FR2978818A1 - Desorbeur d'un dispositif de climatisation a carter assurant la distribution de fluide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un désorbeur (100) pour un dispositif de climatisation par absorption, notamment pour véhicule automobile, comprenant un carter (110) et un échangeur de chaleur (7) logé dans le carter, un mélange de fluide absorbant et de fluide réfrigérant étant introduit dans le carter (110), pour être mis en contact avec l'échangeur de chaleur (7), dans lequel la paroi supérieure du carter (110) comprend un système de distribution de fluides sur l'échangeur de chaleur.

Description

"DESORBEUR D'UN DISPOSITIF DE CLIMATISATION A CARTER ASSURANT LA DISTRIBUTION DE FLUIDE "

La présente invention concerne un dispositif de climatisation par absorption. Elle concerne plus particulièrement le désorbeur d'un tel dispositif de climatisation. L'invention concerne également un véhicule automobile, équipé d'un tel dispositif de climatisation 10 par absorption perfectionné. Parmi les dispositifs de climatisation existants, on connaît des dispositifs de climatisation par absorption, reposant sur le principe de l'absorption d'un fluide réfrigérant, sous forme gazeuse, par un fluide 15 absorbant. Contrairement aux dispositifs de climatisation classiques à compression mécanique, ces dispositifs de climatisation à absorption ne comportant pas de compression mécanique ont donc peu de pièces en mouvement, ce qui limite le bruit et les vibrations, 20 simplifie la maintenance, et améliore la fiabilité et la durée de vie du dispositif. On a déjà cherché à améliorer les performances des dispositifs de climatisation par absorption pour pouvoir les implanter facilement et de façon fiable dans les 25 véhicules. De tels dispositifs de climatisation doivent cependant être encore améliorés pour être mis en oeuvre efficacement dans les véhicules automobiles. Ainsi, le volume des dispositifs de climatisation à absorption existants reste relativement important, et il 30 est nécessaire de le réduire pour adapter efficacement un tel système dans l'espace réduit d'un véhicule. Par ailleurs, il est nécessaire de réduire au maximum le coût de revient des éléments de ces dispositifs de climatisation. Pour cela, il est 35 nécessaire de simplifier ces éléments au maximum. Le but de la présente invention est par conséquent de fournir un dispositif de climatisation par absorption adapté aux véhicules automobiles, qui soit perfectionné dans son fonctionnement par rapport aux dispositifs connus de climatisation ou de refroidissement par absorption de l'art antérieur.

En particulier, un but de la présente invention est de fournir un tel dispositif de climatisation par absorption qui permette d'offrir les mêmes performances avec un volume réduit par rapport aux dispositifs de l'art antérieur.

Un autre but de la présente invention est de fournir un tel dispositif de climatisation par absorption, qui soit de conception simple et dont la réalisation nécessite des moyens technologiques peu coûteux.

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement par la suite, sont atteints par un désorbeur pour un dispositif de climatisation par absorption, notamment pour véhicule automobile, comprenant un carter et un échangeur de chaleur logé dans le carter, un mélange de fluide absorbant et de fluide réfrigérant étant introduit dans le carter, pour être mis en contact avec l'échangeur de chaleur, dans lequel la paroi supérieure du carter comprend un système de distribution dudit mélange de fluides sur l'échangeur de chaleur. Avantageusement, le système de distribution est constitué par une pluralité de rigoles définies dans la paroi supérieure, dont les fonds sont percés pour permettre l'écoulement dans le carter des fluides présent dans les rigoles. Avantageusement, les rigoles sont conformées de façon à former une structure ondulée renforçant la rigidité de la paroi supérieure du carter. Avantageusement, l'échangeur de chaleur comprend 35 des plaques d'échange de chaleur s'étendant verticalement, et en ce que lesdites rigoles sont orientées parallèlement au dessus respectivement des bords supérieurs de ces plaques d'échange de chaleur. Avantageusement, lesdites rigoles sont orientées dans la direction d'écoulement de la vapeur produite dans le désorbeur, afin de faciliter cet écoulement. Avantageusement, le désorbeur comprend un couvercle placé au-dessus de la paroi supérieure du carter, afin de former un réservoir de fluide entre le couvercle et la paroi supérieure.

Avantageusement, la paroi supérieure du carter est en appui sur l'échangeur de chaleur afin d'augmenter sa rigidité. Avantageusement, le carter a au moins une de ses autres parois en appui contre l'échangeur de chaleur afin 15 d'augmenter sa rigidité. Avantageusement, une plaque entretoise est placée entre au moins une face latérale de l'échangeur de chaleur et la paroi correspondante du carter, pour que cette paroi prenne appui sur la face latérale de 20 l'échangeur. Avantageusement, ladite entretoise est formée par une plaque ondulée en créneaux. Avantageusement, la paroi inférieure du carter présente une pluralité de nervures en contact avec 25 l'échangeur de chaleur. Avantageusement, les nervures sont orientées dans la direction d'écoulement du fluide après son passage au contact de l'échangeur, afin de faciliter cet écoulement. L'invention concerne également un dispositif de 30 climatisation par absorption, notamment pour véhicule automobile, comprenant un désorbeur tel que décrit ci-dessus, et un véhicule automobile comportant un tel dispositif de climatisation. D'autres buts, avantages et caractéristiques de 35 l'invention apparaîtront dans la description qui suit de modes de réalisation préférés, non limitatifs de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : - la figure 1 représente, de manière schématique, le principe de fonctionnement d'un dispositif de 5 climatisation par absorption ; - la figure 2 représente, de manière schématique, le circuit fonctionnel d'un dispositif de climatisation par absorption ; - la figure 3 représente, de manière schématique, 10 le désorbeur d'un dispositif de climatisation par absorption ; - la figure 4 est une vue en perspective coupée d'un désorbeur selon un mode de réalisation de l'invention ; 15 - la figure 5 est une section partielle du désorbeur de la figure 4, montrant le haut de celui-ci ; - la figure 6 est une section partielle du désorbeur de la figure 4, montrant le bas de celui-ci ; - la figure 7 représente l'échangeur de chaleur du 20 désorbeur de la figure 4. Un dispositif de climatisation par absorption met en oeuvre un double circuit de fluides, l'un transportant un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau, et l'autre un fluide absorbant, par exemple une solution saline de 25 bromure de lithium (LiBr). Ces deux fluides sont miscibles, et une partie des circuits est commune aux deux circuits et transporte un mélange des fluides réfrigérant et absorbant. La figure 1 représente, de manière schématique, les 30 éléments constitutifs et le principe de fonctionnement d'un dispositif de climatisation par absorption. Il comprend un élément dans lequel s'effectue la désorption, désigné « désorbeur » 100 dans la suite du texte, un condenseur 200, un évaporateur 300 et un absorbeur 400. 35 Le désorbeur 100 et l'absorbeur 400 sont remplis d'un mélange d'au moins deux substances miscibles formé par le fluide réfrigérant et le fluide absorbant. Ce mélange est combiné dans l'absorbeur 400, dans lequel le fluide absorbant absorbe le fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant et le fluide absorbant ont des pressions d'évaporation suffisamment différentes pour que, lorsque le mélange est chauffé dans le désorbeur 100, le fluide réfrigérant, plus volatil, s'évapore, permettant la séparation des deux fluides. La chaleur nécessaire à cette séparation (apport illustré schématiquement par la flèche A) peut avantageusement être apportée au désorbeur par le liquide de refroidissement moteur du véhicule. Le fluide réfrigérant sous forme de vapeur est alors amené par la canalisation 20 dans le condenseur 200 pour être condensé par l'action de refroidissement de l'air extérieur (apport de refroidissement schématiquement illustré par la flèche B). Le fluide réfrigérant en phase liquide est ensuite amené par la canalisation 10 vers l'évaporateur 300. Le froid produit lors de l'évaporation de ce fluide réfrigérant est transmis à l'habitacle du véhicule (non représenté), comme schématiquement illustré par la flèche C. A cette fin, il est prévu une pompe 310 et un aérotherme 320, qui sont reliés à l'évaporateur 300 par les canalisations 11, 12 et 13.

La vapeur de fluide réfrigérant qui sort de l'évaporateur 300 est amenée dans l'absorbeur 400 par le conduit 21 qui est formé de fait par l'enveloppe de l'ensemble absorbeur/évaporateur. Le fluide absorbant, qui a été refroidi par de l'air extérieur dans le circuit de solution saline (apport de refroidissement schématiquement illustré par la flèche D), absorbe alors cette vapeur d'eau pour reformer le mélange. Le circuit de solution saline est formé par une pompe 410 et un radiateur 420, qui sont reliés à l'absorbeur 400 par les canalisations 16, 17, 18 et 19. L'absorbeur 400 est relié au désorbeur 100 par les canalisations 14, 15 et 16.

La figure 2 représente le circuit fonctionnel d'une climatisation par absorption à laquelle peut être appliquée la présente invention. A titre d'exemple non limitatif, il s'agit d'une machine à absorption qui utilise le couple LiBr-eau (Bromure de Lithium comme fluide absorbant et eau comme fluide réfrigérant). Les éléments du circuit identiques ou similaires à des éléments de la figure 1 sont désignés, le plus souvent, par la même référence numérique. Les références 100 et 200 désignent respectivement le désorbeur et le condenseur du fluide réfrigérant. Les références 320 et 420 désignent respectivement l'aérotherme de fluide réfrigérant et le radiateur du fluide absorbant. Les références 310 et 410 désignent respectivement la pompe du circuit de fluide réfrigérant et la pompe du circuit de fluide absorbant. Les références 350 et 450 désignent respectivement la réserve de fluide réfrigérant et la réserve de fluide absorbant. Les références 62 et 63 désignent des clapets anti-retour, et la référence 20 désigne la canalisation amenant la vapeur d'eau du désorbeur 100 au condenseur 200. La référence 500 désigne un ensemble qui combine l'absorbeur et l'évaporateur du dispositif de climatisation par absorption. Dans cet ensemble évaporateur / absorbeur, parcouru par un flux de fluide réfrigérant et un flux de fluide absorbant, une partie du fluide réfrigérant est évaporée, et cette réaction d'évaporation, endothermique, a pour effet de refroidir le flux de fluide réfrigérant restant. La vapeur produite est directement absorbée par le flux de fluide absorbant. Par ailleurs, la chaleur produite par la réaction exothermique d'absorption est évacuée par le flux de fluide absorbant qui circule dans le bloc. La figure 3 représente, de manière schématique, le désorbeur 100. Ce désorbeur 100 est constitué d'un carter 110 dans lequel sont ouvertes une entrée 14 pour le mélange de fluide absorbant et de fluide réfrigérant, une sortie 15 pour le fluide absorbant, et une canalisation 20 d'évacuation du fluide réfrigérant sous forme de vapeur, menant vers le condenseur 200. Un échangeur de chaleur 7 parcouru par un fluide chaud, par exemple le liquide de refroidissement venant du moteur du véhicule, apporte de la chaleur au désorbeur 100. Ainsi, le mélange de fluide absorbant et de fluide réfrigérant arrivant par l'entrée 14 se réchauffe au contact de l'échangeur 7, ce qui cause l'évaporation du fluide réfrigérant. Après cette évaporation, le fluide absorbant est récupéré au fond du carter 110 et sort du désorbeur 100 par la sortie 15. Cette opération constitue la désorption. Le carter 110 du désorbeur 100 doit résister à la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du désorbeur. La pression à l'intérieur de ce carter 110 correspond idéalement à la pression de vapeur saturante du fluide réfrigérant. Dans le cas d'une climatisation de type LiBr-eau, dans laquelle le fluide réfrigérant est l'eau, l'intérieur du désorbeur 100 présente une pression de l'ordre de 2 à 300 mbar. Cette pression fortement inférieure à la pression ambiante extérieure exerce donc sur le carter 110 un effort de l'extérieur vers l'intérieur pouvant valoir jusqu'à 1 kg par cm2. A titre d'exemple, sur une face de 15 cm sur 25 cm de ce carter 110, soit 375 cm2, cet effort peut atteindre 375 kg. Un tel effort peut engendrer des déformations importantes sur un carter fabriqué avec des matériaux souples, par exemple en plastique ou en aluminium.

Il est possible de fabriquer un carter 110 présentant une épaisseur suffisante pour résister à ces efforts, ou comportant des nervures de renfort lui permettant de présenter la rigidité suffisante. Cependant, ces solutions ont pour inconvénients d'augmenter le volume et le poids du désorbeur 100, et donc du système de climatisation, d'augmenter la quantité de matière nécessaire pour fabriquer le carter 110 et de rendre sa forme plus complexe, ce qui augmente son prix de revient. La figure 4 est une vue en perspective coupée d'un désorbeur 100 selon un mode de réalisation de l'invention, qui permet d'éviter ces inconvénients de l'art antérieur. Les figures 5 et 6 sont des sections partielles de ce désorbeur, montrant respectivement le haut et le bas de celui-ci. La figure 7 représente certains des éléments de ce désorbeur.

Ce désorbeur 100 comporte un carter 110 présentant une forme générale de parallélépipède dont les sections longitudinale et transversale sont des losanges. Ainsi, quand les parois latérales du carter 110 sont verticales, les parois inférieure et supérieure de ce carter 110 sont inclinées par rapport à l'horizontale, ce qui permet de favoriser l'écoulement de liquide sur la paroi inférieure et de gaz le long de la paroi supérieure. Le carter 110 est ouvert sur l'une de ses faces pour permettre le montage des éléments du désorbeur. Un couvercle 120 permet d'obturer cette ouverture du carter 110. Un échangeur de chaleur 7 est placé à l'intérieur du carter 110. Cet échangeur 7, qui est représenté sans le carter sur la figure 7, est constitué d'une pluralité de plaques d'échange 71, s'étendant verticalement et dans la direction de la longueur du carter 110. Les plaques 71 sont positionnées parallèles les unes aux autres, séparées les unes des autres par des entretoises 72 formées par des tôles fines pliées en créneau. Chaque entretoise forme donc une pluralité de parois s'étendant verticalement et parallèlement aux plaques 71, qui permettent l'écoulement par gravité du liquide à réchauffer le long des plaques 71. Chacune des plaques d'échange 71 comprend une pluralité de conduites sensiblement horizontales qui sont parcourues par un fluide chaud, par exemple le liquide de refroidissement provenant du moteur du véhicule. Une boîte de distribution 74 est placée à l'une des extrémités de l'échangeur 7, et le couvercle 120 dont la face intérieure forme la boîte de distribution 121 est assemblé à l'autre extrémité de l'échangeur 7. L'entrée et la sortie du fluide chaud dans le désorbeur se font par cette boîte de distribution 121. Ces boîtes de distribution placées au deux extrémités de chacune des plaques, permettent d'assurer, d'une façon connue de l'homme du métier, la circulation dans les conduites du fluide chaud. Le système de distribution du mélange de fluide absorbant et de fluide réfrigérant sur l'échangeur 7 est relativement complexe à réaliser : ce système doit en effet distribuer de manière uniforme un faible débit de mélange (environ 30 à 300 L/h, par exemple, pour un dispositif de climatisation de 6 kW de puissance frigorifique) sur l'échangeur 7, de telle manière que les plaques d'échange 71 de cet échangeur 7 soient intégralement mouillées. Le bon positionnement du système de distribution par rapport à l'échangeur 7 est donc important. Par ailleurs, ce système de distribution ne doit pas faire obstacle à l'évacuation du gaz généré par l'évaporation du fluide réfrigérant. Selon l'invention, comme le représentent les figures 4 à 7, le système de distribution du mélange sur l'échangeur 7 est formé dans la paroi supérieure du carter 110. Pour cela, des rainures 111 formant rigoles sont formées dans cette paroi supérieure, et s'étendent dans la direction de la longueur du carter 110 de façon à être parallèle aux bords supérieurs des plaques d'échange 71. Cette orientation des rainures 111 leur permet de ne pas gêner l'écoulement de la vapeur de fluide réfrigérant vers l'ouverture 20. Comme le montre la figure 5, le fond de chacune de ces rainures 111 peut être en appui, sur toute sa longueur, sur le bord supérieur de l'une des plaques 71. De plus, ces rainures formant rigoles sont conformées de façon à former une structure ondulée renforçant la rigidité de la paroi supérieure du carter. Ainsi, la paroi supérieure du carter 110 est rigidifiée par les rainures 111 et est également renforcée par son appui sur les plaques 71, qui s'oppose à la déformation de cette paroi vers l'intérieur. Selon un autre mode de réalisation possible de l'invention, un espace peut être prévu entre les rainures 111 et le bord supérieur des plaques 71.

Pour que les rainures 111 assurent la distribution de mélange sur l'échangeur 7, un couvercle 130 recouvre la partie de la paroi supérieure du carter 110 où sont formées les rainures 111 de façon à former un réservoir entre cette paroi supérieure et le couvercle 130.

L'arrivée 14 de mélange se fait à travers ce couvercle 130, de telle sorte que ce mélange remplisse le réservoir ainsi formé, et donc les rigoles formées par les rainures 111. Des trous 112 sont percés au fond de chacune des rigoles formées par les rainures 111, et répartis de façon à permettre l'écoulement du mélange sur les plaques 71. Le nombre, la position et le diamètre de ces trous sont choisis de façon que, lors du fonctionnement normal du dispositif de climatisation, le débit de mélange arrivant dans le désorbeur 100 soit uniformément réparti sur les plaques 71. Pour éviter la déformation du couvercle 130, il est possible que celui-ci présente, sur sa paroi inférieure, un certain nombre d'entretoises prenant appui sur la paroi supérieure du carter 110, qui est elle-même renforcée par la présence des rainures 111 et son appui sur les plaques 71 de l'échangeur 7. Selon une caractéristique particulière montrée par la figure 6, les bords inférieurs de certaines des plaques 71 sont en appui sur des nervures 113, formées sur la face intérieure de la paroi inférieure du carter 110. De façon avantageuse, ces nervures sont orientées de façon à ne pas gêner l'écoulement du fluide absorbant sous l'échangeur 7, après l'évaporation du fluide réfrigérant, vers l'ouverture de sortie 15 du fluide absorbant. L'appui de l'échangeur 7 sur la paroi inférieure du carter 110 permet de renforcer cette paroi inférieure, en évitant sa déformation sous l'effet de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du carter 110. La figure 7 montre un ensemble formé par l'échangeur 7 sur lequel sont assemblés la boîte de distribution 74 et le couvercle 120 formant la boîte de distribution 121. Cet ensemble est destiné à être assemblé au carter 110. La largeur du carter 110 doit donc être suffisante pour y introduire la boîte de distribution 120, qui est plus large que l'échangeur 7.

Pour permettre aux parois latérales du carter 110 de prendre appui contre l'échangeur 7, et ainsi rigidifier ces parois latérales, des entretoises 73, formées de tôles pliées en créneaux, sont placées contre les plaques 71 qui forment les côtés de l'échangeur 7. La présence de ces entretoises 73 permet de combler l'espace existant entre les bords de l'échangeur 7 et les parois latérales du carter 110, sans gêner l'écoulement de fluides sur la face extérieure des plaques 71 qui forment les côtés de l'échangeur 7.

Il est à noter que, pour faciliter le montage de l'ensemble formé par l'échangeur 7, la boîte de distribution 74 et le couvercle 120 dans le carter 110, la distance entre le haut des nervures 113 et le bas des rainures 111 peut être légèrement supérieure à la hauteur de l'échangeur 7, afin de ménager un jeu de montage. Cependant, dans les conditions normales d'utilisation du désorbeur, la pression très faible à l'intérieur de ce désorbeur entraine une faible déformation des parois du carter 110 jusqu'à ce que ces parois entrent en contact avec l'échangeur 7. Ce contact permet alors de rigidifier les parois.

Dans le désorbeur 100 selon l'invention, les parois latérales, supérieure et/ou inférieure du carter 110 sont donc en appui sur l'échangeur 7. Cet appui permet de renforcer la rigidité de ce carter pour éviter sa déformation quand il est à une pression inférieure à la pression extérieure, sans nécessiter de renfort trop important du carter 110. Ainsi, cet appui permet de fabriquer un carter 110 qui soit de conception plus simple et qui utilise moins de matière, tout en conservant une rigidité satisfaisante. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Désorbeur (100) pour un dispositif de climatisation par absorption, notamment pour véhicule automobile, comprenant un carter (110) et un échangeur de chaleur (7) logé dans le carter (110), un mélange de fluide absorbant et de fluide réfrigérant étant introduit dans le carter (110), pour être mis en contact avec l'échangeur de chaleur (7), caractérisé en ce que la paroi supérieure du carter (110) comprend un système de distribution dudit mélange de fluides sur l'échangeur de chaleur (7).
2. 2. Désorbeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de distribution est constitué par une pluralité de rigoles (111) définies dans la paroi supérieure, dont les fonds sont percés pour permettre l'écoulement dans le carter (110) des fluides présent dans les rigoles (111).
3. 3. Désorbeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rigoles (111) sont conformées de façon à former une structure ondulée renforçant la rigidité de la paroi supérieure du carter (110).
4. 4. Désorbeur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (7) comprend des plaques d'échange de chaleur (71) s'étendant verticalement, et en ce que lesdites rigoles (111) sont orientées parallèlement au dessus respectivement des bords supérieurs de ces plaques d'échange de chaleur (71).
5. 5. Désorbeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdites rigoles (111) sont orientées dans la direction d'écoulement de la vapeur produite dans le désorbeur (100), afin de faciliter cet écoulement.
6. 6. Désorbeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle (130) placé au-dessus de la paroi supérieure ducarter (110), afin de former un réservoir de fluide entre le couvercle (130) et la paroi supérieure.
7. 7. Désorbeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi supérieure du carter (110) est en appui sur l'échangeur de chaleur (7) afin d'augmenter sa rigidité.
8. 8. Désorbeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter (110) a au moins une de ses autres parois en appui contre l'échangeur de chaleur (7) afin d'augmenter sa rigidité.
9. 9. Désorbeur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une plaque entretoise (73) est placée entre au moins une face latérale de l'échangeur de chaleur (7) et la paroi correspondante du carter (110), pour que cette paroi prenne appui sur la face latérale de l'échangeur de chaleur (7).
10. 10. Désorbeur selon la revendication 9 caractérisé en ce que ladite entretoise (73) est formée par une 20 plaque ondulée en créneaux.
11. 11. Désorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la paroi inférieure du carter (110) présente une pluralité de nervures (113) en contact avec l'échangeur de chaleur 25 (7) .
12. 12. Désorbeur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les nervures (113) sont orientées dans la direction d'écoulement du fluide après son passage au contact de l'échangeur (7), afin de faciliter 30 cet écoulement.
13. 13. Dispositif de climatisation par absorption, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un désorbeur (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 35
14. 14. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de climatisation par absorption selon la revendication 13.