FR3059394B1 - Dispositif d’homogeneisation de la distribution d’un fluide refrigerant a l’interieur de tubes d’un echangeur de chaleur constitutif d’un circuit de fluide refrigerant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) du fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur. Le dispositif d'homogénéisation de la distribution (18) comprend un conduit (19) pourvu d'au moins une fenêtre (29) par laquelle le fluide réfrigérant est apte à entrer à l'intérieur du conduit (19) et au moins un orifice (22) par lequel le fluide réfrigérant est apte à sortir du conduit (19). Le conduit (19) loge au moins un organe de mixage (25) agencé pour diriger le fluide réfrigérant depuis un centre (C) du conduit (19) vers une face interne (23a) du conduit (19).

Description

Dispositif d’homogénéisation de la distribution d’un fluide réfrigérant à l’intérieur de tubes d’un échangeur de chaleur constitutif d’un circuit de fluide réfrigérant

Le domaine de la présente invention est celui des échangeurs de chaleur constitutifs d’un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule automobile. L'invention a pour objet un dispositif d’homogénéisation de la distribution d’un fluide réfrigérant à l’intérieur de tubes d’un tel échangeur de chaleur.

Un véhicule automobile est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour traiter thermiquement l'air présent ou envoyé à l’intérieur d’un habitacle du véhicule automobile. Pour ce faire, une telle installation est associée à un circuit fermé à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant. Le circuit de fluide réfrigérant comprend successivement un compresseur, un condenseur ou refroidisseur de gaz, un organe de détente et un échangeur de chaleur. L’échangeur de chaleur est logé à l’intérieur de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour permettre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air circulant à l’intérieur de ladite installation, préalablement à une délivrance du flux d’air à l’intérieur de l’habitacle.

Selon un mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, l’échangeur de chaleur est utilisé comme évaporateur pour refroidir le flux d’air. Dans ce cas, le fluide réfrigérant est comprimé à l’intérieur du compresseur, puis le fluide réfrigérant est refroidi à l’intérieur du condenseur ou refroidisseur de gaz, puis le fluide réfrigérant subit une détente à l’intérieur de l’organe de détente et enfin le fluide réfrigérant capte des calories au flux d’air à l’intérieur de l’échangeur de chaleur. Le fluide réfrigérant, en sortie de l’organe de détente et en entrée de l’échangeur de chaleur, est à l'état diphasique et est présent sous une phase liquide et une phase gazeuse. L’échangeur de chaleur comprend une boîte collectrice et une boîte de renvoi entre lesquelles un faisceau de tubes est interposé. Lors du fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant, le fluide réfrigérant est admis à l’intérieur de l’échangeur de chaleur à travers une bouche d'entrée que comprend la boîte collectrice. Puis, le fluide réfrigérant s’écoule entre la boîte collectrice et la boîte de renvoi en empruntant les tubes du faisceau.

Un problème général posé réside en une difficulté à alimenter de manière homogène les tubes du faisceau au regard des différentes phases, liquide et gazeuse, du fluide réfrigérant.

En effet, une hétérogénéité d’alimentation en fluide réfrigérant des tubes du faisceau génère une hétérogénéité de la température du flux d’air qui traverse l’échangeur de chaleur. Cette hétérogénéité est susceptible d’induire des écarts de température intempestifs et non-souhaités entre des zones de l’habitacle, ce qui est préjudiciable.

Le document US2015/0121950 propose de loger, à l’intérieur de la boîte collectrice, un dispositif d’homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant à l’intérieur des tubes du faisceau. Ce dispositif comprend un conduit pourvu d’une pluralité d'orifices. Le conduit comporte une première partie terminale qui est en relation avec une première bouche d’arrivée du fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur. Le conduit est agencé en un tube cylindrique délimitant un volume intérieur d’un seul tenant à l’intérieur duquel circule le fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant en phase liquide est projeté à travers les orifices ménagés à travers le conduit sous forme de gouttelettes.

Une telle organisation n’est pas optimale du point de vue de l’homogénéisation de la distribution de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur. Plus particulièrement, les tubes du faisceau les plus éloignés de la première partie terminale sont fréquemment sous-alimentés en fluide réfrigérant. H en résulte une hétérogénéité de la température du flux d’air en sortie de l’échangeur de chaleur, ce qui est insatisfaisant.

Un but de l'invention est de parfaire l'homogénéité de la distribution de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur, pour finalement améliorer son efficacité et son rendement, en vue de délivrer à l’intérieur de l’habitacle un flux d’air à la température désirée.

Un autre but de l’invention est d’améliorer la distribution de fluide réfrigérant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur, y compris lorsque ce dernier est présent à l’intérieur de l’échangeur de chaleur sous deux phases distinctes, liquide et gaz, en proportion respective variable.

Un autre but est de proposer un dispositif de distribution d’un fluide réfrigérant à rintérieur des tubes du faisceau qui assure une alimentation équivalente en fluide réfrigérant des tubes du faisceau, y compris de ceux qui sont les plus éloignés de la première partie terminale du conduit, qui reçoit en premier lieu le fluide réfrigérant.

Un autre but est de proposer un dispositif de distribution d’un fluide réfrigérant qui est agencé pour éviter une accumulation du fluide réfrigérant en une zone de ce dernier.

Un dispositif de la présente invention est un dispositif d’homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant à l’intérieur de tubes d’un échangeur de chaleur. Le dispositif d’homogénéisation de la distribution comprend un conduit pourvu d’au moins une fenêtre par laquelle le fluide réfrigérant est apte à entrer à l’intérieur du conduit et au moins un orifice par lequel le fluide réfrigérant est apte à sortir du conduit.

Selon la présente invention, le conduit loge au moins un organe de mixage agencé pour diriger le fluide réfrigérant depuis un centre du conduit vers une face interne du conduit.

Le dispositif d’homogénéisation de la distribution comporte avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques suivante, prises seule ou en combinaison : - le conduit délimite un volume interne à rintérieur duquel s’étend au moins partiellement l’organe de mixage. - l’organe de mixage occupe la totalité du volume interne. On comprend ici qu’un bord périphérique de l’organe de mixage est en contact avec une face interne d’une paroi périphérique du conduit. - l’organe de mixage comprend au moins un arbre équipé d’au moins une paroi centrifuge. On comprend ici que la paroi centrifuge est issue de l’arbre et s’étend depuis l’arbre jusqu’au bord périphérique de l’organe de mixage. - l’arbre s’étend au centre du conduit. Le centre du conduit est contenu à l’intérieur de l’arbre. Avantageusement, un axe de l’arbre est confondu avec le centre du conduit. - la paroi centrifuge s’étend entre l’arbre et la face interne du conduit. - la face interne est lisse. - l’arbre est équipé d’une pluralité de parois centrifuges qui sont continues entre deux extrémités longitudinales de l’organe de mixage. - les parois centrifuges sont identiques les unes aux autres. Chaque paroi centrifuge s’étend entre l’arbre, un premier bord d’attaque, un deuxième bord d’attaque et un bord périphérique. Chaque paroi centrifuge est une paroi incurvée entre l’arbre, le premier bord d’attaque, le deuxième bord d’attaque et le bord périphérique. - la paroi centrifuge comprend des éléments de mixage qui sont portés par l’arbre et qui sont séparés les uns des autres par au moins une échancrure. On comprend ici que la paroi centrifuge est une paroi discontinue comprenant au moins deux éléments de mixage séparés par au moins une échancrure. - les éléments de mixage sont itérativement répétés le long de l’arbre. On comprend ici que des éléments de mixage identiques entre eux sont répétés l’un après l’autre le long de l’arbre. Les éléments de mixage se succèdent les uns aux autres en étant identiques entre eux et orientés de manière similaire dans l’espace les uns par rapport aux autres. - chaque élément de mixage est agencé en une portion d’hélice. - chaque élément de mixage s’étend entre un premier bord d’attaque et un deuxième bord d’attaque qui forment entre eux un premier angle compris entre 70° et 110°. - le premier bord d’attaque d’un élément de mixage forme avec un deuxième bord d’attaque d’un élément de mixage adjacent un deuxième angle compris entre 70° et 110°. - chaque élément de mixage comprend au moins deux motifs de mixage identiques et à sens d’enroulement opposé l’un à l’autre. On comprend ici que l’élément de mixage est une paroi discontinue comprenant au moins deux motifs de mixage séparés par au moins une rainure. - le motif de mixage s’étend entre un premier rebord d’attaque et un deuxième rebord d’attaque, qui sont parallèles entre eux. - le premier rebord d’attaque d’un motif de mixage forme avec un deuxième rebord d’attaque d’un motif de mixage adjacent un troisième angle compris entre 70° et 110°. L’invention porte aussi sur une boîte collectrice délimitant une première chambre logeant au moins un tel dispositif d’homogénéisation de la distribution. L’invention porte aussi sur un échangeur de chaleur comprenant une telle boîte collectrice et une boîte de renvoi entre lesquelles est interposé un faisceau de tubes. L’invention porte aussi sur un circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un tel échangeur de chaleur.

La présente invention porte aussi sur une utilisation d’un tel échangeur de chaleur en tant qu’évaporateur logé à l’intérieur d’un boîtier d’une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation équipant un véhicule automobile. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec les dessins des planches annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une illustration schématique d'un circuit de fluide réfrigérant comprenant un échangeur de chaleur de la présente invention, - la figure 2 est une illustration schématique en perspective d’une première variante de réalisation de l’échangeur de chaleur illustré sur la figure 1, - la figure 3 est une illustration schématique en perspective d’une deuxième variante de réalisation de l’échangeur de chaleur illustré sur la figure 1, - la figure 4 est une illustration schématique en perspective d’une première variante de réalisation d’un dispositif d’homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant destiné à équiper l’échangeur de chaleur représenté sur les figures 2 ou 3, - la figure 5 est une illustration schématique en perspective d’une deuxième variante de réalisation d’un dispositif d’homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant destiné à équiper l’échangeur de chaleur représenté sur les figures 2 ou 3, - la figure 6 est une illustration schématique en perspective d’un tronçon du dispositif d’homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant représenté sur la figure 5, - la figure 7 est une illustration schématique en perspective d’une première variante d’un organe de mixage constitutif du dispositif d’homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant représenté sur les figures 4 à 5, - la figure 8 est une illustration schématique en perspective d’une deuxième variante d’un organe de mixage constitutif du dispositif d’homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant représenté sur les figures 4 à 5, - la figure 9 est une illustration schématique en perspective d’une troisième variante d’un organe de mixage constitutif du dispositif d’homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant représenté sur les figures 4 à 5, - la figure 10 est une vue de détail de l’organe de mixage représenté sur la figure 9, - la figure 11 est une vue de détail de l’organe de mixage représenté sur la figure 10, - la figure 12 est une vue de détail d’un motif de mixage constitutif de l’organe de mixage illustré sur les figures 9, 10 et 11.

Les figures et leur description exposent l'invention de manière détaillée et selon des modalités particulières de sa mise en œuvre. Elles peuvent servir à mieux définir l'invention, le cas échéant.

Sur la figure 1, est représenté un circuit 1 fermé à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant LR. Sur l'exemple de réalisation illustré, le circuit de fluide réfrigérant 1 comprend successivement, suivant un sens SI de circulation du fluide réfrigérant LR à l’intérieur du circuit de fluide réfrigérant 1, un compresseur 2 pour comprimer le fluide réfrigérant LR, un condenseur ou un refroidisseur de gaz 3 pour refroidir le fluide réfrigérant LR, un organe de détente 4 à l’intérieur duquel le fluide réfrigérant LR subit une détente et un échangeur de chaleur 5. L'échangeur de chaleur 5 est logé à l’intérieur d’un boîtier 6 d’une installation 7 de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation à l’intérieur de laquelle circule un flux d’air. L'échangeur de chaleur 5 permet un transfert thermique entre le fluide réfrigérant LR et le flux d'air LA venant à son contact et/ou le traversant, tel qu'illustré sur la figure 2. Selon le mode de fonctionnement du circuit de fluide réfrigérant 1 décrit ci-dessus, l’échangeur de chaleur 5 est utilisé comme évaporateur pour refroidir le flux d’air LA, lors du passage du flux d’air LA au contact et/ou de part en part de l’échangeur de chaleur 5.

Sur les figures 2 et 3, l’échangeur de chaleur 5 comprend une boîte collectrice 8 et une boîte de renvoi 9 entre lesquelles un faisceau de tubes 10, 10a, 10b est interposé. Dans sa généralité, l’échangeur de chaleur 5 s’étend parallèlement à un premier plan Pl contenant la boîte collectrice 8, le faisceau de tubes 10, 10a, 10b et la boîte de renvoi 9. La boîte collectrice 8 surplombe le faisceau de tubes 10, 10a, 10b, qui sont eux-mêmes situés au-dessus de la boîte de renvoi 9, notamment en position d’utilisation de l’échangeur de chaleur 5 monté à l’intérieur du boîtier 6. Autrement dit, selon cette position d’utilisation, la boîte collectrice 8 est une boîte supérieure de l’échangeur de chaleur 5 tandis que la boîte de renvoi 9 est une boîte inférieure de l’échangeur de chaleur 5. Le flux d’air FA s’écoule à travers l’échangeur de chaleur 5 selon une direction préférentiellement orthogonale au premier plan Pl.

Les tubes 10, 10a, 10b sont par exemple rectilignes et s’étendent selon un premier axe d’extension générale Al entre la boîte collectrice 8 et la boîte de renvoi 9. La boîte collectrice 8 s’étend selon un deuxième axe d’extension générale A2 et la boîte de renvoi 9 s’étend selon un troisième axe d’extension générale A3. De préférence, le deuxième axe d’extension générale A2 et le troisième axe d’extension générale A3 sont parallèles entre eux, en étant orthogonaux au premier axe d’extension générale Al.

Le faisceau de tubes 10, 10a, 10b est pourvu d’ailettes 15 qui sont interposées entre deux tubes 10, 10a, 10b successifs, pour favoriser un échange thermique entre le flux d'air FA et les tubes 10, 10a, 10b, lors d’un passage du flux d'air FA à travers l’échangeur de chaleur 5, le flux d’air FA circulant selon une direction sensiblement orthogonale au premier plan Pl. L’échangeur de chaleur 5 comprend une première bouche 16 à travers laquelle le fluide réfrigérant FR pénètre à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5. La première bouche 16 constitue une bouche d’admission du fluide réfrigérant FR dans une première chambre 13, qui est délimitée à l’intérieur de la boîte collectrice 8. L’échangeur de chaleur 5 comprend une deuxième bouche 17 à travers laquelle le fluide réfrigérant FR est évacué hors de l’échangeur de chaleur 5.

Sur la figure 2, l’échangeur de chaleur 5 est un échangeur de chaleur à l’intérieur duquel le fluide réfrigérant FR s’écoule selon un chemin agencé en « I ». Les tubes 10 sont disposés parallèlement entre eux et sont alignés à l’intérieur du premier plan Pl. Les tubes 10 s’étendent entre une première extrémité 101 qui est en communication fluidique avec la boîte de renvoi 9 et une deuxième extrémité 102 qui est en communication fluidique avec la boîte collectrice 8. Autrement dit, la boîte de renvoi 9 forme la base du « I » tandis que la boîte collectrice 8 forme le sommet du « I ». Selon cette première variante, la deuxième bouche 17 équipe la boîte de renvoi 9.

Lors d’une mise en œuvre du circuit de fluide réfrigérant 1, le fluide réfrigérant FR pénètre à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5 à travers la première bouche 16 que comprend la boîte collectrice 8. Puis, le fluide réfrigérant FR est réparti le long de la boîte collectrice 8 selon le deuxième axe d’extension A2 par un dispositif d’homogénéisation de la distribution 18. Ensuite, le fluide réfrigérant FR s’écoule entre la boîte collectrice 8 et la boîte de renvoi 9 en empruntant les tubes 10. Enfin, le fluide réfrigérant FR est évacué hors de l'échangeur de chaleur 5 à travers la deuxième bouche 17 de la boîte de renvoi 9.

Sur la figure 3, l’échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur à l’intérieur duquel le fluide réfrigérant FR s’écoule selon un chemin agencé en « U ». Les tubes 10a, 10b sont disposés parallèlement entre eux en étant répartis selon deux nappes 11, 12, dont une première nappe 11 de premiers tubes 10a et une deuxième nappe 12 de deuxièmes tubes 10b. La première nappe 11 et la deuxième nappe 12 sont ménagées à l’intérieur de plans respectifs qui sont parallèles entre eux et parallèles au premier plan Pl.

Les premiers tubes 10a de la première nappe 11 s’étendent entre une première extrémité 101 qui est en communication fluidique avec la boîte de renvoi 9 et une deuxième extrémité 102 qui est en communication fluidique avec la première chambre 13. Les deuxièmes tubes 10b de la deuxième nappe 12 s’étendent entre une troisième extrémité 103 qui est en communication fluidique avec la boîte de renvoi 9 et une quatrième extrémité 104 qui est en communication fluidique avec une deuxième chambre 14, également délimitée à l’intérieur de la boîte collectrice 8. La première chambre 13 et la deuxième chambre 14 sont contigües et étanches l’une avec l’autre. La première chambre 13 s’étend selon un quatrième axe d’extension générale A4 et la deuxième chambre 14 s’étend selon un cinquième axe d’extension générale A5. De préférence, le quatrième axe d’extension générale A4 et le cinquième axe d’extension générale A5 sont parallèles entre eux et parallèles au deuxième axe d’extension générale A2. Le quatrième axe d’extension générale A4 et le cinquième axe d’extension générale A5 définissent ensemble un deuxième plan P2, qui est de préférence orthogonal au premier plan Pl. Autrement dit, la boîte de renvoi 9 forme la base du « U » tandis que la première nappe 11 et la deuxième nappe 12 de tubes 10a, 10b forment les branches du « U », la première chambre 13 et la deuxième chambre 14 formant les extrémités du « U ». Selon cette deuxième variante, la deuxième bouche 17 équipe la deuxième chambre 14 de la boîte collectrice 8.

Lors d’une mise en œuvre du circuit de fluide réfrigérant 1, le fluide réfrigérant LR pénètre à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5 à travers la première bouche 16 de la première chambre 13, en étant réparti le long de la boîte collectrice 8 selon le deuxième axe d’extension générale A2 par le dispositif d’homogénéisation de la distribution 18. Puis, le fluide réfrigérant PR s’écoule entre la première chambre 13 de la boîte collectrice 8 et la boîte de renvoi 9 en empruntant les premiers tubes 10a de la première nappe 11. Puis, le fluide réfrigérant PR s’écoule entre la boîte de renvoi 9 et la deuxième chambre 14 en empruntant les deuxièmes tubes 10b de la deuxième nappe 12. Enfin, le fluide réfrigérant PR est évacué hors de l'échangeur de chaleur 5 à travers la deuxième bouche 17, après avoir circulé à travers la deuxième chambre 14.

De préférence, un premier tube 10a de la première nappe 11 est aligné avec un deuxième tube 10b de la deuxième nappe 12 à l’intérieur d’un troisième plan P3 qui est perpendiculaire au premier plan Pl et qui est parallèle au premier axe d’extension générale Al.

Quelle que soit la variante de réalisation de l’échangeur de chaleur 5 présenté ci-dessus, la boîte collectrice 8 loge le dispositif d’homogénéisation de la distribution 18 du fluide réfrigérant PR à l’intérieur des tubes 10, 10a, 10b. Un tel dispositif d’homogénéisation de la distribution 18 vise à répartir de manière homogène le fluide réfrigérant PR, à l’état diphasique liquide-gaz, le long de la boîte collectrice 8 et in fine à l’intérieur de l’ensemble des tubes 10, 10a, 10b. Un tel dispositif d’homogénéisation de la distribution 18 vise plus particulièrement à répartir de manière homogène le fluide réfrigérant PR à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5, y compris lorsque le fluide réfrigérant PR est présent à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5 sous deux phases distinctes, liquide et gaz, en proportion respective variable.

Sur les figures 4 à 6, le dispositif d’homogénéisation de la distribution 18 comprend par exemple un conduit 19 s'étendant le long d’un sixième axe d’extension générale A6, parallèle, voire confondu, avec le deuxième axe d’extension générale A2 et/ou le quatrième axe d’extension générale A4, entre une première partie terminale 20 et une deuxième partie terminale 21 du conduit 19.

On notera qu’on qualifie de longitudinal tout élément qui s’étend selon le sixième axe d’extension générale A6 qui est défini par la plus grande dimension du conduit 19. On qualifie de transversal tout élément qui s’étend à l’intérieur d’un plan transversal Pt qui est orthogonal à l’axe d’extension général A6.

En se reportant plus spécifiquement sur les figures 4 et 5, la première partie terminale 20 est formée d’une extrémité du conduit 19, tandis que la deuxième partie terminale 21 est formée de l’autre extrémité du conduit 19, longitudinalement opposée à la première partie terminale 20.

Selon une variante de réalisation, la première partie terminale 20 est destinée à être mise en communication fluidique avec la première bouche 16 de l’échangeur de chaleur 5. Selon une autre variante de réalisation, la première bouche 16 loge le conduit 19 dont la première partie terminale 20 est mise en communication fluidique avec une canalisation du circuit de fluide réfrigérant 1. Selon ces deux variantes, la deuxième partie terminale 21 est borgne et forme un cul-de-sac au regard de la circulation du fluide réfrigérant FR à l’intérieur du conduit 19.

Le conduit 19 est par exemple conformé en un cylindre, ou bien en un parallélépipède ou bien en toute autre forme comportant un axe de symétrie A7, qui est préférentiellement parallèle, voire confondu, avec le sixième axe d’extension générale A6. Le conduit 19 comprend une paroi périphérique 23 qui est de section transversale cylindrique lorsque le conduit 19 est conformé en un cylindre, de section transversale parallélépipédique lorsque le conduit 19 est un parallélépipède. La paroi périphérique 23 est celle qui donne la forme globale du conduit 19.

La paroi périphérique 23 comprend au moins des orifices 22 qui sont ménagés au travers de la paroi périphérique 23 du conduit 19. Les orifices 22 sont préférentiellement alignés selon un axe d’alignement A8 qui est parallèle au sixième axe d’extension générale A6 et/ou à l’axe de symétrie A7.

Selon une variante, les orifices 22 sont équidistants les uns des autres. Selon une autre variante, les orifices 22 sont éloignés les uns des autres d’une distance variable. Les orifices 22 sont par exemple des orifices de section circulaire, mais sont susceptibles d’être d’une conformation quelconque, rectangulaire, elliptique, oblongue notamment.

Le conduit 19 constitue une enveloppe qui délimite un espace interne 24 autour duquel le conduit 19 est ménagé. Autrement dit, le conduit 19 borde l’espace interne 24 que le conduit 19 entoure. Selon la forme du conduit 19, l’espace interne 24 est par exemple cylindrique ou bien parallélépipédique, ou bien de toute autre forme ménagée autour de l’axe de symétrie A7. La paroi périphérique 23 du conduit 19 comporte une face interne 23a qui jouxte et qui délimite l’espace interne 24, la face interne 23a étant préférentiellement de section transversale circulaire.

Selon la présente invention, et en se reportant sur les figures 4 à 6, le conduit 19 loge un organe de mixage 25 qui s’étend à l’intérieur de l’espace interne 24. L’organe de mixage 25 est destiné à favoriser un mélange entre les phases liquide et gazeuse du fluide réfrigérant FR. L’organe de mixage 25 est notamment prévu pour diriger le fluide réfrigérant FR depuis un centre C du conduit 19 vers la face interne 23a du conduit 19. Autrement dit, l’organe de mixage 25 est plus particulièrement agencé pour diriger le fluide réfrigérant FR depuis le centre C du conduit 19 vers la face interne 23 a de ce dernier. L’organe de mixage 25 est un organe permettant et facilitant une circulation notamment centrifuge du fluide réfrigérant FR depuis le centre C du conduit vers la face interne 23a de ce dernier. L’organe de mixage 25 est aussi prévu pour éviter une accumulation du fluide réfrigérant à l’état liquide en une zone inférieure du conduit 19, en position d’utilisation de ce dernier. L’organe de mixage 25 est aussi prévu pour perturber un écoulement laminaire du fluide réfrigérant FR à l’intérieur du conduit 19, en vue de mixer les phases liquide et gaz du fluide réfrigérant FR. Autrement dit, l’organe de mixage 25 forme au moins une chicane et préférentiellement une pluralité de chicanes à l’encontre d’un écoulement laminaire, parallèle au sixième axe d’extension générale A6 et/ou à l’axe de symétrie A7. Dans sa généralité, l’organe de mixage 25 forme un obstacle à l’écoulement laminaire du fluide réfrigérant FR à l’intérieur de l’espace interne 24. L’organe de mixage 25 est longitudinalement étendu selon le sixième axe d’extension générale A6 du conduit 19. Selon des formes de réalisation représentées sur les figures 4 à 12, l’organe de mixage 25 est ménagé autour d’un septième axe d’extension générale A9, préférentiellement parallèle à, voire confondu avec, l’axe de symétrie A7 du conduit 19, lorsque l’organe de mixage 25 est positionné à l’intérieur du conduit 19, comme illustré sur les figures 4 à 6.

Selon la variante illustrée sur la figure 4, l’organe de mixage 25 s’étend à l’intérieur de la totalité de l’espace interne 24. Autrement dit, l’organe de mixage 25 emplit l’ensemble du volume délimité par le conduit 19. Autrement dit encore, l’organe de mixage 25 est d’une conformité et/ou d’une géométrie semblable à celle de l’espace interne 24. Selon les variantes décrites ci-dessus, l’organe de mixage 25 est susceptible d’être de forme cylindrique ou bien parallélépipédique, ou bien de toute autre forme ménagée autour de l’axe de symétrie A7. On comprendra qu’une telle forme est définie globalement par un bord périphérique 31 de l’organe de mixage 25. Le bord périphérique 31 de l’organe de mixage 25 est formé des surfaces de l’organe de mixage 25 qui sont disposées vis-à-vis du conduit 19.

La face interne 23a de la paroi périphérique 23 est préférentiellement lisse pour permettre une introduction aisée de l’organe de mixage 25 à l’intérieur du conduit 19, le bord périphérique 31 de l’organe de mixage 25 étant en appui contre la face interne 23a. Cette caractéristique de la face interne 23a est particulièrement avantageusement lorsque l’organe de mixage 25 remplit l’ensemble du volume délimité par le conduit 19, tel qu’illustré sur la figure 4.

Selon une autre variante illustrée sur les figures 5 et 6, l’organe de mixage 25 encombre seulement partiellement l’espace interne 24, un espace interstitiel 26 étant ménagé entre l’organe de mixage 25 et la paroi interne 23a du conduit 19. Un tel espace interstitiel 26 facilite un écoulement du fluide réfrigérant LR parallèlement au sixième axe d’extension générale A6 à l’intérieur du conduit 19. En effet, le fluide réfrigérant LR ne rencontre aucun obstacle à l’intérieur de l’espace interstitiel 26 ce qui facilite la circulation longitudinale du fluide réfrigérant LR le long du sixième axe d’extension générale A6, l’organe de mixage 25 améliorant la circulation transversale du fluide réfrigérant LR depuis le centre C du conduit 19 vers la face interne 23 a.

De préférence, l’espace interstitiel 26 est d’un volume qui est inférieur au volume de l’organe de mixage 25. A titre d’exemple, le volume de l’espace interstitiel 26 est inférieur à la moitié du volume de l’organe de mixage 25, voire inférieur au tiers du volume de l’organe de mixage 25, voire encore inférieur au quart de l’organe de mixage 25. Un tel agencement permet néanmoins à l’organe de mixage 25 de perturber suffisamment l’écoulement du fluide réfrigérant FR pour ôter à ce dernier tout caractère laminaire, y compris en présence de l’espace interstitiel 26.

Le conduit 19 est pourvu de deux parois terminales 27, 28, dont une première paroi terminale 27 équipant la première partie terminale 20 et une deuxième paroi terminale 28 équipant la deuxième partie terminale 21. La première paroi terminale 27 et la deuxième paroi terminale 28 sont par exemple planes et ménagées selon le plan transversal Pt orthogonal au sixième axe d’extension générale A6 et/ou à l’axe de symétrie A7. La première paroi terminale 27 et la deuxième paroi terminale 28 sont par exemple issues d’un couvercle coiffant au moins partiellement la boîte collectrice 8.

La première paroi terminale 27 est équipée d’au moins une fenêtre 29 pour l’admission du fluide réfrigérant FR à l’intérieur de l’espace interne 24. Autrement dit, la première paroi terminale 27 du conduit 19 est équipé de la fenêtre 29 qui est par exemple en relation fluidique avec la première bouche 16 pour admettre le fluide réfrigérant FR à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5 par l’intermédiaire du conduit 19. Autrement dit encore, le fluide réfrigérant FR est admis à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5 par l’intermédiaire du conduit 19 pourvu des orifices 22 à travers lesquels le fluide réfrigérant FR est à même d’être évacué hors du conduit 19 pour circuler à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5.

De préférence, l’espace interstitiel 26 est ménagé entre d’une part l’organe de mixage 25 et d’autre part la paroi périphérique 23, la première paroi terminale 27 et la deuxième paroi terminale 28. Dans ce cas-là, l’espace interstitiel 26 forme un volume qui entoure l’organe de mixage 25. L’organe de mixage 25 comprend une première extrémité longitudinale 31a qui est susceptible d’être rapportée sur la première paroi terminale 27 du conduit 19. L’organe de mixage 25 comprend une deuxième extrémité longitudinale 31b qui est susceptible d’être rapportée sur la deuxième paroi terminale 28.

Selon une autre forme de réalisation, l’espace interstitiel 26 est ménagé entre l’organe de mixage 25 et la paroi périphérique 23, l’organe de mixage 25 étant accolé à la première paroi terminale 27 et la deuxième paroi terminale 28. Dans ce cas-là, l’espace interstitiel 26 forme un manchon cylindrique autour de l’organe de mixage 25. L’organe de mixage 25 est fixé à ses extrémités longitudinales 31a, 31b respectivement sur la première paroi terminale 27 et sur la deuxième paroi terminale 28. H découle de ces dispositions que le fluide réfrigérant FR pénétrant à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5, pénètre à l’intérieur de l’espace interne 24 en empruntant la fenêtre 29 ménagée à travers la première paroi terminale 27. Puis, le fluide réfrigérant FR s’épand à l’intérieur de l’espace interne 24 en étant mélangé par l’organe de mixage 25. H en résulte notamment un mixage des phases liquide et gaz du fluide réfrigérant FR qui est alors homogénéisé longitudinalement, le long du conduit 19. Puis, le fluide réfrigérant FR emprunte les orifices 22 pour s’écouler hors du conduit 19 vers la première chambre 13. Puis, le fluide réfrigérant FR s’écoule à travers le faisceau de tubes 10, 10a, 10b, tel que décrit ci-dessus, jusqu’à la boîte de renvoi 9, pour être évacué hors de l’échangeur de chaleur 5 par l’intermédiaire de la deuxième bouche 17.

Lors du transit du fluide réfrigérant FR à travers le conduit 19 ainsi équipé de l’organe de mixage 25, le fluide réfrigérant FR rencontre de multiples obstacles qui favorisent un mélange entre ses phases liquide et gaz. De plus, un tel conduit 19 favorise une homogénéisation de la distribution du fluide réfrigérant FR à l’intérieur des tubes 10, 10a, 10b.

On notera aussi que le fluide réfrigérant FR est d’autant mieux pulvérisé, et de manière homogène, lors de son passage à travers les orifices 22 que les deux phases du fluide réfrigérant FR, liquide et gaz, sont mélangées par l’organe de mixage 25 à l’intérieur de l’espace interne 24 du conduit 19, en vue d’alimenter ensuite de manière homogène le faisceau de tubes 10, 10a, 10b. Autrement dit, dans un premier temps, l’organe de mixage 25 permet une répartition longitudinale du fluide réfrigérant FR qui est homogène le long de l’axe de symétrie A7, la pulvérisation du fluide réfrigérant FR à travers les orifices 22 s’effectuant dans un deuxième temps, après homogénéisation du fluide réfrigérant FR dans l’espace interne 24, ce qui garantit une meilleure répartition homogène du fluide réfrigérant FR en sortie du conduit 19, et consécutivement à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5.

Sur les figures 6 à 11, l’organe de mixage 25 comprend un arbre 29 porteur d’au moins une paroi centrifuge 30. L’arbre 29 s’étend de préférence longitudinalement en un centre C du conduit 19 le long du septième axe d’extension générale A9 de l’organe de mixage 25. Le centre C du conduit 19 correspond à une zone centrale de ce dernier, par exemple cylindrique, et notamment homothétique à une forme du conduit 19. Autrement dit, l’arbre 29 est notamment de même conformation que le conduit 19. A titre d’exemple, lorsque le conduit 19 est cylindrique, l’arbre 29 est également cylindrique en étant ménagé au centre C du conduit 19. L’arbre 29 est constitué d’une âme centrale de l’organe de mixage 25 formant une continuité de matière depuis la première extrémité longitudinale 31a vers la deuxième extrémité longitudinale 31b. L’arbre 29 est par exemple disposé transversalement au barycentre de l’organe de mixage 25. L’arbre 29 est préférentiellement conformé en une tige rectiligne à partir de laquelle s’étend la paroi centrifuge 30.

La paroi centrifuge 30 s’étend depuis l’arbre 29 jusqu’au bord périphérique 31 de l’organe de mixage. La paroi centrifuge 30 est par exemple unique et s’étend depuis la première extrémité longitudinale 31a de l’organe de mixage 25 jusqu’à la deuxième extrémité longitudinale 31b de l’organe de mixage 25. Dans un tel cas, la paroi centrifuge 30 est considérée comme continue entre les deux extrémités longitudinales 31a, 31b de l’organe de mixage 25, tel qu’illustré sur les figures 6 et 7.

Alternativement, la paroi centrifuge 30 est par exemple discontinue. On comprend ici que des éléments de mixage 32, constitutifs de la paroi centrifuge 30, sont séparés les uns des autres par des échancrures 33, visibles par exemple sur les figures 9 à 11. Les éléments de mixage 32 sont par exemple identiques les uns aux autres et itérativement répétés le long de l’axe de symétrie A7. Autrement dit, les éléments de mixage 32 sont par exemple similaires les uns et autres et substituables géométriquement les uns aux autres sans modifier la conformation de l’organe de mixage 25. De plus, les éléments de mixage 32 sont par exemple répétés l’un après l’autre en étant identiques les uns aux autres ce qui confère à l’organe de mixage 25 une homogénéité géométrique depuis la première extrémité longitudinale 31a jusqu’à la deuxième extrémité longitudinale 31b. Chaque élément de mixage 32 est par exemple encore formé de deux motifs de mixage 34, identiques entre eux mais aboutés tête-bêche le long de l’axe de symétrie A7.

Selon une variante de réalisation de l’organe de mixage 25 illustrée sur la figure 7, la paroi centrifuge 30 est unique et s’enroule longitudinalement le long de l’arbre 29. L’organe de mixage 25 est alors conformé en une vis hélicoïdale comprenant un filet unique formé de la paroi centrifuge 30 et une âme centrale formée de l’arbre 29. Le pas de l’hélice est par exemple déterminé pour qu’un pas alimente un orifice 22. Autrement dit, le pas de l’hélice est égal à une distance entre deux orifices voisins 22 du conduit 19.

Selon une variante de réalisation de l’organe de mixage 25 illustrée sur la figure 8, l’organe de mixage 25 comprend une pluralité de parois centrifuges 30 qui sont continues depuis la première extrémité longitudinale 31b jusqu’à la deuxième extrémité longitudinale 31b et qui s’enroulent longitudinalement le long de l’arbre 29. Sur l’exemple illustré, l’organe de mixage 25 compte six parois centrifuges 30 équidistantes les unes des autres longitudinalement. L’organe de mixage 25 est conformé en une vis hélicoïdale comprenant par exemple six filets formés par les six parois centrifuges 30 et une âme centrale formée par l’arbre 29. Dans ce cas-là, le pas des hélices est égal d’une hélice à l’autre. Le pas des hélices est égal à une distance entre deux orifices voisins 22 du conduit 19.

Selon une variante de réalisation de l’organe de mixage 25 illustrée sur les figures 9, 10 et 11, la paroi centrifuge 30 comporte une pluralité d’éléments de mixage 32 séparés les uns des autres par des échancrures 33. Les éléments de mixage 32 sont identiques les uns aux autres et itérativement répétés le long du septième axe d’extension générale A9. Autrement dit, les éléments de mixage 32 sont successivement aboutés les uns aux autres sur l’arbre 29.

Chaque élément de mixage 32 s’étend longitudinalement entre un premier bord d’attaque 35 et un deuxième bord d’attaque 36. Le premier bord d’attaque 35 et le deuxième bord d’attaque 36 sont chacun formés d’une arête de la paroi centrifuge 30 qui est sensiblement orthogonal à l’arbre 29 et qui délimite la paroi centrifuge 30 au regard des échancrures 33. Le premier bord d’attaque 35 et le deuxième bord d’attaque 36 sont longitudinalement opposés l’un à l’autre le long du septième axe d’extension générale A9.

Selon cette variante, le premier bord d’attaque 35 et le deuxième bord d’attaque 36 d’un élément de mixage 32 forment entre eux un premier angle a compris entre 70° et 110°, préférentiellement égal à 90°. A titre d’exemple encore, un premier bord d’attaque 35 d’un élément de mixage 32 forme avec un deuxième bord d’attaque 36 d’un élément de mixage 32 adjacent un deuxième angle β compris entre 70° et 110°, préférentiellement égal à 90°.

Chaque élément de mixage 32 est par exemple formé de deux motifs de mixage 34, identiques entre eux mais aboutés tête-bêche le long de l’axe de symétrie A7. Autrement dit, un sens d’enroulement d’un motif de mixage 34 est opposé à un sens d’enroulement d’un motif de mixage adjacent 34 constitutifs de l’élément de mixage 32. Autrement dit, en considérant deux motifs de mixage 34 successifs, la paroi centrifuge 30 de l’un tourne dans un sens horaire et la paroi centrifuge 30 de l’autre tourne dans un sens antihoraire.

Sur la figure 12, est représenté un motif de mixage 34 de l’élément de mixage 34 illustré sur les figures 10 et 11, dont la paroi centrifuge 30 est conformée en une portion d’hélice ménagée autour de l’arbre 29. Chaque élément de mixage 32 s’étend longitudinalement entre un premier rebord d’attaque 35’ et un deuxième rebord d’attaque 36’. Le premier rebord d’attaque 35’ et le deuxième rebord d’attaque 36’ sont chacun formés d’une arête de la paroi centrifuge 30 qui est sensiblement orthogonal à l’arbre 29 et qui délimite la paroi centrifuge 30 au regard d’une rainure 37 ménagée entre deux motifs de mixage 34. Le premier rebord d’attaque 35’ et le deuxième rebord d’attaque 36’ sont longitudinalement opposés l’un à l’autre le long du septième axe d’extension générale A9.

Selon cette variante illustrée également sur la figure 11, le premier rebord d’attaque 35’ et le deuxième rebord d’attaque 36’ d’un motif de mixage 34 sont parallèles. A titre d’exemple encore, un premier rebord d’attaque 35’ d’un motif de mixage 34 forme avec un deuxième rebord d’attaque 36’ d’un motif de mixage 34 adjacent participant du même élément de mixage 32 un troisième angle γ compris entre 70° et 110°, préférentiellement égal à 90°. L’organe de mixage 25 est notamment obtenu par moulage d’un polymère. De préférence, l’organe de mixage 25 est un élément monobloc rassemblant l’arbre 29 et les éléments de mixage 32, d’un seul tenant, qui n’est démontable en plusieurs éléments qu’à partir d’une destruction de l’organe de mixage 25.

Ces dispositions sont telles que le fluide réfrigérant LR pénétrant à l’intérieur du dispositif d’homogénéisation de la distribution 18 est distribué de manière homogène à l’ensemble des tubes 10, 10a, 10b, y compris ceux alimentés par les orifices 22 les plus proches de la deuxième partie terminale 21 et y compris pour un fluide réfrigérant LR présent à l’intérieur de l’échangeur de chaleur 5 sous deux phases, liquide et gaz.

De plus, la présence d’un tel organe de mixage 25 évite une accumulation de la phase liquide du fluide réfrigérant LR dans une zone inférieure du conduit 19, en position d’utilisation de ce dernier.

Claims (19)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) du fluide réfrigérant (FR) à l’intérieur de tubes (10, 10a, 10b) d’un échangeur de chaleur (5), le dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) comprenant un conduit (19) pourvu d’au moins une fenêtre (29) par laquelle le fluide réfrigérant (FR) est apte à entrer à l’intérieur du conduit (19) et au moins un orifice (22) par lequel le fluide réfrigérant (FR) est apte à sortir du conduit (19), caractérisé en ce que le conduit (19) loge au moins un organe de mixage (25) agencé pour diriger le fluide réfrigérant (FR) depuis un centre (C) du conduit (19) vers une face interne (23a) du conduit (19), en ce que lequel l’organe de mixage (25) comprend au moins un arbre (29) équipé d’au moins une paroi centrifuge (30), et en ce que la paroi centrifuge (30) comprend des éléments de mixage (32) qui sont portés par l’arbre (29) et qui sont séparés les uns des autres par au moins une échancrure (33).
2. 2. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 1, dans lequel le conduit (19) délimite un volume interne (24) à l’intérieur duquel s’étend au moins partiellement l’organe de mixage (25).
3. 3. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication 2, dans lequel l’organe de mixage (25) occupe la totalité du volume interne (24).
4. 4. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’arbre (29) s’étend au centre (C) du conduit (19).
5. 5. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi centrifuge (20) s’étend entre l’arbre (29) et la face interne (23a) du conduit (19).
6. 6. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la face interne (23a) est lisse.
7. 7. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’arbre (29) est équipé d’une pluralité de parois centrifuges (30) qui sont continues entre deux extrémités longitudinales (31a, 31b) de l’organe de mixage (25).
8. 8. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication précédente, dans lequel les parois centrifuges (30) sont identiques les unes aux autres.
9. 9. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments de mixage (32) sont itérativement répétés le long de l’arbre (29).
10. 10. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque élément de mixage (32) est agencé en une portion d’hélice.
11. 11. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque élément de mixage (32) s’étend entre un premier bord d’attaque (35) et un deuxième bord d’attaque (36) qui forment entre eux un premier angle (a) compris entre 70° et 110°.
12. 12. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication précédente, dans lequel le premier bord d’attaque (35) d’un élément de mixage (32) forme avec un deuxième bord d’attaque (36) d’un élément de mixage (32) adjacent un deuxième angle (β) compris entre 70° et 110°.
13. 13. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque élément de mixage (32) comprend au moins deux motifs de mixage (34) identiques et à sens d’enroulement opposé l’un à l’autre.
14. 14. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication précédente, dans lequel le motif de mixage (34) s’étend entre un premier rebord d’attaque (35’) et un deuxième rebord d’attaque (36’), qui sont parallèles entre eux.
15. 15. Dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon la revendication précédente, dans lequel le premier rebord d’attaque (35’) d’un motif de mixage (34) forme avec un deuxième rebord d’attaque (36’) d’un motif de mixage (34) adjacent un troisième angle (γ) compris entre 70° et 110°.
16. 16. Boîte collectrice (8) délimitant une première chambre (13) logeant au moins un dispositif d’homogénéisation de la distribution (18) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
17. 17. Echangeur de chaleur (5) comprenant une boîte collectrice (8) selon la revendication précédente et une boîte de renvoi (9) entre lesquelles est interposé un faisceau de tubes (10, 10a, 10b).
18. 18. Circuit de fluide réfrigérant (1) comprenant au moins un échangeur de chaleur (5) selon la revendication précédente.
19. 19. Utilisation d’un échangeur de chaleur (5) selon la revendication 17 en tant qu’évaporateur logé à l’intérieur d’un boîtier (6) d’une installation (7) de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation équipant un véhicule automobile.