FR2758876A1 - Cooler and condenser esp. for coolant in vehicle air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
Condenseur muni d'un réservoir de fluide réfrigérant pour circuit de climatisation
L'invention concerne un condenseur pour le refroidissement et la condensation d'un fluide circulant à l'état liquide et à l'état gazeux, notamment d'un fluide réfrigérant dans une installation de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un réceptacle tubulaire allongé dans une direction longitudinale sensiblement verticale, à travers la paroi latérale duquel débouchent des tubes de circulation de fluide allongés sensiblement horizontalement et mutuel le ment alignés en une rangée selon ladite direction longitudinale, la rangée de tubes étant subdivisée en groupes d'au moins un tube chacun que le fluide parcourt en série, alternativement vers le réceptacle et depuis celui-ci, pour être d'abord refroidi jusqu'à une température de condensation, et condensé, dans un sous-ensemble supérieur des tubes formé par l'un au moins desdits groupes et débouchant dans au moins une première chambre collectrice du réceptacle, puis sous-refroidi, dans un sous-ensemble inférieur des tubes formé par le ou les groupes restants et débouchant dans au moins une seconde chambre collectrice du réceptacle, par échange de chaleur avec un flux gazeux balayant extérieurement les tubes, le condenseur comprenant également un réservoir de fluide interposé dans le circuit entre les première et seconde chambres collectrices.Condenser with a coolant tank for air conditioning circuit
The invention relates to a condenser for cooling and condensing a fluid circulating in the liquid state and in the gaseous state, in particular a refrigerant fluid in an air conditioning installation of the passenger compartment of a motor vehicle, comprising a tubular receptacle elongated in a substantially vertical longitudinal direction, through the side wall of which flow out substantially horizontally and mutually elongated fluid circulation tubes aligned in a row in said longitudinal direction, the row of tubes being subdivided into groups of '' at least one tube each that the fluid travels in series, alternately towards and from the receptacle, to be first cooled to a condensation temperature, and condensed, in an upper subset of the tubes formed by at least one of said groups and opening into at least a first collecting chamber of the receptacle, then sub-cooled, dan s a lower sub-assembly of the tubes formed by the remaining group or groups and opening into at least a second collecting chamber of the receptacle, by heat exchange with a gaseous flow externally sweeping the tubes, the condenser also comprising a fluid reservoir interposed in the circuit between the first and second collecting chambers.
Des condenseurs de ce genre sont couramment utilisés dans les circuits de fluide réfrigérant des installations de climatisation de véhicules automobiles.Such condensers are commonly used in the refrigerant circuits of air conditioning systems of motor vehicles.
Pour un circuit de fluide réfrigérant donné, la température du fluide à la sortie du condenseur est une fonction généralement décroissante de la masse de fluide contenu dans le circuit. Pour un fonctionnement correct, il est nécessaire que cette température soit inférieure de quelques degrés à la température d'équilibre liquide-gaz du fluide réfrigérant, afin d'assurer que ce fluide quitte le condenseur entièrement à l'état liquide. Lors de l'utilisation du circuit, la masse de fluide réfrigérant qu'il contient va généralement en diminuant par suite de légers défauts d'étanchéité et/ou de dégradations du fluide. La présence d'un palier dans la courbe de variation de la température de sortie en fonction de la masse de fluide permet de maintenir cette température malgré la diminution de la masse de fluide et d'allonger ainsi la durée d'utilisation du circuit avant une recharge de fluide. On a constaté l'absence d'un tel palier pour des condenseurs dont le réservoir communique avec le ou les secondes chambres collectrices par une forte section de passage.For a given refrigerant circuit, the temperature of the fluid leaving the condenser is a generally decreasing function of the mass of fluid contained in the circuit. For correct operation, this temperature must be a few degrees lower than the liquid-gas equilibrium temperature of the refrigerant, in order to ensure that this fluid leaves the condenser entirely in the liquid state. When using the circuit, the mass of refrigerant it contains generally decreases as a result of slight leaks and / or degradation of the fluid. The presence of a plateau in the curve of variation of the outlet temperature as a function of the mass of fluid makes it possible to maintain this temperature despite the decrease in the mass of fluid and thus lengthen the duration of use of the circuit before a fluid refill. It has been noted that there is no such bearing for condensers whose reservoir communicates with the second collecting chamber (s) via a large passage section.
Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient.The object of the invention is to remedy this drawback.
L'invention vise notamment un condenseur du genre défini en introduction, et prévoit que le réservoir est constitué par un volume prévu à l'intérieur du réceptacle, isolé d'une communication directe avec les tubes par une première cloison sensiblement verticale s'étendant au moins sur la majeure partie de sa hauteur, la communication entre le réservoir et la seconde chambre se faisant par un orifice ménagé dans une seconde cloison, orifice dont la superficie ne dépasse pas la moitié de la section transversale interne du réceptacle.The invention relates in particular to a condenser of the kind defined in the introduction, and provides that the reservoir consists of a volume provided inside the receptacle, isolated from direct communication with the tubes by a first substantially vertical partition extending at less over most of its height, the communication between the tank and the second chamber being made by an orifice formed in a second partition, orifice whose area does not exceed half of the internal cross section of the receptacle.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Ladite seconde cloison s'étend transversalement, sur toute la section interne du réceptacle.Optional, complementary or alternative features of the invention are set out below: - Said second partition extends transversely, over the entire internal section of the receptacle.
- Ladite superficie est voisine de 50 mm2.- Said area is close to 50 mm2.
- Ladite superficie est sensiblement égale à la section de passage d'une tubulure de sortie du condenseur.- Said area is substantially equal to the passage section of an outlet pipe of the condenser.
- La première cloison s'étend au moins sur la hauteur d'une première chambre collectrice. - The first partition extends at least over the height of a first collecting chamber.
- Les tubes de circulation débouchent, à l'opposé du réceptacle, dans une boîte collectrice allongée sensiblement verticalement et séparée en différentes chambres collectrices par au moins une cloison transversale intermédiaire, les tubes de chaque groupe débouchant dans une même chambre collectrice du réceptacle et dans une même chambre collectrice de la boîte collectrice et les tubes de deux groupes consécutifs débouchant à une extrémité dans une même chambre collectrice et à l'autre extrémité dans deux chambres collectrices mutuellement adjacentes.- The circulation tubes open, opposite the receptacle, in an elongated collecting box substantially vertically and separated into different collecting chambers by at least one intermediate transverse partition, the tubes of each group opening into the same collecting chamber of the receptacle and into the same collecting chamber of the collecting box and the tubes of two consecutive groups opening at one end into the same collecting chamber and at the other end into two mutually adjacent collecting chambers.
- La boîte collectrice comprend une chambre collectrice d'entrée communiquant avec une tubulure d'entrée de fluide dans le condenseur, une chambre collectrice de sortie communiquant avec une tubulure de sortie de fluide du condenseur, et au moins une chambre collectrice intermédiaire.- The manifold comprises an inlet manifold chamber communicating with a fluid inlet manifold in the condenser, an outlet manifold chamber communicating with a fluid outlet manifold of the condenser, and at least one intermediate manifold chamber.
- Lesdites premières et seconde chambres collectrices du réceptacle comprennent au moins une première chambre amont communiquant avec ladite chambre d'entrée et avec une chambre intermédiaire de la boîte collectrice par des groupes de tubes respectifs, une première chambre aval recevant le fluide d'une chambre intermédiaire de la boîte collectrice via un groupe de tubes et délivrant le fluide directement au réservoir, et une seconde chambre amont adjacente à la seconde cloison, recevant le fluide du réservoir par ledit orifice et le renvoyant vers une chambre de la boîte collectrice.- Said first and second manifold chambers of the receptacle comprise at least a first upstream chamber communicating with said inlet chamber and with an intermediate chamber of the manifold by respective groups of tubes, a first downstream chamber receiving the fluid from a chamber intermediary of the manifold via a group of tubes and delivering the fluid directly to the reservoir, and a second upstream chamber adjacent to the second partition, receiving the fluid from the reservoir through said orifice and returning it to a chamber of the manifold.
- Le réceptacle et la boîte collectrice possèdent chacun trois chambres collectrices, l'unique seconde chambre du réceptacle renvoyant le fluide vers ladite chambre de sortie.- The receptacle and the manifold each have three manifold chambers, the single second chamber of the receptacle returning the fluid to said outlet chamber.
- La première chambre aval communique directement avec le réservoir sans interposition d'une cloison.- The first downstream chamber communicates directly with the tank without the interposition of a partition.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un condenseur expérimental; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, relative à un condenseur selon l'invention; - les figures 3 et 4 sont des diagrammes montrant la variation de l'écart AT entre la température de condensation et la température de sortie du condenseur par rapport à la masse de fluide réfrigérant, pour des circuits de fluide comprenant respectivement un condenseur selon la figure 1 et un condenseur selon la figure 2.The characteristics and advantages of the invention will be explained in more detail in the description below, with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic representation of an experimental condenser; - Figure 2 is a view similar to Figure 1, relating to a condenser according to the invention; - Figures 3 and 4 are diagrams showing the variation of the difference AT between the condensing temperature and the condenser outlet temperature with respect to the mass of refrigerant, for fluid circuits comprising respectively a condenser according to the figure 1 and a condenser according to FIG. 2.
Chacun des condenseurs illustrés sur les figures 1 et 2 comprend une rangée de tubes 1 allongés horizontalement et mutuellement alignés verticalement. Chaque tube débouche par son extrémité droite, comme représenté sur les figures, dans une boîte collectrice 2 et par son extrémité gauche dans un réceptacle 3. La boîte collectrice 2 et le réceptacle 3 ont tous deux une forme générale tubulaire de section circulaire constante et sont allongés dans la direction verticale, le diamètre du réceptacle 3 étant plus grand que celui de la boîte 2. La boîte 2 et le réceptacle 3 sont fermés à leurs extrémités par des cloisons transversales supérieures et inférieures 2-1, 2-2, 3-1, 3-2.Each of the condensers illustrated in Figures 1 and 2 comprises a row of tubes 1 elongated horizontally and mutually aligned vertically. Each tube opens by its right end, as shown in the figures, into a manifold 2 and by its left end into a receptacle 3. The manifold 2 and the receptacle 3 both have a general tubular shape of constant circular section and are elongated in the vertical direction, the diameter of the receptacle 3 being greater than that of the box 2. The box 2 and the receptacle 3 are closed at their ends by upper and lower transverse partitions 2-1, 2-2, 3- 1, 3-2.
Le volume intérieur de la boîte 2 est subdivisé par deux cloisons transversales intermédiaires 4 et 5 en une chambre collectrice supérieure 6, comprise entre les cloisons 2-1 et 4, une chambre collectrice intermédiaire 7 comprise entre les cloisons 4 et 5 et une chambre collectrice inférieure 8 comprise entre les cloisons 5 et 2-2. Les chambres 6 et 8 communiquent respectivement avec une tubulure 9 d'entrée de fluide dans le condenseur et avec une tubulure 10 de sortie de fluide du condenseur, et constituent ainsi respectivement des chambres d'entrée et de sortie.The interior volume of the box 2 is subdivided by two intermediate transverse partitions 4 and 5 into an upper collecting chamber 6, comprised between the partitions 2-1 and 4, an intermediate collecting chamber 7 comprised between the partitions 4 and 5 and a collecting chamber lower 8 between the partitions 5 and 2-2. The chambers 6 and 8 communicate respectively with a tubing 9 for fluid inlet into the condenser and with a tubing 10 for fluid outlet from the condenser, and thus constitute respectively inlet and outlet chambers.
Une cloison verticale 11 et une cloison horizontale 12 délimitent à l'intérieur du réceptacle 3 une chambre collec trice 13 adjacente à la cloison supérieure 3-1 et communiquant avec une partie des tubes 1. La cloison 12 se trouve à une hauteur intermédiaire entre les cloisons 4 et 5.A vertical partition 11 and a horizontal partition 12 delimit inside the receptacle 3 a collecting chamber 13 adjacent to the upper partition 3-1 and communicating with part of the tubes 1. The partition 12 is at an intermediate height between the partitions 4 and 5.
Des intercalaires 14 maintiennent l'écartement mutuel des tubes, entre la boîte collectrice 2 et le réceptacle 3, et améliorent l'échange thermique entre les tubes et un flux d'air passant entre ceux-ci, perpendiculairement au plan des figures.Dividers 14 maintain the mutual spacing of the tubes, between the manifold 2 and the receptacle 3, and improve the heat exchange between the tubes and an air flow passing between them, perpendicular to the plane of the figures.
Les tubes 1 forment, du haut en bas de la rangée, quatre groupes G1 à G4 dans lesquels les sens de circulation du fluide sont alternés. Le groupe G1 est formé des tubes situés plus haut que la cloison 4. Le fluide y circule de la chambre 6 vers la chambre 13. Le groupe G2 est formé des tubes situés plus bas que la cloison 4 et plus haut que la cloison 12. Le fluide y circule de la chambre 13 vers la chambre 7. Les tubes du groupe G3 sont situés au-dessous de la cloison 12 et au-dessus de la cloison 5. Le fluide y circule de la chambre 7 vers le volume du réceptacle 3 situé au-dessous de la cloison 12, et les tubes du groupe G4, situés plus bas que la cloison 5, sont parcourus par le fluide depuis ce même volume jusqu'à la chambre de sortie 8. Le nombre de tubes dans chaque groupe va en diminuant de haut en bas en raison de la diminution de volume liée à la condensation du fluide.The tubes 1 form, from top to bottom of the row, four groups G1 to G4 in which the directions of circulation of the fluid are alternated. The group G1 is formed of tubes located higher than the partition 4. The fluid circulates there from the chamber 6 towards the chamber 13. The group G2 is formed of the tubes situated lower than the partition 4 and higher than the partition 12. The fluid circulates there from the chamber 13 towards the chamber 7. The tubes of group G3 are located below the partition 12 and above the partition 5. The fluid circulates there from the chamber 7 towards the volume of the receptacle 3 located below the partition 12, and the tubes of group G4, located lower than the partition 5, are traversed by the fluid from this same volume to the outlet chamber 8. The number of tubes in each group goes decreasing from top to bottom due to the decrease in volume linked to the condensation of the fluid.
Dans les groupes G1 à G3, le fluide est refroidi jusqu'à la température de condensation et condensé, et dans la groupe
G4, il est "sous-refroidi" jusqu'à une température inférieure à la température de condensation.In groups G1 to G3, the fluid is cooled to the condensation and condensed temperature, and in group
G4, it is "sub-cooled" to a temperature below the condensation temperature.
Dans le condenseur de la figure 1, la partie du volume interne du réceptacle 3 extérieure à la chambre 13 n'est partagée par aucune cloison et forme une chambre collectrice unitaire 15, communiquant avec les groupes de tubes G3 et G4 et située notamment au-dessous de la cloison 12, et un réservoir de fluide 16 s'étendant notamment en arrière de la cloison 11 par rapport à la chambre collectrice 13. In the condenser of FIG. 1, the part of the internal volume of the receptacle 3 external to the chamber 13 is not shared by any partition and forms a unitary collecting chamber 15, communicating with the groups of tubes G3 and G4 and located in particular at- below the partition 12, and a fluid reservoir 16 extending in particular behind the partition 11 relative to the collecting chamber 13.
La figure 3 montre la variation de la différence AT (en "C) entre la température de condensation et la température du fluide à la sortie du condenseur de la figure 1, en fonction de la masse m en grammes d'un fluide réfrigérant désigné sous la référence R134a, utilisé couramment dans les installations de réfrigération, contenue dans le circuit comprenant ce condenseur. AT varie constamment dans le même sens que m, et la courbe présente seulement un palier très peu marqué entre 570 g et 640 g environ.FIG. 3 shows the variation of the difference AT (in "C) between the condensing temperature and the temperature of the fluid at the outlet of the condenser of FIG. 1, as a function of the mass m in grams of a refrigerating fluid designated under the reference R134a, commonly used in refrigeration installations, contained in the circuit comprising this condenser, AT varies constantly in the same direction as m, and the curve presents only a very slightly marked plateau between 570 g and 640 g approximately.
Le condenseur de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 par la présence d'une cloison horizontale 20 en travers du réceptacle 3, à la même hauteur que la cloison 5, la cloison 20 étant percée d'un orifice 21 d'une superficie de 50 mm2.The condenser of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 by the presence of a horizontal partition 20 across the receptacle 3, at the same height as the partition 5, the partition 20 being pierced with an orifice 21 of a area of 50 mm2.
Une chambre collectrice 22 est ainsi définie entre les cloison 12 et 20, dans laquelle débouchent les tubes du groupe G3 et qui communique sans restriction avec le réservoir 16, et une autre chambre collectrice 23 entre les cloisons 20 et 3-2, dans laquelle débouchent les tubes du groupe G4 et qui communique avec le réservoir exclusivement par l'intermédiaire de l'orifice 21. La superficie de 50 mm2 correspond à la section de passage de la tubulure de sortie 10. Le réservoir 16 est isolé d'une communication directe avec les tubes, par la cloison 11, sur plus des trois quarts de la hauteur comprise entre les cloisons 3-1 et 20.A collecting chamber 22 is thus defined between the partitions 12 and 20, into which the tubes of group G3 open and which communicates without restriction with the reservoir 16, and another collecting chamber 23 between the partitions 20 and 3-2, into which open the tubes of group G4 and which communicates with the tank exclusively via the orifice 21. The area of 50 mm2 corresponds to the passage section of the outlet pipe 10. The tank 16 is isolated from direct communication with the tubes, by the partition 11, over more than three quarters of the height between the partitions 3-1 and 20.
On a constaté que la présence de la cloison 20 a une influence sensible sur l'évolution de l'écart AT en fonction de la masse de fluide réfrigérant. La courbe correspondante est représentée sur la figure 4, et présente un palier qui s'étend depuis moins de 500 g jusqu'à plus de 700 g. La masse de fluide réfrigérant peut donc varier sur cet intervalle sans affecter l'efficacité du condenseur, ce qui permet d'espacer les opérations de maintenance du circuit.It was found that the presence of the partition 20 has a significant influence on the evolution of the difference AT as a function of the mass of refrigerant. The corresponding curve is shown in Figure 4, and has a plateau which extends from less than 500 g to more than 700 g. The mass of refrigerant can therefore vary over this interval without affecting the efficiency of the condenser, which makes it possible to space out the maintenance operations of the circuit.
Il est possible, selon l'invention, de prolonger la cloison 11 vers le bas jusqu'à la cloison 20, séparant ainsi la chambre collectrice 22 et le réservoir 16 qui ne communiquent plus entre eux que par l'intermédiaire d'un orifice ménagé dans la cloison ainsi prolongée. It is possible, according to the invention, to extend the partition 11 downwards to the partition 20, thus separating the collecting chamber 22 and the reservoir 16 which no longer communicate with each other except through a orifice in the partition thus extended.
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