FR2974409A1 - Echangeur de chaleur pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur (1) agencé pour réaliser un échange thermique entre un fluide réfrigérant (2) et un flux d'air intérieur (3) et comprenant un faisceau (8) formée d'une première nappe (4) et d'une deuxième nappe (6) dans lesquelles circule le fluide réfrigérant, la première nappe (4) étant délimitée par une première face frontale (5a) et une deuxième face frontale (5b) et la deuxième nappe (6) étant délimitée par une troisième face frontale (5c) et une quatrième face frontale (5d). Au moins trois des faces frontales (5a, 5b, 5c, 5d) sont distinctes et agencées selon des plans différents.

Description

Echangeur de chaleur pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation.
Le secteur technique de la présente invention est celui des échangeurs de chaleur intégrés à une boucle de climatisation, en particulier une boucle de climatisation réversible. Plus particulièrement, l'invention vise un échangeur de chaleur entre un flux d'air intérieur, destiné à être distribué dans un habitacle d'un véhicule, et le fluide réfrigérant.
Un véhicule automobile est classiquement équipé d'une boucle de climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant. La boucle de climatisation comprend, notamment, un compresseur, un échangeur de chaleur extérieur, un organe de détente et un échangeur de chaleur intérieur, parcourus par le fluide réfrigérant. L'échangeur de chaleur intérieur est installé dans un boîtier d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, généralement, disposée dans un habitacle du véhicule, afin de distribuer un flux d'air intérieur, chaud ou froid ou tempéré en fonction d'une demande d'un utilisateur du véhicule. L'échangeur de chaleur extérieur est, quant à lui, classiquement installé en face avant du véhicule pour être traversé par un flux d'air extérieur à l'habitacle du véhicule.
La boucle de climatisation peut être utilisée selon divers modes de fonctionnement, notamment, dans un mode dit "refroidissement" ou dans un mode dit "chauffage". Une telle boucle de climatisation est également appelée "boucle de climatisation réversible" ou "boucle de climatisation - pompe à chaleur".
Dans le mode dit "refroidissement", le fluide réfrigérant est mis en circulation par le compresseur vers l'échangeur de chaleur extérieur, fonctionnant en tant que condenseur ou refroidisseur de gaz, dans lequel il est refroidi par le flux d'air extérieur. Puis, le fluide réfrigérant circule vers l'organe de détente, dans lequel il subit un abaissement de pression, avant d'entrer dans l'échangeur de chaleur intérieur, fonctionnant en tant qu'évaporateur. Le fluide réfrigérant, traversant l'échangeur de chaleur intérieur, est alors chauffé par le flux d'air intérieur entrant dans le boîtier de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, conduisant, corrélativement, à un refroidissement du flux d'air intérieur dans le but d'abaisser la température de l'habitacle du véhicule. La boucle de climatisation étant un circuit boucle fermée, le fluide réfrigérant retourne alors vers le compresseur.
Dans le mode dit "chauffage", le fluide réfrigérant est mis en circulation par le compresseur vers l'échangeur de chaleur intérieur. L'échangeur de chaleur intérieur se comporte alors comme un condenseur ou refroidisseur de gaz, dans le fluide réfrigérant est refroidi par le flux d'air intérieur circulant dans le boîtier de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. Le flux d'air intérieur se chauffe au contact de l'échangeur de chaleur intérieur dans le but d'augmenter la température de l'habitacle du véhicule. Après passage dans l'échangeur de chaleur intérieur, le fluide réfrigérant est détendu par l'organe de détente avant d'arriver dans l'échangeur de chaleur extérieur, fonctionnant en tant qu'évaporateur. Le flux d'air extérieur contribue à la vaporisation du fluide réfrigérant, avant son retour vers le compresseur.
Une telle boucle de climatisation a été améliorée par l'ajout d'un deuxième échangeur de chaleur intérieur destiné à transférer les calories du fluide réfrigérant vers le flux d'air intérieur, destiné à être distribué dans l'habitacle du véhicule. Le deuxième échangeur de chaleur intérieur assure alors le chauffage du flux d'air intérieur, quand la boucle de climatisation fonctionne dans le mode dit "chauffage".
Cependant, un tel deuxième échangeur de chaleur intérieur n'est pas optimisé. En effet, le compresseur doit fournir des efforts importants, se traduisant par une augmentation de la puissance consommée. Le coefficient de performance de la boucle de climatisation utilisée dans le mode dit "chauffage" n'est alors pas optimisé.
Par ailleurs, un tel deuxième échangeur de chaleur intérieur est installé dans le boîtier de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, de sorte à être traversé par le flux d'air intérieur destiné à être distribué dans l'habitacle. Pour des raisons de confort thermique des occupants du véhicule, il convient de fournir une température du flux d'air intérieur homogène. Le deuxième échangeur de chaleur intérieur n'est pas toutefois pas configuré pour assurer une telle uniformité thermique du flux d'air intérieur le traversant.
Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus principalement en proposant un échangeur de chaleur tel que le fluide réfrigérant évolue selon deux rangées distinctes, avantageusement parallèles.
L'échangeur de chaleur comprend un moyen de séparation de phase dans lequel le fluide réfrigérant à l'état liquide s'accumule. Le moyen de séparation de phase est installé de sorte à ce que l'une des deux rangées assure un sous-refroidissement du fluide réfrigérant, c'est-à-dire un abaissement de la température du fluide réfrigérant quand celui-ci est à l'état liquide. On comprend ici que l'autre rangée assure la condensation du fluide réfrigérant au cours de laquelle le fluide réfrigérant est refroidi et/ou condensé. Lors de cette étape, le fluide réfrigérant tend vers son point de saturation. La disposition des deux rangées, ou nappes, permet d'homogénéiser la température du flux d'air intérieur traversant l'échangeur de chaleur intérieur.
L'invention a donc pour objet un échangeur de chaleur agencé pour réaliser un échange thermique entre un fluide réfrigérant et un flux d'air intérieur. Plus spécifiquement, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau formé d'une première nappe et d'une deuxième nappe dans lesquelles circule le fluide réfrigérant. La première nappe est délimitée par une première face frontale et une deuxième face frontale. La deuxième nappe est délimitée par une troisième face frontale et une quatrième face frontale. De plus, selon la présente invention, au moins trois des faces frontales sont distinctes et agencées selon des plans différents.
Avantageusement, un moyen de séparation de phase met en relation la première nappe et la deuxième nappe de l'échangeur de chaleur.
Une telle disposition permet d'augmenter le coefficient de performance d'une boucle de climatisation intégrant un tel échangeur de chaleur, fonctionnant dans un mode dit "chauffage". En effet, le moyen de séparation de phase impose une alimentation de la deuxième nappe par le fluide réfrigérant en phase liquide. Comme la deuxième nappe échange comporte une large surface d'échnage thermique, on augmente le niveau de sous-refroidissement, c'est-à-dire l'abaissement de la température du fluide réfrigérant en phase liquide après sa condensation.
Avantageusement, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau formé par l'association de la première nappe avec la deuxième nappe.
Préférentiellement, la première nappe s'étend selon une première profondeur et la deuxième nappe s'étend selon une deuxième profondeur. Préférentiellement, la deuxième profondeur est inférieure à la première profondeur. La somme de la première profondeur de la première nappe et de la deuxième profondeur de la deuxième nappe, définissant la profondeur du faisceau, est comprise entre 20 et 50 mm.
Par ailleurs, l'échangeur de chaleur est telle qu'une hauteur de la première nappe est identique à une hauteur de la deuxième nappe et/ou dans lequel une largeur de la première nappe est identique à une largeur de la deuxième nappe.
Avantageusement, la hauteur de la première nappe et/ou de la deuxième nappe est comprise entre 120 et 300 mm. Avantageusement également, la largeur de la première nappe et/ou de la deuxième nappe est comprise entre 100 et 300 mm.
Les dimensions évoquées ci-dessus sont particulièrement adaptées à l'intégration d'un tel échangeur de chaleur à l'intérieur d'un boîtier d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un habitacle de véhicule automobile.
Tel que défini, la première profondeur, la hauteur et la largeur de la première nappe définissent un premier volume interne, et la deuxième profondeur, la hauteur et la largeur de la deuxième nappe définissent un deuxième volume interne. Préférentiellement, le deuxième volume interne de la deuxième nappe est compris entre 30% et 40% du premier volume interne de la première nappe.
De plus, avantageusement, l'échangeur de chaleur comprend un moyen de séparation de phase mettant en relation la première nappe et la deuxième nappe de l'échangeur de chaleur.
Plus spécifiquement, la première nappe comprend une pluralité de tubes définissant un premier volume de fluide réfrigérant et une pluralité d'intercalaires définissant un premier volume d'échange thermique. De même, la deuxième nappe comprend une pluralité de tubes définissant un deuxième volume de fluide réfrigérant et une pluralité d'intercalaires définissant un deuxième volume d'échange thermique. Selon cet agencement, le premier volume de fluide réfrigérant est mis en communication avec le deuxième volume de fluide réfrigérant par l'intermédiaire du moyen de séparation de phase.
Préférentiellement, la première nappe comporte un orifice de sortie raccordé au moyen de séparation de phase et la deuxième nappe comporte un orifice d'entrée raccordé au moyen de séparation de phase.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de séparation de phase comprend une zone d'accumulation destinée à recevoir le fluide réfrigérant à l'état liquide, l'orifice d'entrée de la deuxième nappe étant raccordée à la zone d'accumulation. On comprend ici que la zone d'accumulation communique avec la deuxième nappe.
Il a été démontré que selon la présente invention, la deuxième nappe étant raccordée au moyen de séparation de phase, il est possible de produire une différence de température du fluide réfrigérant entre l'orifice d'entrée et une sortie de la deuxième nappe d'au moins 30°C, quand une différence de température entre le flux d'air intérieur traversant la deuxième nappe et le fluide réfrigérant canalisé dans la deuxième nappe est supérieure ou égale à 50°C.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend une conduite d'entrée de fluide réfrigérant et une conduite de sortie de fluide réfrigérant ménagées d'un même côté de l'échangeur de chaleur. Selon un aspect complémentaire de l'invention, le moyen de séparation de phase et le deuxième volume de fluide réfrigérant de la deuxième nappe délimitent ensemble un volume interne compris entre 40 cm3 et 50 cm3.
20 On comprend d'une telle disposition que le moyen de séparation de phase n'est pas agencé pour stocker la masse non circulante de fluide réfrigérant, une telle fonction étant assurée par un moyen de stockage supplémentaire disposé dansla boucle de climatisation intégrant l'échangeur de chaleur selon la présente invention. 25 La présente invention vise également une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour véhicule automobile comprenant un boîtier apte à canaliser un flux d'air intérieur, destiné à être distribué dans un habitacle du véhicule. L'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprend un 30 échangeur de chaleur tel que défini précédemment. Avantageusement, l'échangeur de chaleur est installé dans le boîtier afin d'être traversé par le flux15 d'air intérieur.
Préférentiellement, l'échangeur de chaleur est installé dans le boîtier de manière à ce que le flux d'air intérieur traverse la deuxième nappe avant de traverser la première nappe. Autrement dit, le flux d'air intérieur pénètre dans la nappe de sous-refroidissement (deuxième nappe), à la traversée de laquelle le flux d'air intérieur est soumis à un pré-chauffage. Par suite, le flux d'air intérieur traverse la nappe de refroidissement et/ou condensation (première nappe). Le fluide réfrigérant est ainsi refroidi à l'état liquide, ce qui contribue à élever le coefficient de performance du cycle thermodynamique qui prend place dans la boucle de climatisation utilisant un tel échangeur de chaleur.
L'invention couvre enfin une boucle de climatisation pour un véhicule automobile comprenant un compresseur, un échangeur de chaleur extérieur, un moyen de stockage de fluide réfrigérant, un échangeur de chaleur intérieur et au moins un organe de détente, comprenant un échangeur de chaleur tel que défini précédemment et un moyen de séparation de phase mettant en relation la première nappe et la deuxième nappe de l'échangeur de chaleur.
Un tout premier avantage selon l'invention réside dans l'augmentation du coefficient de performance de la boucle de climatisation, quand celle-ci est utilisée dans un mode dit "chauffage" permettant réchauffer le flux d'air intérieur destiné à être distribué dans l'habitacle.
Un autre avantage réside dans la production d'un flux d'air intérieur chaud dont la température est homogène et uniforme.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront 7 servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique d'un échangeur de chaleur selon la présente invention, et la figure 2 est une vue partielle d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation recevant l'échangeur de chaleur selon la présente invention.
La figure 1 illustre un échangeur de chaleur 1 selon un exemple de réalisation conforme à la présente invention. L'échangeur de chaleur 1, également appelé échangeur thermique 1, est destiné à permettre un échange thermique entre un fluide réfrigérant 2, circulant dans une boucle de climatisation, et un flux d'air intérieur 3, destiné à être distribué dans un habitacle d'un véhicule automobile.
L'échangeur de chaleur 1 est tout particulièrement destiné à échanger entre le flux d'air intérieur et un fluide réfrigérant nommé HFO 1234YF. Toutefois, la présente invention trouve également une application dans des boucles de climatisation permettant la circulation d'autres fluides sous-critiques, par exemple un fluide réfrigérant référrencé R134A, ou de fluides sous-critiques, par exemple un fluide réfrigérant référrencé R744A ou CO2.
L'échangeur de chaleur 1 est un composant de la boucle de climatisation chargée de transférer des calories en provenance du fluide réfrigérant 2 vers le flux d'air intérieur 3. Avantageusement, il assure une fonction de chauffage de l'habitacle lorsque la boucle de climatisation est configurée dans un mode dit "chauffage". Selon un exemple préférentiel de réalisation, l'échangeur de chaleur 1 est inactif quand la boucle de climatisation est configurée dans un mode dit "refroidissement". 30 L'échangeur de chaleur 1 comprend une première nappe 4 et une deuxième nappe 6 dans lesquelles circule le fluide réfrigérant 2.
D'une part, la première nappe 4 est délimitée par une première face frontale 5a et une deuxième face frontale 5b. D'autre part, la deuxième nappe 6 est délimitée par une troisième face frontale 5c et une quatrième face frontale 5d.
Selon une première variante, la première face frontale 5a, la deuxième face frontale 5b, la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d sont distinctes les unes des autres. En particulier, l'échangeur de chaleur 1 est agencé de telle sorte que la deuxième face frontale 5b et la troisième face frontale 5c sont disjointes ménageant un espace entre elles.
Selon une autre variante de réalisation, deux des faces frontales sont confondues. En particulier, l'échangeur de chaleur 1 est agencé de telle sorte que la deuxième face frontale 5b et la troisième face frontale 5c sont identiques et confondues. Ainsi, selon la présente invention, au moins trois des faces frontales sont distinctes et agencées selon des plans différents.
Complémentairement, la première face frontale 5a, la deuxième face frontale 5b, la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d sont parallèles entre elles.
De plus, préférentiellement, la première face frontale 5a, la deuxième face frontale 5b, la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d définissent des plans traversés par le flux d'air intérieur 3. Il est alors particulièrement avantageux que le flux d'air intérieur 3 traverse successivement la quatrième face frontale 5d, la troisième face frontale 5c, la deuxième face frontale 5b et la première face frontale 5a. Ainsi, une définition préférentielle de la présente invention est telle que la deuxième nappe 6 soit agencée en amont de la première nappe 4, selon le sens d'écoulement du flux d'air intérieur 3.
On comprend alors que la première nappe 4 et la deuxième nappe 6 sont installées l'une à côté de l'autre. Avantageusement, la surface de la première nappe 4 est identique à la surface de la deuxième nappe 6. Ainsi, il ressort que la première face frontale 5a, la deuxième face frontale 5b, la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d ont des surfaces identiques.
Ainsi, selon la direction du flux d'air intérieur 3, la première nappe 4 et la deuxième nappe 6 sont superposées.
En pratique, la première nappe 4 et la deuxième nappe 6 forment deux rangées adjacentes et parallèles qui forment, ensemble, un faisceau 8 de l'échangeur de chaleur 1. La première nappe 4 et la deuxième nappe 6 constituent donc un bloc unitaire définissant le faisceau 8 de l'échangeur de chaleur 1 Préférentiellement, la première nappe 4 et la deuxième nappe 6 sont de constitution identique. Elles sont, chacune, composées d'une pluralité de tubes définissant chacun au moins un canal de circulation du fluide réfrigérant 2. La première nappe 4 et la deuxième nappe 6 contribuent à une circulation du fluide réfrigérant 2 dans l'échangeur de chaleur 1.
Selon un exemple particulier de réalisation, entre deux tubes adjacents la première nappe 4, respectivement de la deuxième nappe 6, du faisceau 8 de l'échangeur de chaleur 1, est installée un intercalaire permettant d'augmenter la surface d'échange entre le fluide réfrigérant 2, circulant dans les tubes, et le flux d'air intérieur 3. Les intercalaires sont réalisés de façon ondulée afin de ménager des intervalles dans lesquels circulent le flux d'air intérieur 3. La première nappe 4, respectivement de la deuxième nappe 6, est donc constituées d'une alternances de tubes et d'intercalaires.
Tel que défini précédemment, la première nappe 4 s'étend selon une première profondeur P1, une hauteur H et une largeur L définissant un premier volume interne. De même, la deuxième nappe 6 s'étend selon une deuxième profondeur P2, une hauteur H et une largeur L définissant un deuxième volume interne.
En conséquence, la première profondeur P1 est la distance entre la première face frontale 5a et la deuxième face frontale 5b. De même, la deuxième profondeur P2 est la distance entre la troisième face frontale 5c et la quatrième face frontale 5d. Préférentiellement, la deuxième profondeur P2 est inférieure à la première profondeur P1.
Enfin, la hauteur H et la largeur L correspondent aux hauteurs et largeurs de la première face frontale 5a, de la deuxième face frontale 5b, de la troisième face frontale 5c et de la quatrième face frontale 5d.
Ainsi, il ressort que les tubes de la première nappe 4 définissent un premier volume de fluide réfrigérant. Par ailleurs, la pluralité d'intercalaires de la première nappe 4 définit un premier volume d'échange thermique. De même, les tubes de la deuxième nappe 6 définissent un deuxième volume de fluide réfrigérant. Par ailleurs, la pluralité d'intercalaires de la deuxième nappe 6 définit un deuxième volume d'échange thermique.
Dans une variante préférée de la présente invention, les intercalaires de la première nappe 4 sont séparées et disjoints des intercalaires de la deuxième nappe 6, de manière à limiter les ponts thermiques entre la première nappe 4 et la deuxième nappe 6. Alternativement, l'échangeur de chaleur 1 peut comporter des intercalaires communs à la première nappe 4 et à la deuxième nappe 6.
L'échangeur de chaleur 1, illustré sur la figure 1, présente une première extrémité 11 et une deuxième extrémité 12 entre lesquelles s'étend le faisceau 8 .
Selon l'exemple de réalisation présenté sur la figure 1, au niveau de la première extrémité 11, se trouve un collecteur d'admission 16 permettant l'admission du fluide réfrigérant 2 dans l'échangeur de chaleur 1. Le collecteur d'admission 16 est solidarisé au faisceau 8 de sorte à alimenter la pluralité de tubes de la première nappe 4 en fluide réfrigérant 2. Le fluide réfrigérant 2 pénètre dans le collecteur d'admission 16 par une conduite d'entrée 13. Par exemple, la conduite d'entrée 13 est formée par une tubulure rapportée sur le collecteur d'admission 16 et solidarisée de manière étanche à ce dernier.
De même, au niveau de la première extrémité 11, se trouve un collecteur d'évacuation 14 permettant l'évacuation du fluide réfrigérant 2 de l'échangeur de chaleur 1. Le collecteur d'évacuation 14 est solidarisé au faisceau 8 de sorte à collecter le fluide réfrigérant 2 en sortie de la pluralité de tubes de la deuxième nappe 6. Le fluide réfrigérant 2 sort du collecteur d'évacuation 14 par une conduite de sortie 15. Par exemple, la conduite de sortie 15 est formée par une tubulure rapportée sur le collecteur d'évacuation 14 et solidarisée de manière étanche à ce dernier.
De ce qui précède, on comprend que le collecteur d'admission 16 et le collecteur d'évacuation 14 sont ménagés au niveau de la première extrémité 11 de l'échangeur de chaleur 1. Ainsi agencé, il ressort que le fluide réfrigérant 2 subit une circulation dite en 'U'. Une telle disposition prend une importance quant à l'uniformité de la température en aval de l'échangeur de chaleur 1, selon la direction du flux d'air intérieur 3.
Alternativement, la présente invention s'applique également aux échangeurs de chaleur 1 dans lesquels le collecteur d'admission 16 et le collecteur d'évacuation 14 sont disposés de part et d'autre du faisceau 8 de l'échangeur de chaleur 1, c'est-à-dire au niveau de la première extrémité 11 et de la deuxième extrémité 12.
La première nappe 4 et la deuxième nappe 6 décrites ci-dessus peuvent être 30 parcourues selon une pluralité de passes organisées pour que le fluide réfrigérant 2 circule, de façon alternée, selon des directions opposés. Les directions des passes de la première nappe 4 et de la deuxième nappe 6 peuvent selon une direction horizontale, correspondant à la direction d'extension de l'échangeur de chaleur 1 selon de la largeur L, et/ou une direction verticale, correspondant à la direction d'extension de l'échangeur de chaleur 1 selon la hauteur H.
La présente invention trouve également une application quand la première nappe 4 et/ou la deuxième nappe 6 comprend une unique passe, c'est-à-dire une circulation du fluide réfrigérant 2 dans un unique sens, selon la largeur L, sur toute la hauteur H de la première nappe 4 et/ou la deuxième nappe 6.
De plus, selon la présente invention, un moyen de séparation de phase 17 est agencé dans la boucle de climatisation. Le moyen de séparation de phase 17 permet une séparation de la phase liquide et de la phase gazeuse du fluide réfrigérant 2.
Selon le mode préférentiel de réalisation de la présente invention, le moyen de séparation de phase 17 est intégré à l'échangeur de chaleur 1. Alternativement, le moyen de séparation de phase 17 peut être délocalisé dans la boucle de climatisation et être ainsi dissocié de l'échangeur de chaleur 1. 20 Le moyen de séparation de phase 17 met en relation, du point de vue du fluide réfrigérant 2, la première nappe 4 avec la deuxième nappe 6. Autrement dit, le moyen de séparation de phase 17 est un composant permettant au fluide réfrigérant 2, en provenance de la première nappe 4, d'entrer dans la deuxième 25 nappe 6. Il est donc placé en aval de la première nappe 4 et en amont de la deuxième nappe 6, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation.
Plus spécifiquement, le moyen de séparation de phase 17 met en relation le 30 premier volume de fluide réfrigérant de la première nappe 4 avec le deuxième volume de fluide réfrigérant de la deuxième nappe 6. 10 15 Le fluide réfrigérant 2 subit une phase de refroidissement et/ou condensation pendant à travers la première nappe 4. En conséquence, le fluide réfrigérant 2 entre dans un état diphasique, mélange de phase liquide et de phase gazeuse, dans le moyen de séparation de phase 17 par l'intermédiaire d'un orifice de sortie 18 de la première nappe 4.
Le fluide réfrigérant 2 à l'état liquide s'accumule alors une partie inférieure du moyen de séparation de phase 17 et entre dans la deuxième nappe 6 par un orifice d'entrée 19. Avantageusement, l'orifice d'entrée 19 est positionné plus bas que l'orifice de sortie 18 selon la direction verticale, correspondant à la direction d'extension de l'échangeur de chaleur 1 selon la hauteur H.
Le moyen de séparation de phase 17 comprend une zone d'accumulation 20 et une zone de séparation 21. La zone d'accumulation 20 est un volume destiné à recevoir le fluide réfrigérant 2 à l'état liquide alors que la zone de séparation 21 permet au fluide réfrigérant 2 de se scinder en phase gazeuse et en phase liquide. La zone de séparation 21 est raccordée à la première nappe 4 par l'orifice de sortie 18 et la zone d'accumulation 20 est raccordée à la deuxième nappe 6 par l'orifice d'entrée 19.
Selon la présente invention, l'échangeur de chaleur 1 est agencé pour que la deuxième nappe 6 produise une différence de température du fluide réfrigérant 2 entre l'orifice d'entrée 19 et la conduite de sortie 15 de l'échangeur de chaleur 1 d'au moins 30°C.
On comprend ici que la température du fluide réfrigérant 2 circulant dans la deuxième nappe 6 est abaissée d'au moins 30°C pendant son parcours dans la deuxième nappe 6. Cet abaissement de température est mesuré pour une situation où l'écart entre la température du flux d'air intérieur 3 traversant la deuxième nappe 6 et la température du fluide réfrigérant 2 à l'orifice d'entrée 19 de la deuxième nappe 6 est supérieure ou égale à 50°C.
Un tel bénéfice est notamment obtenu quand le deuxième volume interne de la deuxième nappe 6 est compris entre 30% et 40% du premier volume interne de la 5 première nappe 4.
Selon la présente invention, le moyen de séparation de phase 17 n'est pas un dispositif de stockage de la masse de fluide réfrigérant 2 non circulante. Le volume du moyen de séparation de phase 17 est donc réduit au strict nécessaire 10 pour s'assurer que la deuxième nappe 6 est alimentée en fluide réfrigérant 2 en phase liquide. Ainsi, avantageusement, un volume constitué du volume du moyen de séparation de phase 17 et du deuxième volume de fluide réfrigérant de la deuxième nappe 6 est compris en 40 et 50 cm3. Ceci correspond à un optimum pour assurer la fonction de séparation de la phase liquide et de la phase gazeuse 15 sans impacter le volume général extérieur de l'échangeur de chaleur 1. Ainsi, il est possible de faciliter l'intégration de l'échangeur de chaleur 1 à l'intérieur d'un boîtier d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule.
La figure 2 montre une vue partielle d'une installation de chauffage, ventilation 20 et/ou climatisation 22 recevant l'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention.
L'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 22 comprend un boîtier 23 permettant de canaliser le flux d'air intérieur 3. L'échangeur de chaleur 1 selon 25 la présente invention est installé transversalement au flux d'air intérieur 3 dans le boîtier 23, de sorte à ce que le flux d'air intérieur 3 traverse la deuxième nappe 6 préalablement à la première nappe 4. Autrement dit, la deuxième nappe 6 est en amont de la première nappe 4, selon la direction du flux d'air intérieur 3.
30 Dans la présente description, il est fait mention d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 22. Une telle appellation couvre tout type d'installations logeant l'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention. A titre d'exemple, elle couvre, notamment, les installations de chauffage et ventilation 22, assurant uniquement la distribution d'un flux d'air intérieur chauffé, ou les installations de chauffage, ventilation et/ou climatisation 22, permettant la distribution d'un flux d'air intérieur chauffé ou refroidi ou tempéré.
On va maintenant détailler un exemple de fonctionnement mettant en valeur le caractère homogène de la température du flux d'air intérieur 3 en aval de l'échangeur de chaleur 1 selon la direction du flux d'air intérieur 3.
On prend pour hypothèse que la température du flux d'air intérieur 3 entrant dans le boîtier 23 est égale à 0°C. Le fluide réfrigérant 2 entre dans l'échangeur de chaleur 1 à une première température Tl élevée, par exemple égale à 65°C, car le fluide réfrigérant 2 provient directement du compresseur, dans lequel il a subi une élévation de pression et de température. Il parcourt la première nappe 4 dans laquelle il échange thermique avec le flux d'air intérieur 3. Grâce à cet échange thermique, le fluide réfrigérant 2 se refroidit et/ou se condense. Le fluide réfrigérant 2, ainsi refroidi et/ou condensé, entre alors dans le moyen de séparation de phase 17 à une deuxième température T2, abaissée par rapport à la première température Tl. La deuxième température T2 est, par exemple, égale à 50°C.
Le fluide réfrigérant 2 ne subit pas d'échange thermique en traversant le moyen de séparation de phase 17 et entre ainsi dans la deuxième nappe 6 à une troisième température T3 égale à la deuxième température T2, soit, selon l'exemple donnée, 50°C, et dans un état liquide.
Le fluide réfrigérant 2 à l'état liquide parcourt ensuite la deuxième nappe 6 et subit un abaissement de température par échange avec le flux d'air intérieur 3, selon l'hypothèse choisie, à 0°C. Le fluide réfrigérant 2 sort alors de l'échangeur de chaleur 1 à une quatrième température T4 faible, par exemple égale à 20°C.
Selon l'exemple présenté, on constate ainsi que la deuxième nappe 6 réalise un sous-refroidissement du fluide réfrigérant 2 d'au moins 30°C, correspondant à la différence entre la troisième température T3 et la quatrième température T4.
Grâce au fait que la surface de la première nappe 4 est identique à la surface de la deuxième nappe 6 et au fait que la deuxième nappe 6, dans laquelle le fluide réfrigérant 2 est à l'état liquide, est traversée par le flux d'air intérieur 3 avant que celui-ci ne traverse la première nappe 4, dans laquelle le fluide réfrigérant 2 se refroidit et/ou se condense, on délivre un flux d'air intérieur en aval de l'échangeur de chaleur 1 à une température uniforme.
Ainsi, la température du flux d'air intérieur 3a situé à l'opposé de la conduite d'entrée 13, c'est-à-dire à gauche de la figure 2, est égale à 37,5°C, alors que la température du flux d'air intérieur 3b situé du coté de la conduite de sortie 15, à c'est-à-dire droite de la figure 2, est égale à 37,5°C.
Un tel échangeur de chaleur 1 présente des dimensions adaptées à son intégration à l'intérieur du boîtier 23 de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation 22. Préférentiellement, le faisceau 8, formé par la juxtaposition de la première nappe 4 et de la deuxième nappe 6, est tel que : - la largeur L est comprise entre 100 mm et 300 mm, la hauteur H est comprise entre 120 mm et 300 mm, et - la profondeur P, correspondant à la somme de la première profondeur 25 P1 et de la deuxième profondeur P2, est comprise entre 20 mm et 50 mm.
En conséquence, préférentiellement, la deuxième profondeur P2 de la deuxième nappe 6 est comprise entre 6 mm et 20mm. 30 L'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention est un des composants majeurs de la boucle de climatisation permettant la circulation du fluide réfrigérant 2. La boucle de climatisation comprend par ailleurs un compresseur, un échangeur de chaleur extérieur, agencé pour assurer un échange thermique entre le fluide réfrigérant 2 et un flux d'air extérieur à l'habitacle, afin d'assurer une fonction de refroidissement et/ou condensation, quand la boucle de climatisation fonctionne en mode dit "refroidissement", ou une fonction d'évaporation, quand la boucle de climatisation fonctionne en mode dit "chauffage".
La boucle de climatisation comprend également un moyen de stockage de fluide réfrigérant 2, notamment une bouteille, installée immédiatement en aval de l'échangeur de chaleur extérieur selon le sens de circulation du fluide réfrigérant , ou un accumulateur, placé dans la boucle de climatisation immédiatement en amont du compresseur.
La boucle de climatisation comprend aussi un échangeur de chaleur intérieur, agencé pour assurer un échange thermique entre le fluide réfrigérant 2 et le flux d'air intérieur 3 destiné à être distribué dans l'habitacle du véhicule. L'échangeur de chaleur intérieur est destiné à refroidir le flux d'air intérieur 3 destiné à être distribué dans l'habitacle, quand le circuit de la boucle de climatisation fonctionne en mode dit "refroidissement". Enfin, la boucle de climatisation comporte au moins un organe de détente assurant un abaissement de la pression avant l'entrée du fluide réfrigérant 2 dans l'échangeur de chaleur intérieur.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur (1), agencé pour réaliser un échange thermique entre un fluide réfrigérant (2) et un flux d'air intérieur (3), comprenant un faisceau (8) formée d'une première nappe (4) et d'une deuxième nappe (6) dans lesquelles circule le fluide réfrigérant, la première nappe (4) étant délimitée par une première face frontale (5a) et une deuxième face frontale (5b) et la deuxième nappe (6) étant délimitée par une troisième face frontale (5c) et une quatrième face frontale (5d), caractérisé en ce qu'au moins trois des faces frontales (5a, 5b, 5c, 5d) sont distinctes et agencées selon des plans différents.
  2. 2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, dans lequel la première 15 nappe (4) s'étend selon une première profondeur (P1) et la deuxième nappe (6) s'étend selon une deuxième profondeur (P2).
  3. 3. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 2, dans lequel la somme de la première profondeur (P1) de la première nappe (4) et de la deuxième profondeur 20 (P2) de la deuxième nappe (6) est comprise entre 20 et 50 mm.
  4. 4. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel une hauteur (H) de la première nappe (4) est identique à une hauteur (H) de la deuxième nappe (6) et/ou dans lequel une largeur (L) de la première nappe (4) 25 est identique à une largeur (L) de la deuxième nappe (6).
  5. 5. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 4, dans lequel la hauteur (H) est comprise entre 120 et 300 mm et/ou la largeur (L) est comprise entre 100 et 300 mm.
  6. 6. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel, la première profondeur (P1), la hauteur (H) et la largeur (L) de la première nappe 30(4) définissant un premier volume interne, et la deuxième profondeur (P2), la hauteur (H) et la largeur (L) de la deuxième nappe (6) définissant un deuxième volume interne, le deuxième volume interne de la deuxième nappe (6) est compris entre 30% et 40% du premier volume interne de la première nappe (4).
  7. 7. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il comprend un moyen de séparation de phase (17) mettant en relation la première nappe (4) et la deuxième nappe (6) de l'échangeur de chaleur (1). 10
  8. 8. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 7, dans lequel la première nappe (4) comprend une pluralité de tubes définissant un premier volume de fluide réfrigérant et une pluralité d'intercalaires définissant un premier volume d'échange thermique, et dans lequel la deuxième nappe (6) comprend une 15 pluralité de tubes définissant un deuxième volume de fluide réfrigérant et une pluralité d'intercalaires définissant un deuxième volume d'échange thermique, le premier volume de fluide réfrigérant étant mis en communication avec le deuxième volume de fluide réfrigérant par l'intermédiaire du moyen de séparation de phase (17). 20
  9. 9. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la première nappe (4) comporte un orifice de sortie (18) raccordé au moyen de séparation de phase (17) et dans lequel la deuxième nappe (6) comporte un orifice d'entrée (19) raccordé au moyen de séparation de phase (17). 25
  10. 10. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel le moyen de séparation de phase (17) comprend une zone d'accumulation (20) destinée à recevoir le fluide réfrigérant à l'état liquide, et en ce que l'orifice d'entrée (19) de la deuxième nappe (6) est raccordée à la zone 30 d'accumulation (20).5
  11. 11. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel le moyen de séparation de phase (17) et le deuxième volume de fluide réfrigérant de la deuxième nappe (6) délimitent un volume interne compris entre 40 cm3 et 50 cm3.
  12. 12. Boucle de climatisation pour un véhicule automobile comprenant un compresseur, un échangeur de chaleur extérieur, un moyen de stockage de fluide réfrigérant, un échangeur de chaleur intérieur et au moins un organe de détente, caractérisé en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un moyen de séparation de phase (17) mettant en relation la première nappe (4) et la deuxième nappe (6) de l'échangeur de chaleur (1).
  13. 13. Installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation (22) pour un véhicule automobile comprenant un boîtier (23) apte à canaliser un flux d'air intérieur (3) destiné à être distribué dans un habitacle du véhicule, caractérisé en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 est installé dans le boîtier (23) afin d'être traversé par le flux d'air intérieur (3).
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