 and a second end portion 21 of the duct 19.
  • the duct 19 has a length L taken between the first end portion 20 and the second end portion 21, parallel to the sixth axis of general extension A6.
  • the length L of the duct 19 is equivalent to a length of the manifold 8 taken along the second general extension axis A2 and / or to a length of the return box 9 taken along the third axis of general extension A3 .
  • any element extending along the sixth axis of general extension A6 is defined as longitudinal, which is defined by the largest dimension of the duct 19.
  • the term transversal is understood to mean any element that extends inside the duct.
  • a transverse plane Pt which is orthogonal to the general extension axis A6.
  • the first end portion 20 is formed of one end of the conduit 19, while the second end portion 21 is formed of the other end of the conduit 19, longitudinally opposite the first end portion 20.
  • the first terminal portion 20 is intended to be placed in fluid communication with the first mouth 16 of the heat exchanger 5.
  • the first mouth 16 houses the conduit 19, the first end portion 20 is in fluid communication with a pipe of the refrigerant circuit 1.
  • the second end portion 21 is blind and forms a cul-de-sac with regard to the circulation of the refrigerant fluid FR inside the conduit 19.
  • the duct 19 is equipped with at least one window 29 through which the refrigerating fluid FR is able to be admitted inside the duct 19. More preferably, the window 29 equips the first end portion 20. According to FIG. another variant embodiment, the window 29 equips any zone of the duct 19 taken between the first end portion 20 and the second end portion 21.
  • the duct 19 is for example formed in a cylinder, or in a parallelepiped or in any other form having an axis of symmetry A7, which is preferably parallel to or even coincidental with the sixth axis of general extension A6.
  • the duct 19 comprises a peripheral wall 23 which is of cylindrical cross section when the duct 19 is in the form of a cylinder of parallelepipedal cross section when the duct 19 is a parallelepiped.
  • the peripheral wall 23 is that which gives the overall shape of the duct 19.
  • the conduit 19 constitutes an envelope which delimits an internal space 24 around which the conduit 19 is formed.
  • the duct 19 borders the internal space 24 that the duct 19 surrounds.
  • the internal space 24 is for example cylindrical or parallelepipedic, or of any other shape formed around the axis of symmetry A7.
  • the peripheral wall 23 comprises orifices 22 which are formed through the peripheral wall 23 of the duct 19.
  • the orifices 22 are preferably aligned along an alignment axis A8 which is parallel to the sixth axis of general extension A6 and / or to the axis of symmetry A7.
  • the orifices 22 are equidistant from one another.
  • the orifices 22 are spaced from each other by a variable distance.
  • the orifices 22 are for example orifices of circular section, but are likely to be of any conformation, rectangular, elliptical, oblong in particular.
  • Each orifice 22 provides the cooling fluid FR with a passage section D through which the refrigerant FR flows to circulate from the internal volume 24 of the conduit 19 out of the latter, that is to say towards the volume defined by the manifold 8.
  • each orifice 22 has a passage section D which is the surface that the refrigerant fluid FR is able to cross during its evacuation out of the conduit 19.
  • the passage section D is defined as a surface the orifice 22 taken along an orifice plane P4 which contains the orifice 22 and which is parallel to the sixth axis of general extension A6.
  • the orifice plane P4 is a plane tangential to the duct 19 which comprises at least one orifice 22.
  • the passage section D is shaped in a circle.
  • the duct 19 is provided with N orifices 22, with N> 2.
  • the duct 19 is equipped with at least two orifices 22.
  • the number N of the orifices 22 is of the order of a number of tubes 10, or a number of first tubes 10a, or a number of second tubes 10b of the heat exchanger 5.
  • the number N of the orifices 22 is equal to the number of tubes 10, or a number of first tubes 10a, or a number of second tubes 10b of the heat exchanger 5.
  • the N orifices 22 are of a respective passage section D which are distinct from one another.
  • the orifices 22 are distributed in first-type orifices 22a having a first passage section D1 and in second-type orifices 22b having a second passage section D2, distinct from the first section. passage Dl.
  • first-type orifice 22a has a first passage section D1
  • second-type orifice 22b has a second passage section D2, which is different from the first passage section D1.
  • the second passage section D2 is strictly greater than the first passage section D1.
  • the second passage section D2 is between 1.5 times the first passage section D1 and twice the second passage section D1.
  • orifices 22 are distributed in a first group G1 of first type orifices 22a, preferably adjacent to each other, and in a second group G2 of second type orifices 22b, preferably adjacent to each other.
  • the duct 19 comprises nine orifices 22, of which six orifices of the first type 22a provide the fluid refrigerant FR a first passage section Dl and three holes of second type 22b providing the refrigerant fluid FR a second passage section D2, which is greater than the first passage section Dl.
  • the first group G1 of orifices 22 has six orifices of first type 22a and the second group G2 of orifices 22 has three orifices of second type 22b.
  • the orifices 22 are distributed in first-type orifices 22a having a first passage section D1, in second type orifices 22b having a second passage section D2 and third type orifices 22c having a third passage section D3.
  • first-type orifice 22a has a first passage section D1
  • second-type orifice 22b has a second passage section D2 that is different from the first passage section D1 and less
  • third type orifice 22c has a third passage section D3 which is different from the first passage section D1 and the second passage section D2.
  • the second passage section D2 is strictly greater than the first passage section D1 and the third passage section D3 is strictly greater than the second passage section D2.
  • the second passage section D2 is between 1.5 times the first passage section D1 and twice the first passage section D1
  • the third passage section D3 is between 1.5 times the second passage section D2 and twice the second passage section D2.
  • X orifices of first type 22a have a first passage section D1
  • Y orifices of second type 22b have a second passage section D2
  • the orifices 22 are distributed in a first group G1 of first type orifices 22a, preferably adjacent to each other, in a second group G2 of second type orifices 22b , preferably adjacent to each other, and a third group G3 of third type orifices 22c preferentially adjacent to each other.
  • the first group G1 has a number of X orifices of the first type 22a
  • the second group G2 has a number of Y orifices of the second type 22b
  • the duct 19 comprises nine orifices 22, including three first-type orifices 22a providing the refrigerating fluid FR with a first passage section D1, three second-type orifices 22b providing the refrigerant fluid FR with a second passage section D2, which is strictly greater than the first section of the passage; passage Dl and three orifices of third type 22c providing the refrigerant fluid FR a third passage section D3, which is strictly greater than the second passage section D2.
  • each of the groups G1, G2, G3 of orifices 22 have three orifices 22.
  • the orifices 22 have passage sections D1, D2, D3, D9 all distinct from one another.
  • the passage section Di, with i G (1, ..., N), of an orifice 22 is greater than the passage section Di-1 of the orifice 22 which adjoins it and which is closer of the window 29 and the passage section Di is smaller than the passage section Di + 1 of the orifice 22 which adjoins it and which is further from the window 29, the orifices 22 being listed from the window 29 to the second part terminal 21.
  • the orifices 22 cumulatively verify the following relations [1] and [2]:
  • the passage section of the orifices 22 is at least constant until one meets at least one orifice 22 whose passage section D exceeds the passage section D of the previous orifice 22.
  • the conduit 19 comprises for example:
  • the passage section Di of the orifices 22 follows a function F, which is an increasing function of a distance Wi taken between the window 29 and a center C of each orifice 22.
  • the window 29 equipping preferably the first end portion 20 of conduit 19, the distance Wi of the orifices 22 is preferably measured between the window 29 and the center of the orifice 22. It follows from these provisions that, by considering two orifices 22 in succession, the orifice 22 furthest from the window 29, that is to say located at a second distance W2 from the window 29, has a passage surface D which is greater than the passage surface D of another orifice 22 closest to the window 29, c i.e., located at a first distance W1 from the window 29.
  • the function giving the passage surface D of the orifices 22 as a function of the distance W between the window 29 and the orifices 22 is a step function, as illustrated in FIGS. 5 and 7.
  • the function is a linear function of the distance W, as illustrated in FIG. 9.
  • the duct 19 is capable of being provided with orifices 22 distributed in a plurality of successive groups G of orifices, the orifices 22 of the same group being of the same passage surface D (to manufacturing tolerance close), the diameter of the orifices 22 of successive groups being increasing from one group to another.
  • the small size of the orifices 22 disposed near the window 29, or the first end portion 20 equipped with the window 29 prevents the refrigerating fluid FR from preferentially borrowing the tubes 10, 10a, 10b supplied by the orifices 22 the closest to the window 29, so that a sufficient amount of refrigerant FR continues its way inside said homogenizer 18 to feed homogeneously all the tubes 10, 10a, 10b, and especially those farthest from window 29.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'homogénéisation (18) d'une distribution du fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur. Le dispositif d'homogénéisation (18) comprend au moins un conduit (19) pourvu de N orifices (22, 22a, 22b, 22c) de section de passage respective (D1, D2, D3,..., DN) du fluide réfrigérant, avec N ≥ 2, dont au moins un orifice de premier type (22a) comportant une première section de passage (D1) et au moins au moins un orifice de deuxième type (22a) comportant une deuxième section de passage (D2). La première section de passage (D1) est inférieure à la deuxième section de passage (D2). L'orifice de premier type (22a) étant positionné à une première distance (W1) de la fenêtre (29) et l'orifice de deuxième type (22b) étant positionné à une deuxième distance (W2) de la fenêtre (29), la première distance (W1) est inférieure à une deuxième distance (W2).

Description

Dispositif de distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur constitutif d'un circuit de fluide réfrigérant
Le domaine de la présente invention est celui des échangeurs de chaleur constitutifs d'un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule automobile. L'invention a pour objet un dispositif d'homogénéisation de la distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un tel échangeur de chaleur.
Un véhicule automobile est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour traiter thermiquement l'air présent ou envoyé à l'intérieur d'un habitacle du véhicule automobile. Pour ce faire, une telle installation est associée à un circuit fermé à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant. Le circuit de fluide réfrigérant comprend successivement un compresseur, un condenseur ou refroidisseur de gaz, un organe de détente et un échangeur de chaleur. L' échangeur de chaleur est logé à l'intérieur de l'installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d'air circulant à l'intérieur de ladite installation, préalablement à une délivrance du flux d'air à l'intérieur de l'habitacle. Selon un mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, échangeur de chaleur est utilisé comme évaporateur pour refroidir le flux d'air. Dans ce cas, le fluide réfrigérant est comprimé à l'intérieur du compresseur, puis le fluide réfrigérant est refroidi à l'intérieur du condenseur ou refroidisseur de gaz, puis le fluide réfrigérant subit une détente à l'intérieur de l'organe de détente et enfin le fluide réfrigérant capte des calories au flux d'air à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. Le fluide réfrigérant, en sortie de l'organe de détente et en entrée de l'échangeur de chaleur, est à l'état diphasique et est présent sous une phase liquide et une phase gazeuse.
L'échangeur de chaleur comprend une boîte collectrice et une boîte de renvoi entre lesquelles un faisceau de tubes est interposé. Lors du fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, le fluide réfrigérant est admis à l'intérieur de l'échangeur de chaleur à travers une bouche d'entrée que comprend la boîte collectrice. Puis, le fluide réfrigérant s'écoule entre la boîte collectrice et la boîte de renvoi en empruntant les tubes du faisceau. Un problème général posé réside en une difficulté à alimenter de manière homogène les tubes du faisceau au regard des différentes phases, liquide et gazeuse, du fluide réfrigérant. En effet, une hétérogénéité d'alimentation en fluide réfrigérant des tubes du faisceau génère une hétérogénéité de la température du flux d'air qui traverse l'échangeur de chaleur. Cette hétérogénéité est susceptible d'induire des écarts de température intempestifs et non-souhaités entre des zones de l'habitacle, ce qui est préjudiciable. Le document US2015/0121950 propose de loger, à l'intérieur de la boîte collectrice, un dispositif d'homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant à l'intérieur des tubes du faisceau. Ce dispositif comprend un conduit qui comporte une première partie terminale en relation avec une première bouche d'arrivée du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. Le conduit est agencé en un tube cylindrique comportant une paroi périphérique pourvue d'orifices. Les orifices sont identiques entre eux. Le fluide réfrigérant est projeté à travers les orifices ménagés à travers le conduit pour circuler à l'intérieur des tubes de l'échangeur de chaleur.
Une telle organisation n'est pas optimale du point de vue de l'homogénéisation de la distribution de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. Plus particulièrement, les tubes du faisceau les plus éloignés de la première partie terminale sont fréquemment sous-alimentés en fluide réfrigérant.
Il en résulte une hétérogénéité de la température du flux d'air en sortie de l'échangeur de chaleur, ce qui est insatisfaisant.
Un but de l'invention est de parfaire l'homogénéité de la distribution de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, pour finalement améliorer son efficacité et son rendement, en vue de délivrer à l'intérieur de l'habitacle un flux d'air à la température désirée.
Un autre but de l'invention est d'améliorer la distribution de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, y compris lorsque ce dernier est présent à l'intérieur de l'échangeur de chaleur sous deux phases distinctes, liquide et gaz, en proportion respective variable.
Un autre but est de proposer un dispositif de distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de la boîte collectrice, et à l'intérieur des tubes du faisceau, qui assure une alimentation équivalente en fluide réfrigérant des tubes du faisceau, y compris de ceux qui sont les plus éloignés d'une fenêtre d'admission du fluide réfrigérant à l'intérieur du conduit, et par exemple de la première partie terminale du conduit lorsque cette dernière est pourvue de la fenêtre.
Un dispositif de la présente invention est un dispositif d'homogénéisation d'une distribution du fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur. Le dispositif d'homogénéisation comprend au moins un conduit pourvu de N orifices de section de passage respective du fluide réfrigérant, avec N > 2, dont au moins un orifice de premier type comportant une première section de passage et au moins un orifice de deuxième type comportant une deuxième section de passage.
Selon la présente invention, la première section de passage est inférieure à la deuxième section de passage.
Le dispositif d'homogénéisation comporte avantageusement l'une quelconque au moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou en combinaison :
- le conduit comprenant au moins une fenêtre d'admission du fluide réfrigérant, l'orifice de premier type étant positionné à une première distance de la fenêtre, l'orifice de deuxième type étant positionné à une deuxième distance de la fenêtre, la première distance est inférieure à une deuxième distance.
- les orifices sont répartis en groupe, un groupe d'orifices étant formé par au moins deux orifices adjacents l'un à l'autre et de sections de passage identiques l'une à l'autre.
- les orifices sont répartis au moins en un premier groupe d'orifices de premier type présentant la première section de passage et en un deuxième groupe d'orifices de deuxième type présentant la deuxième section de passage.
- les orifices de premier type du premier groupe s'étendent sur au moins la moitié d'une longueur du conduit prise entre une première partie terminale et une deuxième partie terminale du conduit.
- les orifices de premier type du premier groupe s'étendent sur deux tiers de la longueur du conduit et les orifices de deuxième type du deuxième groupe s'étendent sur un tiers de la longueur du conduit, à 5% près.
- les orifices sont répartis au moins en un premier groupe d'orifices de premier type présentant la première section de passage, en un deuxième groupe d'orifices de deuxième type présentant la deuxième section de passage, et en un troisième groupe d'orifices de troisième type présentant une troisième section de passage.
- les orifices de premier type du premier groupe s'étendent sur un tiers de la longueur du conduit, les orifices de deuxième type du deuxième groupe s'étendent sur un tiers de la longueur du conduit et les orifices de troisième type du deuxième groupe s'étendent sur un tiers de la longueur du conduit, à 5% près.
- la section de passage des orifices est une fonction croissante d'une distance prise entre la fenêtre et les orifices.
- la fonction est une fonction linéaire ou bien la fonction est une fonction exponentielle ou bien la fonction est une fonction en escalier.
- le conduit comprend une première partie terminale pourvue de la fenêtre et une deuxième partie terminale qui est obturée.
- le conduit est cylindrique.
L'invention a aussi pour objet un échangeur de chaleur comprenant une boîte collectrice logeant au moins un tel dispositif d'homogénéisation.
L'invention a aussi pour objet un circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un tel échangeur de chaleur.
L'invention a aussi pour objet une utilisation d'un tel échangeur de chaleur en tant qu'évaporateur logé à l'intérieur d'un boîtier d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation équipant un véhicule automobile.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec les dessins des planches annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une illustration schématique d'un circuit de fluide réfrigérant comprenant un échangeur de chaleur de la présente invention,
- la figure 2 est une illustration schématique d'une première variante de réalisation de l'échangeur de chaleur illustré sur la figure 1,
- la figure 3 est une illustration schématique d'une deuxième variante de réalisation de l'échangeur de chaleur illustré sur la figure 1,
- la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une première variante de réalisation d'un dispositif de distribution de fluide réfrigérant équipant l'échangeur de chaleur illustré sur les figures 2 ou 3,
- la figure 5 est une illustration du diamètre des orifices équipant le dispositif de distribution illustré sur la figure 4 en fonction d'une distance respective des orifices par rapport à une fenêtre équipant ledit dispositif,
- la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une deuxième variante de réalisation d'un dispositif de distribution de fluide réfrigérant équipant l'échangeur de chaleur illustré sur les figures 2 ou 3,
- la figure 7 est une illustration du diamètre des orifices équipant le dispositif de distribution illustré sur la figure 6 en fonction d'une distance respective des orifices par rapport à une fenêtre équipant ledit dispositif,
- la figure 8 est une vue schématique en perspective d'une troisième variante de réalisation d'un dispositif de distribution de fluide réfrigérant équipant l'échangeur de chaleur illustré sur les figures 2 ou 3,
- la figure 9 est une illustration du diamètre des orifices équipant le dispositif illustré sur la figure 8 en fonction d'une distance respective des orifices par rapport à une première partie terminale dudit dispositif.
Les figures et leur description exposent l'invention de manière détaillée et selon des modalités particulières de sa mise en œuvre. Elles peuvent servir à mieux définir l'invention, le cas échéant. Sur la figure 1, est représenté un circuit 1 fermé à l'intérieur duquel circule un fluide réfrigérant FR. Sur l'exemple de réalisation illustré, le circuit de fluide réfrigérant 1 comprend successivement, suivant un sens SI de circulation du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du circuit de fluide réfrigérant 1, un compresseur 2 pour comprimer le fluide réfrigérant FR, un condenseur ou un refroidis seur de gaz 3 pour refroidir le fluide réfrigérant FR, un organe de détente 4 à l'intérieur duquel le fluide réfrigérant FR subit une détente et un échangeur de chaleur 5. L'échangeur de chaleur 5 est logé à l'intérieur d'un boîtier 6 d'une installation 7 de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un flux d'air. L'échangeur de chaleur 5 permet un transfert thermique entre le fluide réfrigérant FR et le flux d'air FA venant à son contact et/ou le traversant, tel qu'illustré sur les figures 2 et 3. Selon le mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 1 décrit ci-dessus, l'échangeur de chaleur 5 est utilisé comme évaporateur pour refroidir le flux d'air FA, lors du passage du flux d'air FA au contact et/ou de part en part de l'échangeur de chaleur 5.
Sur les figures 2 et 3, l'échangeur de chaleur 5 comprend une boîte collectrice 8 et une boîte de renvoi 9 entre lesquelles un faisceau de tubes 10, 10a, 10b est interposé. Dans sa généralité, l'échangeur de chaleur 5 s'étend parallèlement à un premier plan PI contenant la boîte collectrice 8, le faisceau de tubes 10, 10a, 10b et la boîte de renvoi 9. La boîte collectrice 8 surplombe le faisceau de tubes 10, 10a, 10b, qui sont eux-mêmes situés au-dessus de la boîte de renvoi 9, notamment en position d'utilisation de l'échangeur de chaleur 5 monté à l'intérieur du boîtier 6. Autrement dit, selon cette position d'utilisation, la boîte collectrice 8 est une boîte supérieure de l'échangeur de chaleur 5 tandis que la boîte de renvoi 9 est une boîte inférieure de l'échangeur de chaleur 5. Le flux d'air FA s'écoule à travers l'échangeur de chaleur 5 selon une direction préférentiellement orthogonale au premier plan Pl.
Les tubes 10, 10a, 10b sont par exemple rectilignes et s'étendent selon un premier axe d'extension générale Al entre la boîte collectrice 8 et la boîte de renvoi 9. La boîte collectrice 8 s'étend selon un deuxième axe d'extension générale A2 et la boîte de renvoi 9 s'étend selon un troisième axe d'extension générale A3. De préférence, le deuxième axe d'extension générale A2 et le troisième axe d'extension générale A3 sont parallèles entre eux, en étant orthogonaux au premier axe d'extension générale Al.
Le faisceau de tubes 10, 10a, 10b est pourvu d'ailettes 15 qui sont interposées entre deux tubes 10, 10a, 10b successifs, pour favoriser un échange thermique entre le flux d'air FA et les tubes 10, 10a, 10b, lors d'un passage du flux d'air FA à travers l'échangeur de chaleur 5.
L'échangeur de chaleur 5 comprend une première bouche 16 à travers laquelle le fluide réfrigérant FR pénètre à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5. La première bouche 16 constitue une bouche d'admission du fluide réfrigérant FR dans une première chambre 13, qui est délimitée à l'intérieur de la boîte collectrice 8. L'échangeur de chaleur 5 comprend une deuxième bouche 17 à travers laquelle le fluide réfrigérant FR est évacué hors de l'échangeur de chaleur 5. Sur la figure 2, l'échangeur de chaleur 5 est un échangeur de chaleur à l'intérieur duquel le fluide réfrigérant FR s'écoule selon un chemin agencé en « I ». Les tubes 10 sont disposés parallèlement entre eux et s'étendent chacun dans un troisième plan P3 qui est perpendiculaire au premier plan PI et qui est parallèle au premier axe d'extension générale Al. Les tubes 10 sont par ailleurs alignés en formant une rangée qui s'étend le long d'une direction perpendiculaire au troisième plan P3. Les tubes 10 s'étendent entre une première extrémité 101 qui est en communication fluidique avec la boîte de renvoi 9 et une deuxième extrémité 102 qui est en communication fluidique avec la boîte collectrice 8. Autrement dit, la boîte de renvoi 9 forme la base du « I » tandis que la boîte collectrice 8 forme le sommet du « I ». Selon cette première variante, la deuxième bouche 17 équipe la boîte de renvoi 9.
Lors d'une mise en œuvre du circuit de fluide réfrigérant 1, le fluide réfrigérant FR pénètre à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5 à travers la première bouche 16 que comprend la boîte collectrice 8. Puis, le fluide réfrigérant FR est réparti le long de la boîte collectrice 8 selon le deuxième axe d'extension A2 par un dispositif d'homogénéisation 18 de la distribution de fluide réfrigérant. Ensuite, le fluide réfrigérant FR s'écoule entre la boîte collectrice 8 et la boîte de renvoi 9 en empruntant les tubes 10. Enfin, le fluide réfrigérant FR est évacué hors de l'échangeur de chaleur 5 à travers la deuxième bouche 17 de la boîte de renvoi 9.
Sur la figure 3, l'échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur à l'intérieur duquel le fluide réfrigérant FR s'écoule selon un chemin agencé en « U ». Les tubes 10a, 10b sont disposés parallèlement entre eux en étant répartis selon deux nappes 11, 12, dont une première nappe 11 de premiers tubes 10a et une deuxième nappe 12 de deuxièmes tubes 10b. La première nappe 11 et la deuxième nappe 12 sont ménagées à l'intérieur de plans respectifs qui sont parallèles entre eux et parallèles au premier plan Pl. Les premiers tubes 10a de la première nappe 11 s'étendent entre une première extrémité 101 qui est en communication fluidique avec la boîte de renvoi 9 et une deuxième extrémité 102 qui est en communication fluidique avec la première chambre 13. Les deuxièmes tubes 10b de la deuxième nappe 12 s'étendent entre une troisième extrémité 103 qui est en communication fluidique avec la boîte de renvoi 9 et une quatrième extrémité 104 qui est en communication fluidique avec une deuxième chambre 14, également délimitée à l'intérieur de la boîte collectrice 8. La première chambre 13 et la deuxième chambre 14 sont contigues et étanches l'une avec l'autre. La première chambre 13 s'étend selon un quatrième axe d'extension générale A4 et la deuxième chambre 14 s'étend selon un cinquième axe d'extension générale A5. De préférence, le quatrième axe d'extension générale A4 et le cinquième axe d'extension générale A5 sont parallèles entre eux et parallèles au deuxième axe d'extension générale A2. Le quatrième axe d'extension générale A4 et le cinquième axe d'extension générale A5 définissent ensemble un deuxième plan P2, qui est de préférence orthogonal au premier plan Pl. Autrement dit, la boîte de renvoi 9 forme la base du « U » tandis que la première nappe 11 et la deuxième nappe 12 de tubes 10a, 10b forment les branches du « U », la première chambre 13 et la deuxième chambre 14 formant les extrémités du « U ». Selon cette deuxième variante, la deuxième bouche 17 équipe la deuxième chambre 14 de la boîte collectrice 8.
Lors d'une mise en œuvre du circuit de fluide réfrigérant 1, le fluide réfrigérant FR pénètre à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5 à travers la première bouche 16 de la première chambre 13, en étant réparti le long de la boîte collectrice 8 selon le deuxième axe d'extension générale A2 par le dispositif d'homogénéisation 18 de la distribution de fluide réfrigérant. Puis, le fluide réfrigérant FR s'écoule entre la première chambre 13 de la boîte collectrice 8 et la boîte de renvoi 9 en empruntant les premiers tubes 10a de la première nappe 11. Puis, le fluide réfrigérant FR s'écoule entre la boîte de renvoi 9 et la deuxième chambre 14 en empruntant les deuxièmes tubes 10b de la deuxième nappe 12. Enfin, le fluide réfrigérant FR est évacué hors de l'échangeur de chaleur 5 à travers la deuxième bouche 17, après avoir circulé à travers la deuxième chambre 14. De préférence, un premier tube 10a de la première nappe 11 est aligné avec un deuxième tube 10b de la deuxième nappe 12 à l'intérieur du troisième plan P3 qui est perpendiculaire au premier plan PI et qui est parallèle au premier axe d'extension générale Al.
Quelle que soit la variante de réalisation de l'échangeur de chaleur 5 présenté ci- dessus, la boîte collectrice 8 loge le dispositif d'homogénéisation 18 de la distribution du fluide réfrigérant FR à l'intérieur des tubes 10, 10a, 10b. Un tel dispositif d'homogénéisation 18 de la distribution de fluide réfrigérant vise à répartir de manière homogène le fluide réfrigérant FR, à l'état diphasique liquide-gaz, le long de la boîte collectrice 8 et in fine à l'intérieur de l'ensemble des tubes 10, 10a, 10b. Un tel dispositif d'homogénéisation 18 de la distribution vise plus particulièrement à répartir de manière homogène le fluide réfrigérant FR à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5, y compris lorsque le fluide réfrigérant FR est présent à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5 sous deux phases distinctes, liquide et gaz, en proportion respective variable.
Sur les figures 4, 6 et 8, le dispositif d'homogénéisation 18 de la distribution comprend par exemple un conduit 19 s'étendant le long d'un sixième axe d'extension générale A6, parallèle, voire confondu, avec le deuxième axe d'extension générale A2 et/ou le quatrième axe d'extension générale A4, entre une première partie terminale 20 et une deuxième partie terminale 21 du conduit 19. Le conduit 19 est d'une longueur L prise entre la première partie terminale 20 et la deuxième partie terminale 21, parallèlement au sixième axe d'extension générale A6. De préférence la longueur L du conduit 19 est équivalente à une longueur de la boîte collectrice 8 prise selon le deuxième axe d'extension générale A2 et/ou à une longueur de la boîte de renvoi 9 prise selon le troisième axe d'extension générale A3.
On notera qu'on qualifie de longitudinal tout élément qui s'étend selon le sixième axe d'extension générale A6 qui est défini par la plus grande dimension du conduit 19. On qualifie de transversal tout élément qui s'étend à l'intérieur d'un plan transversal Pt qui est orthogonal à l'axe d'extension général A6. La première partie terminale 20 est formée d'une extrémité du conduit 19, tandis que la deuxième partie terminale 21 est formée de l'autre extrémité du conduit 19, longitudinalement opposée à la première partie terminale 20. Selon une variante de réalisation, la première partie terminale 20 est destinée à être mise en communication fluidique avec la première bouche 16 de l'échangeur de chaleur 5. Selon une autre variante de réalisation, la première bouche 16 loge le conduit 19 dont la première partie terminale 20 est mise en communication fluidique avec une canalisation du circuit de fluide réfrigérant 1. Selon ces deux variantes, la deuxième partie terminale 21 est borgne et forme un cul-de-sac au regard de la circulation du fluide réfrigérant FR à l'intérieur du conduit 19.
De préférence, le conduit 19 est équipé d'au moins une fenêtre 29 à travers lequel le fluide réfrigérant FR est apte à être admis à l'intérieur du conduit 19. De préférence encore, la fenêtre 29 équipe la première partie terminale 20. Selon une autre variante de réalisation, la fenêtre 29 équipe une zone quelconque du conduit 19 prise entre la première partie terminale 20 et la deuxième partie terminale 21.
Le conduit 19 est par exemple conformé en un cylindre, ou bien en un parallélépipède ou bien en toute autre forme comportant un axe de symétrie A7, qui est préférentiellement parallèle, voire confondu, avec le sixième axe d'extension générale A6. Le conduit 19 comprend une paroi périphérique 23 qui est de section transversale cylindrique lorsque le conduit 19 est conformé en un cylindre, de section transversale parallélépipédique lorsque le conduit 19 est un parallélépipède. La paroi périphérique 23 est celle qui donne la forme globale du conduit 19.
Le conduit 19 constitue une enveloppe qui délimite un espace interne 24 autour duquel le conduit 19 est ménagé. Autrement dit, le conduit 19 borde l'espace interne 24 que le conduit 19 entoure. Selon la forme du conduit 19, l'espace interne 24 est par exemple cylindrique ou bien parallélépipédique, ou bien de toute autre forme ménagée autour de l'axe de symétrie A7.
La paroi périphérique 23 comprend des orifices 22 qui sont ménagés au travers de la paroi périphérique 23 du conduit 19. Les orifices 22 sont préférentiellement alignés selon un axe d'alignement A8 qui est parallèle au sixième axe d'extension générale A6 et/ou à l'axe de symétrie A7. Selon une variante, les orifices 22 sont équidistants les uns des autres. Selon une autre variante, les orifices 22 sont éloignés les uns des autres d'une distance variable. Les orifices 22 sont par exemple des orifices de section circulaire, mais sont susceptibles d'être d'une conformation quelconque, rectangulaire, elliptique, oblongue notamment. Chaque orifice 22 offre au fluide réfrigérant FR une section de passage D à travers laquelle le fluide réfrigérant FR s'écoule pour circuler depuis le volume interne 24 du conduit 19 hors de ce dernier, c'est-à-dire vers le volume délimité par la boîte collectrice 8. Autrement dit, chaque orifice 22 présente une section de passage D qui est la surface que le fluide réfrigérant FR est à même de traverser lors de son évacuation hors du conduit 19. La section de passage D est définie comme une surface de l'orifice 22 prise selon un plan d'orifice P4 qui contient l'orifice 22 et qui est parallèle au sixième axe d'extension générale A6. Lorsque le conduit 19 est cylindrique, le plan d'orifice P4 est un plan tangentiel au conduit 19 qui comprend au moins un orifice 22. A titre d'exemple, lorsque l'orifice 22 est de section circulaire, la section de passage D est conformée en un cercle.
Dans sa généralité, le conduit 19 est pourvu de N orifices 22, avec N > 2. Autrement dit, le conduit 19 est équipé d'au moins deux orifices 22. Préférentiellement, le nombre N des orifices 22 est de l'ordre d'un nombre de tubes 10, ou d'un nombre de premiers tubes 10a, ou d'un nombre de deuxièmes tubes 10b de l'échangeur de chaleur 5. Préférentiellement, le nombre N des orifices 22 est égal au nombre de tubes 10, ou d'un nombre de premiers tubes 10a, ou d'un nombre de deuxièmes tubes 10b de de l'échangeur de chaleur 5.
Selon la présente invention, au moins deux des N orifices 22 sont d'une section de passage respective D qui sont distinctes l'une de l'autre. Autrement dit, parmi les N orifices 22 que comprend le conduit 19, au moins deux d'entre eux présentent une section de passage D du fluide réfrigérant distincte l'une de l'autre. Selon une première forme de réalisation illustrée sur la figure 4, les orifices 22 sont répartis en orifices de premier type 22a présentant une première section de passage Dl et en orifices de deuxième type 22b présentant une deuxième section de passage D2, distincte de la première section de passage Dl. Ainsi, parmi les N orifices, au moins un orifice de premier type 22a présente une première section de passage Dl et au moins un orifice de deuxième type 22b présente une deuxième section de passage D2, qui est différente de la première section de passage Dl.
De préférence, la deuxième section de passage D2 est strictement supérieure à la première section de passage Dl. A titre d'exemple, la deuxième section de passage D2 est comprise entre 1,5 fois la première section de passage Dl et deux fois la deuxième section de passage Dl.
Selon une variante, parmi les N orifices, X orifices de premier type 22a présentent une première section de passage Dl et Y orifices de deuxième type 22b présentent une deuxième section de passage D2, avec N = X + Y. Autrement dit, les orifices 22 sont répartis en un premier groupe Gl d'orifices de premier type 22a, préférentiellement adjacents les uns aux autres, et en un deuxième groupe G2 d'orifices de deuxième type 22b, préférentiellement adjacents les uns aux autres. Autrement dit encore, le premier groupe Gl présente un effectif de X orifices de premier type 22a et le deuxième groupe G2 présente un effectif de Y orifices de deuxième type 22b, avec N = X + Y.
Par exemple, X représente deux tiers du nombre N des orifices 22 et Y représente un tiers du nombre N des orifices 22. Ainsi, sur la figure 4, le conduit 19 comprend neuf orifices 22, dont six orifices de premier type 22a offrant au fluide réfrigérant FR une première section de passage Dl et trois orifices de deuxième type 22b offrant au fluide réfrigérant FR une deuxième section de passage D2, qui est supérieure à la première section de passage Dl. Autrement dit, le premier groupe Gl d'orifices 22 compte six orifices de premier type 22a et le deuxième groupe G2 d'orifices 22 compte trois orifices de deuxième type 22b.
Selon une deuxième forme de réalisation illustrée sur la figure 6, les orifices 22 sont répartis en orifices de premier type 22a présentant une première section de passage Dl, en orifices de deuxième type 22b présentant une deuxième section de passage D2 et en orifices de troisième type 22c présentant une troisième section de passage D3. Ainsi, parmi les N orifices, au moins un orifice de premier type 22a présente une première section de passage Dl, au moins un orifice de deuxième type 22b présente une deuxième section de passage D2 qui est différente de la première section de passage Dl et au moins un orifice de troisième type 22c présente une troisième section de passage D3 qui est différente de la première section de passage Dl et de la deuxième section de passage D2.
De préférence, la deuxième section de passage D2 est strictement supérieure à la première section de passage Dl et la troisième section de passage D3 est strictement supérieure à la deuxième section de passage D2. A titre d'exemple, la deuxième section de passage D2 est comprise entre 1,5 fois la première section de passage Dl et deux fois la première section de passage Dl, et la troisième section de passage D3 est comprise entre 1,5 fois la deuxième section de passage D2 et deux fois la deuxième section de passage D2.
Selon une variante, parmi les N orifices, X orifices de premier type 22a présentent une première section de passage Dl, Y orifices de deuxième type 22b présentent une deuxième section de passage D2, Z orifices de troisième type 22c présentent une troisième section de passage D3, avec N = X + Y + Z. Autrement dit, les orifices 22 sont répartis en un premier groupe Gl d'orifices de premier type 22a, préférentiellement adjacents les uns aux autres, en un deuxième groupe G2 d'orifices de deuxième type 22b, préférentiellement adjacents les uns aux autres, et en un troisième groupe G3 d'orifices de troisième type 22c préférentiellement adjacents les uns aux autres. Autrement dit encore, le premier groupe Gl présente un effectif de X orifices de premier type 22a, le deuxième groupe G2 présente un effectif de Y orifices de deuxième type 22b, et le troisième groupe G3 présente un effectif de Z orifices de deuxième type 22c avec N = X + Y + Z.
Par exemple, X représente un tiers du nombre N des orifices 22, Y représente également un tiers du nombre N des orifices 22 et Z représente également un tiers du nombre N des orifices 22. Ainsi, sur la figure 6, le conduit 19 comprend neuf orifices 22, dont trois orifices de premier type 22a offrant au fluide réfrigérant FR une première section de passage Dl, trois orifices de deuxième type 22b offrant au fluide réfrigérant FR une deuxième section de passage D2, qui est strictement supérieure à la première section de passage Dl et trois orifices de troisième type 22c offrant au fluide réfrigérant FR une troisième section de passage D3, qui est strictement supérieure à la deuxième section de passage D2. Autrement dit, chacun des groupes Gl, G2, G3 d'orifices 22 comptent trois orifices 22.
Selon une troisième forme de réalisation illustrée sur la figure 8, les orifices 22 présentent des sections de passage Dl, D2, D3, D9 toutes distinctes les unes des autres.
De préférence, la section de passage Di, avec i G (1, ... , N), d'un orifice 22 est supérieure à la section de passage Di-1 de l'orifice 22 qui le jouxte et qui est plus près de la fenêtre 29 et la section de passage Di est inférieure à la section de passage Di+lde l'orifice 22 qui le jouxte et qui est plus éloigné de la fenêtre 29, les orifices 22 étant répertoriés depuis la fenêtre 29 vers la deuxième partie terminale 21.
Selon une autre approche de la présente invention, les orifices 22 vérifient cumulativement les relations [1] et [2] suivantes :
D1≤D2≤D3 < DN [1]
et
Ξ i G (1, ... . , N - 1) tel que Di < Di + 1 [2]
Autrement dit, il existe au moins un ième orifice 22 dont la section de passage Di est strictement inférieur à la section de passage Di+1 du i+lième orifice 22, adjacent au ième orifice 22 et plus éloigné que le ième orifice 22 de la fenêtre 29.
Autrement dit encore, en parcourant les orifices un à un depuis la fenêtre 29 jusqu'à la première partie terminale 20 ou vers la deuxième partie terminale 21, la section de passage des orifices 22 est au moins constante jusqu'à ce que l'on rencontre au moins un orifice 22 dont la section de passage D excède la section de passage D de l'orifice précédent 22.
Successivement et linéairement de proche en proche, le conduit 19 comprend par exemple :
- la première partie terminale 20, - le premier orifice 22 de section de passage Dl,
- le deuxième orifice 22 de section de passage D2,
- le troisième orifice 22 de section de passage D3, le ième orifice 22 de section de passage Di
le (i+l)ième orifice 22 de section de passage
- le Nième orifice 22 de section de passage DN,
- la deuxième partie terminale 21,
les sections de passage sus visées vérifiant :
D1≤D2≤D3 Di < Di+l < DN [3]
Avec i G (1, ... . , N - 1)
Plus particulièrement, la section de passage Di des orifices 22 suit une fonction F, qui est une fonction croissante d'une distance Wi prise entre la fenêtre 29 et un centre C de chaque orifice 22. La fenêtre 29 équipant préférentiellement la première partie terminale 20 du conduit 19, la distance Wi des orifices 22 est préférentiellement mesurée entre la fenêtre 29 et le centre de l'orifice 22. Il résulte de ces dispositions que, en considérant deux orifices 22 successifs, l'orifice 22 le plus éloigné de la fenêtre 29, c'est-à-dire situé à une deuxième distance W2 de la fenêtre 29, présente une surface de passage D qui est supérieure à la surface de passage D d'un autre orifice 22 le plus proche de la fenêtre 29, c'est-à-dire situé à une première distance Wl de la fenêtre 29.
Selon une première forme de réalisation, la fonction donnant la surface de passage D des orifices 22 en fonction de la distance W entre la fenêtre 29 et les orifices 22 est une fonction en escalier, tel qu'illustré sur les figures 5 et 7.
Selon une deuxième forme de réalisation, la fonction est une fonction linéaire de la distance W, telle qu'illustré sur la figure 9.
D'une manière générale, le conduit 19 est susceptible d'être pourvu d'orifices 22 répartis en une pluralité de groupes G successifs d'orifices, les orifices 22 d'un même groupe étant d'une même surface de passage D (à la tolérance de fabrication près), le diamètre des orifices 22 des groupes successifs étant croissant d'un groupe à l'autre.
Ces dispositions sont telles que le fluide réfrigérant FR pénétrant à l'intérieur dudit dispositif est distribué de manière homogène à l'ensemble des tubes 10, 10a, 10b, y compris à ceux alimentés par les orifices 22 les plus éloignés de la fenêtre 29, et/ou de la première partie 20 pourvue de la fenêtre 29, en raison de l'accroissement du diamètre de ces orifices 22.
Autrement dit, la faible dimension des orifices 22 disposés à proximité de la fenêtre 29, ou de la première partie terminale 20 équipée de la fenêtre 29 empêche le fluide réfrigérant FR d'emprunter préférentiellement les tubes 10, 10a, 10b alimentés par les orifices 22 les plus proches de la fenêtre 29, de telle sorte qu'une quantité suffisante de fluide réfrigérant FR poursuit son chemin à l'intérieur dudit dispositif d'homogénéisation 18 pour alimenter de manière homogène l'ensemble des tubes 10, 10a, 10b, et notamment ceux situés le plus loin de la fenêtre 29.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'homogénéisation (18) d'une distribution du fluide réfrigérant (FR) à l'intérieur de tubes (10, 10a, 10b) d'un échangeur de chaleur (5), le dispositif d'homogénéisation (18) comprenant au moins un conduit (19) pourvu de N orifices (22, 22a, 22b, 22c) de section de passage respective (Dl, D2, D3, DN) du fluide réfrigérant (FR), avec N > 2, dont au moins un orifice de premier type (22a) comportant une première section de passage (Dl) et au moins au moins un orifice de deuxième type (22a) comportant une deuxième section de passage (D2), caractérisé en ce que la première section de passage (Dl) est inférieure à la deuxième section de passage (D2).
2. Dispositif d'homogénéisation (18) selon la revendication précédente, dans lequel le conduit (19) comprenant au moins une fenêtre (29) d'admission du fluide réfrigérant (FR), l'orifice de premier type (22a) étant positionné à une première distance (Wl) de la fenêtre (29), l'orifice de deuxième type (22b) étant positionné à une deuxième distance (W2) de la fenêtre (29), la première distance (Wl) est inférieure à une deuxième distance (W2).
3. Dispositif d'homogénéisation (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les orifices (22, 22a, 22b, 22c) sont répartis en groupe (Gl, G2,
G3), un groupe (Gl, G2, G3) d'orifices (22, 22a, 22b, 22c) étant formé par au moins deux orifices (22, 22a, 22b, 22c) adjacents l'un à l'autre et de sections de passage (Dl, D2, D3, DN) identiques l'une à l'autre.
4. Dispositif d'homogénéisation (18) selon les revendications 2 et 3, dans lequel les orifices (22, 22a, 22b, 22c) sont répartis au moins en un premier groupe (Gl) d'orifices de premier type (22a) présentant la première section de passage (Dl) et en un deuxième groupe (G2) d'orifices de deuxième type (22b) présentant la deuxième section de passage (D2).
5. Dispositif d'homogénéisation (18) selon la revendication 4, dans lequel les orifices de premier type (22a) du premier groupe (Gl) s'étendent sur au moins la moitié d'une longueur (L) du conduit (19) prise entre une première partie terminale (20) et une deuxième partie terminale (21) du conduit (19).
6. Dispositif d'homogénéisation (18) selon la revendication 5, dans lequel les orifices de premier type (22a) du premier groupe (Gl) s'étendent sur deux tiers de la longueur (L) du conduit (19) et les orifices de deuxième type (22b) du deuxième groupe (G2) s'étendent sur un tiers de la longueur (L) du conduit (19), à 5% près.
7. Dispositif d'homogénéisation (18) selon la revendication 4, dans lequel les orifices (22, 22a, 22b, 22c) sont répartis au moins en un premier groupe (Gl) d'orifices de premier type (22a) présentant la première section de passage (Dl), en un deuxième groupe (G2) d'orifices de deuxième type (22b) présentant la deuxième section de passage (D2), et en un troisième groupe (G3) d'orifices de troisième type (22c) présentant une troisième section de passage (D3).
8. Dispositif d'homogénéisation (18) selon la revendication 7, dans lequel les orifices de premier type (22a) du premier groupe (Gl) s'étendent sur un tiers de la longueur (L) du conduit (19), les orifices de deuxième type (22b) du deuxième groupe (G2) s'étendent sur un tiers de la longueur (L) du conduit (19) et les orifices de troisième type (22c) du deuxième groupe (G3) s'étendent sur un tiers de la longueur (L) du conduit (19), à 5% près.
9. Dispositif d'homogénéisation (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la section de passage (D) des orifices (22, 22a, 22b, 22c) est une fonction croissante d'une distance (W) prise entre la fenêtre (29) et les orifices (22, 22a, 22b, 22c).
10. Dispositif d'homogénéisation (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 2, dans lequel le conduit (19) comprend une première partie terminale (20) pourvue de la fenêtre (29) et une deuxième partie terminale (21) qui est obturée.
11. Dispositif d'homogénéisation (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit (19) est cylindrique.
12. Echangeur de chaleur (5) comprenant une boîte collectrice (8) logeant au moins un dispositif d'homogénéisation (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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