FR2840674A1 - Dispositif d'echange de chaleur pour un cycle frigorifique a compression - Google Patents

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Abstract

Dans un dispositif d'échange de chaleur (7) destiné à un cycle frigorifique à compression, un échangeur de chaleur interne (5) est fixé à une extrémité d'un radiateur (2). L'échangeur de chaleur interne (S) est agencé de telle sorte que des passages de fluide frigorifique à haute pression (5a) soient plus près du radiateur (2) que des passages de fluide frigorifique à basse pression (5c). Le dispositif d'échange de chaleur (7) peut être monté sur un véhicule de telle sorte que le radiateur (2) reçoive plus d'air de refroidissement que l'échangeur de chaleur interne (5). Du fait que l'échangeur de chaleur interne (5) exécute un échange de chaleur entre le fluide frigorifique à haute pression et le fluide frigorifique à basse pression, les performances de l'échangeur de chaleur interne (5) ne sont pas dégradées même s'il est situé au niveau d'une partie recevant moins d'air de refroidissement. Donc, le dispositif d'échange de chaleur (7) est facilement monté sur un véhicule en intégrant l'échangeur de chaleur interne (5) au radiateur (2), sans affaiblir une capacité de refroidissement du radiateur (2).

Description

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DISPOSITIF D'ECHANGE DE CHALEUR
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif d'échange de chaleur pour un cycle frigorifique à compression de véhicule.
En général, un échangeur de chaleur du coté haute pression d'un cycle frigorifique à compression de véhicule est monté à l'avant d'un véhicule derrière un renforcement du pare-chocs.
Dans un cas où le renforcement du pare-chocs s'étend d'un côté droit à un côté gauche du véhicule pratiquement au milieu de l'échangeur de chaleur dans une direction verticale, l'air de refroidissement passe d'une façon générale par une partie supérieure et une partie inférieure de l'échangeur de chaleur.
Dans certains modèles, l'air de refroidissement passe d'une façon générale par des parties gauche et droite de l'échangeur de chaleur.
Quant au cycle frigorifique à compression, par exemple, le document JP-A-2000-97 504 (brevet des Etats-Unis 6 189 334) propose un procédé d'amélioration du rendement par échange de chaleur entre un fluide frigorifique à haute pression et un fluide frigorifique à basse pression.
C'est un but de la présente invention de fournir un nouveau type de cycle frigorifique à compression de véhicule comprenant un échangeur de chaleur interne qui exécute un échange de chaleur entre un fluide frigorifique à haute pression et un fluide frigorifique à basse pression.
C'est un autre but de la présente invention de fournir un dispositif d'échange de chaleur pour un cycle frigorifique à compression présentant une aptitude au montage améliorée sur un véhicule.
Conformément à un aspect de la présente invention, un dispositif d'échange de chaleur comprend un premier échangeur de chaleur destiné à rayonner la chaleur d'un premier fluide frigorifique dans l'air et un second échangeur de chaleur destiné à exécuter un échange de chaleur entre le premier fluide frigorifique et un second fluide frigorifique présentant une pression inférieure à celle du premier fluide frigorifique. Le premier échangeur de chaleur comprend une pluralité de tubes agencés en parallèle et un collecteur de tête relié aux extrémités des tubes de sorte qu'un axe longitudinal du
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collecteur de tête est perpendiculaire aux axes longitudinaux des tubes. Le second échangeur de chaleur est intégré à une extrémité du premier échangeur de chaleur de sorte que l'axe longitudinal du second échangeur de chaleur est parallèle à l'axe longitudinal du collecteur de tête.
Du fait que le premier échangeur de chaleur et le second échangeur de chaleur sont intégrés, le dispositif d'échange de chaleur est facilement monté sur un véhicule. Du fait que le second échangeur de chaleur exécute un échange de chaleur entre le premier fluide frigorifique et le second fluide frigorifique, le dispositif d'échange de chaleur peut être agencé de sorte que le premier échangeur de chaleur reçoive plus d'air de refroidissement que n'en reçoit le second échangeur de chaleur. De ce fait, le premier échangeur de chaleur et le second échangeur de chaleur peuvent être intégrés et montés sans réduire la capacité de refroidissement du premier échangeur de chaleur.
Le dispositif d'échange de chaleur peut être utilisé pour un cycle frigorifique à compression comprenant un éjecteur et un séparateur gaz-liquide. L'éjecteur et le séparateur gaz-liquide peuvent être intégrés au premier échangeur de chaleur et au second échangeur de chaleur à l'extrémité du premier échangeur de chaleur. De ce fait, le séparateur gaz-liquide et l'éjecteur sont facilement montés sur le véhicule avec l'éjecteur et le séparateur gaz-liquide, sans réduire la capacité de refroidissement du premier échangeur de chaleur.
D'autres buts, caractéristiques et avantages et de la présente invention deviendront plus évidents d'après la description détaillée qui suit faite en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels les parties identiques sont désignées par des références numériques identiques et dans lesquels :
La figure 1 est un schéma simplifié d'un cycle frigorifique à compression selon le premier mode de réalisation de la présente invention,
La figure 2A est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon le premier mode de réalisation de la présente invention,
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La figure 2B est une vue en coupe transversale d'une partie principale de l'échangeur de chaleur prise suivant la ligne IIBIIB sur la figure 2A,
La figure 3A est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon le second mode de réalisation de la présente invention,
La figure 3B est une vue en coupe transversale d'une partie principale de l'échangeur de chaleur comprenant un accumulateur selon le second mode de réalisation de la présente invention,
La figure 4 est un schéma simplifié d'un cycle frigorifique à compression selon le troisième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 5 est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur comprenant un éjecteur selon le troisième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 6 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur comprenant un accumulateur selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 7 est une vue en coupe transversale d' une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le cinquième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 8 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le sixième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 9 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le septième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 10 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le huitième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 11 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le neuvième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 12 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le dixième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 13 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le onzième mode de réalisation de la présente invention,
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La figure 14 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le douzième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 15 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le treizième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 16 est une vue en coupe transversale d'une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le quatorzième mode de réalisation de la présente invention,
La figure 17 est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon le quinzième mode de réalisation de la présente invention, et
La figure 18 est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon le quinzième mode de réalisation de la présente invention.
Des modes de réalisation de la présente invention seront décrits ci-après en faisant référence aux dessins.
[Premier mode de réalisation]
Un cycle frigorifique à compression représenté sur la figure 1 est par exemple utilisé pour une unité de conditionnement d'air de véhicule. Un compresseur 1 aspire et comprime un fluide frigorifique en recevant une force d'entraînement provenant d'un moteur thermique ou d'un moteur électrique. Un radiateur 2 est un échangeur de chaleur du côté haute pression. Le radiateur 2 exécute un échange de chaleur entre le fluide frigorifique à haute pression qui a été comprimé dans le compresseur 1 et l'air extérieur d'un habitacle, rayonnant ainsi la chaleur du fluide frigorifique à haute pression dans l'air.
Une vanne de détente 3 est un dispositif de réduction de pression destiné à décomprimer et détendre le fluide frigorifique à haute pression sous une forme isenthalpique. La vanne de détente 3 commande une pression du fluide frigorifique à haute pression avant qu'il ne soit décomprimé par la vanne de détente 3 sur la base d'une température du fluide frigorifique à haute pression, c'est à dire avant qu'il ne soit décomprimé par la vanne de détente 3 de sorte que le cycle frigorifique à compression maintient un rendement pratiquement à un niveau maximum.
Un évaporateur 4 est un échangeur de chaleur du côté basse pression. L'évaporateur 4 évapore le fluide frigorifique à basse
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pression qui a été décomprimé par la vanne de détente 3 et se trouve dans un état de gaz et de liquide et refroidit l'air devant être soufflé dans l'habitacle. Un échangeur de chaleur interne 5 exécute un échange de chaleur entre le fluide frigorifique à haute pression et le fluide frigorifique à basse pression.
Un accumulateur 6 est un séparateur gaz-liquide.
L'accumulateur 6 sépare le fluide frigorifique sortant de l'évaporateur 4 en un fluide frigorifique gazeux et un fluide frigorifique liquide. L'accumulateur 6 stocke dans celui-ci un surplus de fluide frigorifique et fournit le fluide frigorifique gazeux à une entrée du compresseur 1.
Comme représenté sur les figures 2A et 2B, le radiateur 2 et l'échangeur de chaleur interne 5 sont intégrés. Ci-après, le radiateur intégré 2 et l'échangeur de chaleur interne 5 seront appelés échangeur de chaleur (dispositif d'échange de chaleur) 7.
Le radiateur 2 est constitué d'une pluralité de tubes 2a dans lesquels le réfrigérant circule, d'ailettes 2b assemblées sur les surfaces extérieures des tubes 2a et de collecteurs de tête 2c prévus aux extrémités longitudinales des tubes 2a pour communiquer avec les tubes 2a. Les ailettes 2b sont ondulées pour agrandir les aires de surface de transmission de chaleur avec l'air de refroidissement.
Dans ce cas, l'échangeur de chaleur 7 est monté sur le véhicule de sorte que les tubes 2a soient agencés pratiquement horizontalement et que les collecteurs de tête 2c soient agencés pratiquement verticalement. En outre, les intérieurs des collecteurs de tête 2c sont divisés en une pluralité d'espaces.
Dans le radiateur 2, le fluide frigorifique à haute pression circule horizontalement en suivant des formes de U répétées depuis le tube inférieur 2a jusqu'au tube supérieur 2a. Ensuite, le réfrigérant circule dans le collecteur de tête 2c (collecteur de tête droit 2c sur la figure 2) et ensuite dans l'échangeur de chaleur interne 5 intégré à l'extrémité horizontale du radiateur 2.
L'échangeur de chaleur interne 5 comprend un tube à haute pression (premier tube) 5b formant une pluralité de passages de fluide frigorifique à haute pression 5a dans celui-ci et un tube à basse pression (second tube) 5d formant une pluralité de
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passages de fluide frigorifique à basse pression 5c dans celuici. Le tube à haute pression 5b et le tube à basse pression 5d sont réalisés par un tube poreux qui est moulé intégralement par extrusion ou emboutissage. Dans le mode de réalisation, le tube poreux est formé par emboutissage.
L'échangeur de chaleur interne 5 est brasé sur le radiateur 2. En particulier, le tube poreux est brasé sur le collecteur de tête 2c de sorte que les passages de fluide frigorifique à haute pression 5a sont adjacents au radiateur 2 et les directions longitudinales des passages 5a sont parallèles à la direction longitudinale du collecteur de tête 2c, comme représenté sur les figures 2A et 2B. A la place d'un brasage, l'échangeur de chaleur interne 5 peut être soudé par soudure tendre au collecteur de tête 2c d'une manière similaire.
En outre, le radiateur 2 et l'échangeur de chaleur interne 5 sont réunis de sorte qu'une sortie de fluide frigorifique 2d du radiateur 2 est adjacente à une entrée de fluide frigorifique 5e de l'échangeur de chaleur interne 5. Donc, un tube pour fluide frigorifique destiné à relier la sortie de fluide frigorifique 2d et l'entrée de fluide frigorifique 5e n'est pas nécessaire.
L'échangeur de chaleur interne 5 est disposé de telle sorte que le fluide frigorifique à haute pression et le fluide frigorifique à basse pression circulent en parallèle, mais dans des directions opposées. Par exemple, le fluide frigorifique à haute pression circule de haut en bas et le fluide frigorifique à basse pression circule de bas en haut sur la figure 2A.
Des blocs de raccordement 5f, 5g dans lesquels des canalisations sont raccordées sont prévus aux extrémités de l'échangeur de chaleur interne 5. Le bloc de raccordement 5f communique avec une entrée du compresseur 1 par l'intermédiaire de la canalisation. Le bloc de raccordement 5g communique avec une sortie de fluide frigorifique gazeux de l'accumulateur 6 et une entrée de la vanne de détente 3 par l'intermédiaire des canalisations, respectivement.
Les blocs de raccordement 5f, 5g sont munis de trous pour vis 5h et d'ouvertures 5g au travers desquels le fluide frigorifique circule. Les trous pour vis 5h sont des trous pour vis femelles dans lesquels des boulons fixant les blocs de raccordement 5f, 5g et les blocs de raccordement des canalisations sont vissés.
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Dans le mode de réalisation, toutes les pièces constitutives constituant l'échangeur de chaleur 7 sont faites d'aluminium et sont intégralement brasées.
Ensuite, le fonctionnement du cycle frigorifique à compression sera décrit.
Le fluide frigorifique à haute pression et à haute température ayant été comprimé dans le compresseur 1 est refroidi dans le radiateur 2. Dans le mode de réalisation, du dioxyde de carbone est utilisé en tant que fluide frigorifique. Dans un cas de charge de chaleur importante, par exemple par temps chaud, une pression de refoulement du compresseur 1, c'est-à-dire une pression du fluide frigorifique à haute pression dépasse une pression critique du fluide frigorifique.
De ce fait, dans le radiateur 2, le fluide frigorifique réduit l'enthalpie tout en réduisant la température sans condensation.
Puis, le fluide frigorifique à haute pression refoulé depuis le radiateur 2 est refroidi dans l'échangeur de chaleur interne 5 par le fluide frigorifique à basse pression. Dans l'état où l'enthalpie est encore réduite, le fluide frigorifique est décomprimé dans la vanne de détente 3 et passe à l'état de phases gazeuse et liquide.
Dans l'évaporateur 4, le fluide frigorifique gazeux dans le fluide frigorifique gazeux et liquide qui a été décomprimé par la vanne de détente 3 s'évapore en absorbant de la chaleur depuis l'air devant être soufflé dans l'habitacle et pénètre dans l'accumulateur 6.
Ensuite, le fluide frigorifique gazeux dans l'accumulateur 6 est aspiré par le compresseur 1. Après avoir été comprimé dans le compresseur 1, le fluide frigorifique est refoulé depuis le compresseur 1 vers le radiateur 2.
Ensuite, les avantages de l'échangeur de chaleur 7 seront décrits.
Lorsque l'échangeur de chaleur 7 est monté à l'avant du véhicule de telle sorte que les tubes 2a soient horizontaux, l'air de refroidissement passe en général au travers de la partie supérieure et de la partie inférieure davantage qu'aux extrémités gauche et droite. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur interne 5 est situé à l'extrémité du radiateur 2. Donc, la partie supérieure et la partie inférieure peuvent être prévues
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comme étant les parties d'échange de chaleur du radiateur 2, ainsi le radiateur 2 maintient sa capacité de refroidissement.
Par ailleurs, l'échangeur de chaleur interne 5 exécute un échange de chaleur entre le fluide frigorifique à haute pression et le fluide frigorifique à basse pression. C'est-à-dire que la chaleur n'est pas échangée entre l'air et le fluide frigorifique. De ce fait, la capacité d'échange de chaleur de l'échangeur de chaleur interne 5 n'est pas dégradée même s'il est situé au niveau d'une partie recevant moins d'air de refroidissement.
De ce fait, en intégrant l'échangeur de chaleur interne 5 au radiateur 2, l'échangeur de chaleur 7 est facilement monté sur le véhicule sans réduire la capacité de refroidissement du radiateur 2.
Sur la figure 2, l'échangeur de chaleur interne 5 est fixé à l'extrémité droite du radiateur 2. Cependant, l'échangeur de chaleur interne 5 peut être fixé à l'autre extrémité du radiateur 2.
En outre, le collecteur de tête 2c est disposé à l'extrémité du radiateur 2. L'axe longitudinal du collecteur de tête 2c est parallèle aux axes longitudinaux du tube à haute pression 5b et du tube à basse pression 5d de l'échangeur de chaleur interne 5.
L'aire de la surface de jonction entre l'échangeur de chaleur interne 5 et le collecteur de tête 2c est importante. De ce fait, l'échangeur de chaleur interne 5 est facilement raccordé au collecteur de tête 2c.
Au contraire, si l'axe longitudinal du collecteur de tête 2c n'est pas parallèle à l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur interne 5, l'aire de la surface de jonction est petite et il est difficile de braser directement l'échangeur de chaleur interne 5 au collecteur de tête 2c. Dans un tel cas, un élément de fixation tel qu'une patte de fixation est nécessaire pour raccorder l'échangeur de chaleur interne 5 au collecteur de tête 2c.
Les passages de fluide frigorifique à haute pression 5a sont disposés plus près du radiateur 2 que les passages de fluide frigorifique à basse pression 5c. De ce fait, il est facile de réunir la sortie de fluide frigorifique 2d du radiateur 2 et l'entrée de fluide frigorifique 5e de l'échangeur de chaleur interne 5.
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De ce fait, le radiateur 2 et l'échangeur de chaleur interne 5 sont intégrés sans difficulté. En outre, le fluide frigorifique peut être directement introduit du radiateur 2 dans l'échangeur de chaleur interne 5. Un tube pour fluide frigorifique faisant communiquer le radiateur 2 et l'échangeur de chaleur interne 5 n'est pas nécessaire. Par conséquent, une perte de pression due à un frottement avec le tube se réduit. De même, le nombre des pièces constitutives diminue.
Les passages de fluide frigorifique à haute pression 5a sont disposés de façon adjacente au radiateur 2. De ce fait, les passages de fluide frigorifique à haute pression 5a agissent en tant que partie d'isolement de chaleur empêchant la chaleur du fluide frigorifique à haute pression circulant dans le radiateur 2 de se transférer vers le fluide frigorifique à basse pression circulant dans l'échangeur de chaleur interne 5.
Par conséquent, la chaleur devant être rayonnée vers l'air extérieur par le radiateur 2 est empêchée de se transférer vers le fluide frigorifique à basse pression dans l'échangeur de chaleur interne 5. Un intervalle de température entre le fluide frigorifique dans le radiateur 2 et l'air peut être maintenu. De ce fait, le radiateur 2 fournit la capacité de rayonnement de chaleur et l'échangeur de chaleur interne 5 fournit la fonction de réduction de l'enthalpie du fluide frigorifique sortant du radiateur 2.
[Second mode de réalisation]
Dans le second mode de réalisation, l'accumulateur 6 est intégré dans l'échangeur de chaleur 7 du premier mode de réalisation.
Comme représenté sur les figures 3A et 3B, le radiateur 2, l'échangeur de chaleur interne 5 et l'accumulateur 6 sont intégralement brasés dans un état où l'échangeur de chaleur interne 5 est agencé entre le radiateur 2 et l'accumulateur 6.
En particulier, l'axe longitudinal de l'accumulateur 6 est pratiquement parallèle à l'axe longitudinal du collecteur de tête 2c. En outre, une sortie de fluide frigorifique gazeux 6a de l'accumulateur 6 et une entrée de fluide frigorifique 5k de l'échangeur de chaleur interne 5 sont réunies l'une à l'autre.
Dans l'accumulateur 6, un tube de refoulement de fluide frigorifique gazeux 6b est prévu de telle sorte que son extrémité supérieure soit ouverte dans un espace supérieur
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(espace de fluide frigorifique gazeux) de l'accumulateur 6, de sorte que le fluide frigorifique gazeux est introduit vers l'entrée de fluide frigorifique 5k de l'échangeur de chaleur interne 5. Un trou de retour d'huile 6c est formé au niveau d'une partie inférieure du tube 6b pour aspirer une huile de la machine frigorifique qui est séparée et extraite du fluide frigorifique par différence de densité.
De ce fait, le second mode de réalisation procure des avantages similaires à ceux du premier mode de réalisation. En outre, du fait que l'échangeur de chaleur interne 5 est situé entre le radiateur 2 et l'accumulateur 6, il est moins probable que le fluide frigorifique à basse température dans l'accumulateur 6 soit chauffé par le fluide frigorifique à haute température circulant dans le radiateur 2.
Si le fluide frigorifique à basse température dans l'accumulateur 6 est chauffé, la masse volumique du fluide frigorifique devant être aspirée dans le compresseur 1 est diminuée. Grâce à ceci, un débit de fluide frigorifique et un taux de rayonnement de chaleur du radiateur 2 chutent résultant en une diminution de la capacité de réfrigération du cycle frigorifique à compression.
[Troisième mode de réalisation]
Dans le troisième mode de réalisation, comme représenté sur la figure 4, un éjecteur 8 est utilisé en tant que moyen de décompression du cycle frigorifique à compression, à la place de la vanne de détente 3. L'éjecteur 8 décomprime le fluide frigorifique dans une forme isenthalpique et convertit l'enthalpie diminuée par la décompression en énergie de pression. En outre, comme représenté sur la figure 5, un passage de fluide frigorifique 8b au travers duquel le fluide frigorifique est introduit de l'échangeur de chaleur interne 5 à l'éjecteur 8, le radiateur 2, l'échangeur de chaleur interne 5, l'accumulateur 6 et l'éjecteur 8 sont intégrés.
L'éjecteur 8 est logé dans l'accumulateur de telle sorte qu'une sortie de fluide frigorifique 8a est située au niveau de l'espace supérieur de l'accumulateur 6 et l'axe longitudinal de l'éjecteur 8 est pratiquement parallèle à l'axe longitudinal de l'accumulateur 6.
L'éjecteur 8 agit en tant que moyen de décompression et moyen de pompage (voir par exemple, la norme JIS Z 8126,
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N 2. 1.2.3). L'éjecteur 8 comprend une buse destinée à décomprimer et à détendre le fluide frigorifique, une partie de mélange destinée à augmenter une pression d'aspiration du compresseur 1 en aspirant le fluide frigorifique gazeux évaporé dans l'évaporateur 4 et à convertir l'énergie de détente en énergie de pression, et une partie d'augmentation de pression comprenant un diffuseur.
Dans le mode de réalisation, pour augmenter la vitesse du fluide frigorifique éjecté de la buse à une vitesse supérieure à la vitesse du son, une buse de Laval comprenant une partie de gorge étranglant le passage dans celle-ci est utilisée (voir "Fluid engineering" (génie des fluides), Tokyo University Press) .
Le fluide frigorifique gazeux dans l'accumulateur 6 est aspiré dans le compresseur 1. Le fluide frigorifique refoulé depuis le compresseur 1 est refroidi dans le radiateur 2 et est ensuite introduit vers l'éjecteur 8. Le fluide frigorifique est décomprimé et détendu au niveau de la buse et est éjecté depuis la buse à grande vitesse tout en aspirant le fluide frigorifique depuis l'évaporateur 4.
A ce moment, le fluide frigorifique éjecté depuis la buse et le fluide frigorifique aspiré depuis l'évaporateur 4 sont mélangés au niveau de la partie de mélange pour maintenir la somme de l'énergie cinétique de ces fluides frigorifiques. De ce fait, la pression (pression statique) du fluide frigorifique augmente au niveau de la partie de mélange.
Dans le diffuseur, une surface de section transversale du passage, c'est-à-dire un diamètre intérieur du diffuseur, augmente progressivement. De ce fait, l'énergie de vitesse du fluide frigorifique (pression dynamique) est convertie en énergie de pression (pression statique). Par conséquent, dans l'éjecteur 8, la pression du fluide frigorifique augmente au niveau de la partie de mélange et du diffuseur.
C'est-à-dire que dans un éjecteur idéal la pression du fluide frigorifique augmente de telle sorte que la somme de l'énergie cinétique des fluides frigorifiques est maintenue au niveau de la partie de mélange et que l'énergie est maintenue au niveau du diffuseur.
Lorsque le fluide frigorifique dans l'évaporateur 4 est aspiré dans l'éjecteur 8, le fluide frigorifique liquide est
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introduit de l'accumulateur 6 dans l'évaporateur 4. Le fluide frigorifique liquide s'évapore en absorbant la chaleur provenant de l'air devant être soufflé dans l'habitacle.
Ensuite, le fluide frigorifique aspiré depuis l'évaporateur 4 et le fluide frigorifique s'éjectant depuis la buse sont mélangés au niveau de la partie de mélange. Le fluide frigorifique retourne à l'accumulateur 6 en convertissant la pression dynamique en pression statique.
Dans le mode de réalisation, le radiateur 2, l'échangeur de chaleur interne 5, l'accumulateur 6 et l'éjecteur 8 sont intégrés. De ce fait, le raccordement entre ceux-ci est simple et la capacité de montage ou l'agencement sur le véhicule s'améliore.
Dans l'éjecteur 8, la partie de mélange et le diffuseur sont relativement longs. Du fait que l'éjecteur 8 est agencé de telle sorte que son axe longitudinal soit pratiquement parallèle à l'axe longitudinal de l'accumulateur 6, de ce fait, l'éjecteur 8 peut être facilement monté sur le véhicule tant que l'éjecteur 8 est égal au collecteur de tête 2c ou plus court que celui-ci.
Donc, la capacité de montage de l'éjecteur 8 s'améliore.
[Quatrième mode de réalisation]
Dans les modes de réalisation ci-dessus, le tube à haute pression 5b et le tube à basse pression 5d sont réalisés par le tube extrudé unique. Dans le quatrième mode de réalisation, le tube à haute pression 5b et le tube à basse pression 5d sont formés séparément par extrusion ou emboutissage et sont intégrés l'un à l'autre par brasage ou brasage tendre, comme représenté sur la figure 6.
Sur la figure 6, l'accumulateur 6 est intégré dans l'échangeur de chaleur 7. Cependant, il n'est pas toujours nécessaire d'intégrer l'accumulateur 6 dans l'échangeur de chaleur 7.
[Cinquième mode de réalisation]
Dans le cinquième mode de réalisation, l'échangeur de chaleur interne 5 comprend plusieurs tubes à haute pression 5b et plusieurs tubes à basse pression 5d, comme représenté sur la figure 7. Le nombre des tubes 5b, 5d n'est pas limité.
Par exemple, l'échangeur de chaleur interne peut comprendre un seul tube à haute pression 5b et plusieurs tubes à basse pression 5d. En variante, l'échangeur de chaleur interne 5 peut
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comprendre plusieurs tubes à haute pression 5b et un seul tube à basse pression 5d.
Les tubes 5b, 5d sont réalisés d'une manière similaire à celle du premier mode de réalisation et du quatrième mode de réalisation, ou par d'autres moyens.
[Sixième mode de réalisation]
Dans le sixième mode de réalisation, l'échangeur de chaleur interne 5 est construit pour exécuter un échange de chaleur entre le fluide frigorifique à haute pression circulant dans le collecteur de tête 2c et le fluide frigorifique à basse pression circulant dans le tube à basse pression 5d.
Du fait que la structure de l'échangeur de chaleur 7 comprenant l'échangeur de chaleur interne 5 est simple, la possibilité de montage de l'échangeur de chaleur 7 sur le véhicule s'améliore et un coût de fabrication se réduit.
[Septième mode de réalisation]
Le septième mode de réalisation est une modification du sixième mode de réalisation. Comme représenté sur la figure 9, les passages de fluide frigorifique à basse pression 5c sont formés dans le collecteur de tête 2c et le tube à basse pression 5d n'est pas prévu. Le collecteur de tête 2c est formé par extrusion ou emboutissage.
[Huitième mode de réalisation]
Comme représenté sur la figure 10, les passages de fluide frigorifique à haute pression 5a et les passages de fluide frigorifique à basse pression 5c sont formés dans un corps de réservoir 6d de l'accumulateur 6. Le tube à haute pression 5b et le tube à basse pression 5d ne sont pas prévus. Dans ce cas, le corps de réservoir 6d présente une forme sensiblement cylindrique et forme un espace de réservoir dans celui-ci. Le fluide frigorifique est séparé en fluide frigorifique gazeux et fluide frigorifique liquide, puis le fluide frigorifique liquide est stocké dans l'espace de réservoir.
Du fait que la structure de l'échangeur de chaleur 7 comprenant l'accumulateur 6 est simple, la possibilité de montage de l'échangeur de chaleur 7 sur le véhicule s'améliore et les coûts de fabrication de l'échangeur de chaleur sont moindres.
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[Neuvième mode de réalisation]
Comme représenté sur la figure 11, le séparateur gaz-liquide ou accumulateur 6 comprend un corps de réservoir 6d formé soit par extrusion, soit par emboutissage et l'éjecteur 8 est partiellement fourni par le corps de réservoir 6d. Le corps de réservoir 6d de l'accumulateur 6 forme un logement de l'éjecteur 8. L'éjecteur 8 est situé entre l'échangeur de chaleur interne 5 et l'accumulateur 6. De même, l'éjecteur 8 est formé de telle sorte que l'axe longitudinal de l'éjecteur 8 soit pratiquement parallèle à l'axe longitudinal de l'accumulateur 6.
Du fait que la structure de l'échangeur de chaleur 7 comprenant l'éjecteur 8 est simple, la possibilité de montage de l'échangeur de chaleur 7 sur le véhicule s'améliore et le coût de fabrication de l'échangeur de chaleur 7 se réduit.
[Dixième mode de réalisation]
Comme représenté sur la figure 12, l'éjecteur 8 est prévu à l'extérieur de l'accumulateur 6 et est agencé de telle sorte que son axe longitudinal soit pratiquement parallèle a l'axe longitudinal de l'accumulateur 6.
[Onzième mode de réalisation]
Comme représenté sur la figure 13, l'accumulateur 6 est agencé pratiquement parallèlement au collecteur de tête 2c et en rangée dans une direction pratiquement perpendiculaire aux directions longitudinales des tubes 2a.
[Douzième mode de réalisation]
L'accumulateur 6 est fixé à l'échangeur de chaleur 7 par un moyen de fixation mécanique tel que des vis, à la place d'un brasage et d'un brasage tendre. Comme représenté sur la figure 14, une patte de support 10 présentant une forme de plaque est brasée ou soudée par brasage tendre à l'échangeur de chaleur interne 5 (tube à basse pression 5d) . Une bande 11 entourant la périphérie extérieure de l'accumulateur 6 est fixée à la patte de support 10 par un boulon 9 de sorte que l'accumulateur 6 est maintenu.
[Treizième mode de réalisation]
Comme représenté sur la figure 15, une partie d'isolation de chaleur 12 est prévue entre le radiateur 2 et l'accumulateur 6 pour empêcher un transfert de chaleur entre ceux-ci.
La partie d'isolation de chaleur 12 est faite par exemple d'un caoutchouc isolant de la chaleur et est prise en sandwich entre la patte de support 10 et l'accumulateur 6. La partie d'isolation de chaleur 12 empêche le transfert de chaleur de l'échangeur de chaleur interne 5 à l'accumulateur 6 dans un
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trajet de chaleur depuis le radiateur 2, par l'échangeur de chaleur interne 5 à l'accumulateur 6. Par conséquent, il est moins probable que le fluide frigorifique à basse température accumulé dans l'accumulateur 6 soit chauffé.
[Quatorzième mode de réalisation]
Comme représenté sur la figure 16, un intervalle est défini entre le collecteur de tête 2c et l'échangeur de chaleur interne 5 en tant que partie d'isolation de chaleur 12 pour empêcher la chaleur de se transférer du radiateur 2 à l'échangeur de chaleur interne 5 et à l'accumulateur 6.
Du fait que le transfert de chaleur vers l'échangeur de chaleur interne 5 et l'accumulateur 6 est empêché, le radiateur 2 fournit la capacité de rayonnement de chaleur et l'échangeur de chaleur interne 5 fournit l'exécution de l'échange de chaleur.
Sur la figure 16, bien que l'accumulateur 6 ne soit pas illustré, l'accumulateur 6 peut être intégré d'une manière similaire à celle du troisième mode de réalisation. Dans ce cas, le fluide frigorifique à basse température dans l'accumulateur 6 est moins susceptible d'être chauffé par la chaleur du radiateur 2.
[Quinzième mode de réalisation]
Comme représenté sur les figures 17 et 18, l'échangeur de chaleur interne 5 est fixé au côté supérieur du radiateur 2. Les tubes 2a sont agencés verticalement et les collecteurs de tête 2c sont agencés horizontalement. L'échangeur de chaleur interne 5 est agencé de telle sorte que son axe longitudinal soit pratiquement parallèle à l'axe longitudinal du collecteur de tête 2c.
Dans un cas où l'air de refroidissement circule d'une façon générale vers les extrémités de l'échangeur de chaleur 7 et circule moins vers les côtés supérieur et inférieur de l'échangeur de chaleur 7 en utilisation, les agencements représentés sur les figures 17 et 18 sont efficaces du fait que les extrémités de l'échangeur de chaleur 7 peuvent être utilisées pour la partie d'échange de chaleur du radiateur 2.
Du fait que l'échangeur de chaleur interne 5 n'échange pas de chaleur entre l'air et le fluide frigorifique, l'échangeur de chaleur interne 5 n'est pas dégradé même s'il est prévu au niveau de la partie recevant moins d'air de refroidissement. De
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ce fait, les performances de l'échangeur de chaleur interne 5 ne sont pas amoindries.
Par conséquent, la possibilité de montage de l'échangeur de chaleur 7 est améliorée en intégrant l'échangeur de chaleur interne 5 au radiateur 2, sans affaiblir la capacité de refroidissement du radiateur 2.
Sur la figure 17, l'échangeur de chaleur interne 5 est brasé sur le radiateur 2. Sur la figure 18, l'échangeur de chaleur interne 5 est réuni au radiateur 2 par le moyen de fixation tel que les vis. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur interne 5 est amovible. En outre, l'échangeur de chaleur interne 5 peut être fixé au côté inférieur du radiateur 2.
[Autres modes de réalisation]
Dans les modes de réalisation ci-dessus, le cycle frigorifique à compression de la présente invention est appliqué au dispositif de conditionnement d'air de véhicule. Cependant, le cycle de compression n'est pas limité à ce qui précède. Par exemple, il peut être utilisé pour des véhicules réfrigérés et des véhicules isolés.
Le tube à haute pression 5b et le tube à basse pression 5d peuvent être éliminés de l'échangeur de chaleur interne 5, de sorte que de la chaleur est échangée entre le fluide frigorifique dans le radiateur 2 (collecteur de tête 2c) et le fluide frigorifique dans l'accumulateur 6.
En outre, l'échangeur de chaleur interne 5 et le radiateur 2 peuvent être réunis par un procédé autre qu'un brasage et un brasage tendre. Par exemple, l'échangeur de chaleur interne 5 peut être réuni au radiateur 2 par un moyen de fixation mécanique tel que des vis et des pattes de support. Dans ce cas, du fait que l'aire de la surface de jonction destinée à réunir l'échangeur de chaleur interne 5 et le collecteur de tête 2c peut être augmentée par la patte, l'échangeur de chaleur interne 5 et le radiateur 2 sont facilement raccordés.
Le fluide frigorifique n'est pas limité au dioxyde de carbone. L'un parmi un fluide frigorifique naturel tel que l'azote, un fluide frigorifique HFC (hydrofluoro carbone) et un fluide frigorifique HFE (hydrofluoro-éther) et un mélange de certains d'entre eux peut être utilisé en tant que fluide frigorifique dans le cycle.
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La présente invention ne sera pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais peut être mise en oeuvre d'autres manières sans s'écarter de l'esprit de l'invention.

Claims (31)

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'échange de chaleur pour un cycle frigorifique à compression comprenant : un premier échangeur de chaleur (2) destiné à rayonner de la chaleur d'un premier fluide frigorifique dans l'air, le premier échangeur de chaleur (2) comprenant une pluralité de tubes (2a) agencés en parallèle et un collecteur de tête (2c) agencé aux extrémités longitudinales des tubes (2c) de telle sorte qu'un axe longitudinal du collecteur de tête soit perpendiculaire aux axes longitudinaux des tubes (2a), et un second échangeur de chaleur (5) destiné à exécuter un échange de chaleur entre le premier fluide frigorifique et un second fluide frigorifique présentant une pression inférieure à celle du premier fluide frigorifique, dans lequel le second échangeur de chaleur (5) est intégré au premier échangeur de chaleur (2) de telle sorte qu'un axe longitudinal du second échangeur de chaleur (5) soit parallèle à l'axe longitudinal du collecteur de tête (2c).
2. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 1, dans lequel les axes longitudinaux du collecteur de tête (2c) et du second échangeur de chaleur (5) sont verticaux en utilisation.
3. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 1, dans lequel les axes longitudinaux du collecteur de tête (2c) et du second échangeur de chaleur (5) sont horizontaux en utilisation.
4. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le second échangeur de chaleur (5) forme un premier passage (5a) dans lequel le premier fluide frigorifique circule et un second passage (5c) dans lequel le second fluide frigorifique circule, dans lequel le second échangeur de chaleur (5) est disposé de telle sorte que le premier passage (5a) soit plus près du premier échangeur de chaleur (2) que le second passage (5c).
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5. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre : un séparateur gaz-liquide (6) destiné à séparer un fluide frigorifique en un fluide frigorifique gazeux et un fluide frigorifique liquide, puis à stocker un fluide frigorifique liquide en surplus dans celui-ci, dans lequel le séparateur gaz-liquide (6) est intégré au premier échangeur de chaleur (2) de telle sorte que le second échangeur de chaleur (5) soit situé entre le premier échangeur de chaleur (2) et le séparateur gaz-liquide (6).
6. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 5, dans lequel le séparateur gaz-liquide (6) est muni d'une sortie de fluide frigorifique gazeux (6a) par laquelle le fluide frigorifique est refoulé et le second échangeur de chaleur (5) est muni d'une entrée de fluide frigorifique (5k) par laquelle le fluide frigorifique gazeux est introduit vers le second échangeur de chaleur, dans lequel le séparateur gaz-liquide (6) est réuni au second échangeur de chaleur (5) de telle sorte que la sortie de fluide frigorifique gazeux (6a) soit adjacente à l'entrée de fluide frigorifique (5k) du second échangeur de chaleur (5).
7. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le séparateur gaz-liquide (6) est fixé à au moins l'un du premier échangeur de chaleur (2) et du second échangeur de chaleur (5) par un élément de fixation.
8. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, comprenant en outre : un éjecteur (8) destiné à augmenter la pression du fluide frigorifique, dans lequel l'éjecteur (8) est intégré au second échangeur de chaleur (2) et au séparateur gaz-liquide (6).
9. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 8, dans lequel le second échangeur de chaleur (2) communique avec l'éjecteur (8) par l'intermédiaire d'un passage de fluide frigorifique (8b) formé de façon intégrée entre ceux-ci.
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10. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 8 ou 9, dans lequel l'éjecteur (8) est logé dans le séparateur gazliquide (6) de telle sorte qu'une sortie de fluide frigorifique (8a) de l'éjecteur (8) est ouverte dans un espace de fluide frigorifique gazeux du séparateur gaz-liquide (6).
11. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel l'éjecteur (8) est disposé de telle sorte qu'un axe longitudinal de l'éjecteur (8) soit parallèle à l'axe longitudinal du séparateur gaz-liquide (6).
12. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel le séparateur gaz-liquide (6) comprend un corps de réservoir (6d) formé soit par extrusion, soit par emboutissage, dans lequel l'éjecteur (8) est partiellement fourni par le corps de réservoir (6d).
13. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 12, dans lequel l'éjecteur (8) est disposé entre le second échangeur de chaleur (5) et le séparateur gaz-liquide (6) dans un trajet du fluide frigorifique.
14. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, comprenant en outre : une partie d'isolation de chaleur (12) prévue entre le séparateur gaz-liquide (6) et le premier échangeur de chaleur (2) pour empêcher un transfert de chaleur entre ceux-ci.
15. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, comprenant en outre : une partie d'isolation de chaleur (12) prévue entre le second échangeur de chaleur (5) et le séparateur gaz-liquide (6) pour empêcher un transfert de chaleur entre ceux-ci.
16. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 15,
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dans lequel le second échangeur de chaleur (5) comprend un tube définissant un premier passage (5a) par lequel le premier fluide frigorifique circule et un second passage (5c) par lequel le second fluide frigorifique circule, dans lequel le tube est formé soit par extrusion, soit par emboutissage.
17. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le second échangeur de chaleur (5) comprend un premier tube (5b) définissant un passage (5a) par lequel le premier fluide frigorifique circule et un second tube (5d) définissant un passage (5c) par lequel le second fluide frigorifique circule, dans lequel le premier tube (5b) et le second tube (5d) sont réunis soit par brasage, soit par brasage tendre.
18. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le second échangeur de chaleur (5) exécute un échange de chaleur entre le premier fluide frigorifique circulant dans le premier échangeur de chaleur (2) et le second fluide frigorifique circulant dans un passage de fluide frigorifique formé dans le second échangeur de chaleur (5).
19. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel le premier échangeur de chaleur (2) et le second échangeur de chaleur (5) sont réunis de telle sorte qu'une sortie de fluide frigorifique (2d) du premier échangeur de chaleur (2) soit adjacente à une entrée de fluide frigorifique (5e) du second échangeur de chaleur (5) .
20. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, dans lequel le premier échangeur de chaleur (2) et le second échangeur de chaleur (5) sont réunis soit par brasage, soit par brasage tendre.
21. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 20,
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dans lequel le fluide frigorifique est au moins l'un du dioxyde de carbone, d'un fluide frigorifique naturel, d'un fluide frigorifique de HFC et d'un fluide frigorifique de HFE.
22. Cycle frigorifique à compression comprenant un compresseur (1) destiné' à comprimer un fluide frigorifique, un dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 1, dans lequel le premier échangeur de chaleur (2) est destiné à rayonner de la chaleur d'un fluide frigorifique à haute pression comprimé par le compresseur (1) dans l'air, et le second échangeur de chaleur (5) est destiné à exécuter un échange de chaleur entre le fluide frigorifique à haute pression et un fluide frigorifique à basse pression présentant une pression inférieure à celle du fluide frigorifique à haute pression, un troisième échangeur de chaleur (4) destiné à évaporer le fluide frigorifique à basse pression en absorbant de la chaleur de l'air, un séparateur gaz-liquide (6) destiné à séparer le fluide frigorifique en un fluide frigorifique gazeux et un fluide frigorifique liquide, à stocker un fluide frigorifique liquide en surplus dans celui-ci et à fournir le fluide frigorifique gazeux au compresseur (1) et le fluide frigorifique liquide au troisième échangeur de chaleur (4), et un éjecteur (8) destiné à décomprimer le fluide frigorifique à haute pression et à faire circuler le fluide frigorifique vers le troisième échangeur de chaleur (4), dans lequel le premier échangeur de chaleur (2), le second échangeur de chaleur (5), le séparateur gaz-liquide (6) et l'éjecteur (8) sont intégrés, et le second échangeur de chaleur (5) est raccordé à une extrémité du premier échangeur de chaleur (2).
23. Cycle frigorifique à compression selon la revendication 22, dans lequel le second échangeur de chaleur (5) communique avec une entrée de l'éjecteur (8) par un passage de fluide frigorifique (8b) formé de façon intégrée entre ceux-ci.
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24. Cycle frigorifique à compression selon la revendication 22 ou 23, dans lequel l'éjecteur (8) est logé dans le séparateur gazliquide (6) de telle sorte qu'une sortie (8a) de l'éjecteur (8) est ouverte dans un espace de fluide frigorifique gazeux dans le séparateur gaz-liquide (6).
25. Cycle frigorifique à compression selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, dans lequel l'éjecteur (8) est disposé de telle sorte que son axe longitudinal soit pratiquement parallèle à un axe longitudinal du séparateur gaz-liquide (6).
26. Cycle frigorifique à compression selon l'une quelconque des revendications 22 à 25, dans lequel le séparateur gaz-liquide comprend un corps de réservoir (6d) formé soit par extrusion, soit par emboutissage et l'éjecteur est partiellement fourni par le corps de réservoir ( 6d) .
27. Cycle frigorifique à compression selon la revendication 26, dans lequel l'éjecteur (8) est agencé entre le second échangeur de chaleur (5) et le séparateur gaz-liquide (6) dans un trajet du fluide frigorifique.
28. Cycle frigorifique à compression selon la revendication 26, dans lequel le corps de réservoir (6d) du séparateur gazliquide (6) est raccordé à l'un du premier échangeur de chaleur (2) et du second échangeur de chaleur (5) par un dispositif de fixation (9, 10, 11) en interposant une partie d'isolation de chaleur (12) entre ceux-ci.
29. Cycle frigorifique à compression selon l'une quelconque des revendications 22 à 27 , dans lequel le second échangeur de chaleur (5), le premier échangeur de chaleur (2) et le séparateur gaz-liquide (6) sont intégrés soit par brasage, soit par brasage tendre.
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30. Cycle frigorifique à compression selon l'une quelconque des revendications 22 à 29, dans lequel le second échangeur de chaleur (5) comprend un tube formé soit par extrusion, soit par emboutissage, le tube (5b, 5d) définit des passages (5a, 5c) par lesquels le fluide frigorifique à haute pression et le fluide frigorifique à basse pression circulent en parallèle, dans lequel le tube (5b, 5d) est agencé de telle sorte que les axes longitudinaux des passages (5a, 5c) soient parallèles aux axes longitudinaux de l'éjecteur (8) et du séparateur gazliquide (6).
31. Cycle frigorifique à compression selon l'une quelconque des revendications 22 à 30, dans lequel le fluide frigorifique est au moins l'un parmi le dioxyde de carbone, un fluide frigorifique naturel, un fluide frigorifique de HFC et un fluide frigorifique de HFE.
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