FR3061283A1 - Dispositif de repartition d’un fluide refrigerant pour une boite collectrice d’un echangeur de chaleur - Google Patents
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Abstract
Boite collectrice (8) d'un échangeur de chaleur, délimitant au moins en partie une chambre de distribution (9) d'un fluide réfrigérant, la chambre de distribution (9) s'étendant le long d'une direction d'extension longitudinale (X1) et logeant au moins un dispositif de répartition (7) du fluide réfrigérant le long de cette direction d'extension longitudinale (XI), caractérisée en ce que le dispositif de répartition (7) comprend au moins un collecteur (11) délimité par au moins un bord (32), ledit bord (32) délimitant au moins une fente (14) par laquelle le fluide réfrigérant est apte à sortir du dispositif de répartition (7).
Description
@ Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES Société par actions simplifiée.
® Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES.
® DISPOSITIF DE REPARTITION D'UN FLUIDE REFRIGERANT POUR UNE BOITE COLLECTRICE D'UN ECHANGEUR DE CHALEUR.
FR 3 061 283 - A1 (57) BOjte collectrice (8) d'un échangeur de chaleur, délimitant au moins en partie une chambre de distribution (9) d'un fluide réfrigérant, la chambre de distribution (9) s'étendant le long d'une direction d'extension longitudinale (X1 ) et logeant au moins un dispositif de répartition (7) du fluide réfrigérant le long de cette direction d'extension longitudinale (XI), caractérisée en ce que le dispositif de répartition (7) comprend au moins un collecteur (11 ) délimité par au moins un bord (32), ledit bord (32) délimitant au moins une fente (14) par laquelle le fluide réfrigérant est apte à sortir du dispositif de répartition (7).
Dispositif de répartition d’un fluide réfrigérant pour une boîte collectrice d’un échangeur de chaleur
La présente invention concerne le domaine des échangeurs de chaleurs constitutifs d’un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule automobile. Elle porte plus particulièrement sur les dispositifs de distribution présents dans les chambres de distribution des boîtes collectrices de ces échangeurs 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 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.
Il 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 est de proposer un dispositif de distribution d’un fluide réfrigérant à l’intérieur 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.
L’objet de la présente invention concerne une boite collectrice d’un échangeur de chaleur délimitant au moins en partie une chambre de distribution d’un fluide réfrigérant, la chambre de distribution logeant au moins un dispositif de répartition du fluide réfrigérant s’étendant le long d’une direction d’extension longitudinale de la chambre de distribution. Ce dispositif de répartition comprend au moins un collecteur, par exemple ouvert sur la chambre de distribution, délimité par au moins un bord. Ce bord délimite aussi au moins une fente par laquelle le fluide réfrigérant est apte à sortir du dispositif de répartition. Un collecteur par exemple un élément semi-circulaire qui s’étend longitudinalement et dans lequel le fluide réfrigérant à l’état liquide peut se répandre.
Le fluide réfrigérant arrive au niveau de l’échangeur de chaleur sous une forme diphasique. Ce fluide réfrigérant comprend alors une phase liquide et une phase gazeuse qu’il est avantageux d’homogénéiser, afin que la température du flux d’air en sortie de l’échangeur de chaleur soit également la plus homogène possible. La présente invention propose notamment un dispositif de répartition qui permet donc d’homogénéiser ces deux phases et également d’alimenter l’ensemble des tubes du faisceau de l’échangeur de chaleur avec des quantités de fluide réfrigérant équivalentes, évitant ainsi les écarts de température du flux d’air en sortie de l’échangeur de chaleur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de répartition logé dans la chambre de distribution de la boîte collectrice de l’échangeur de chaleur peut également comprendre deux collecteurs entre lesquels est alors ménagée la fente. Ce dispositif de répartition peut aussi comprendre un orifice par lequel le fluide réfrigérant est apte à entrer et un élément de séparation disposé au niveau de cet orifice. Cet élément de séparation peut présenter une section, vue dans un plan longitudinal dans lequel s’inscrit une ouverture d’un des collecteurs, en forme de « V ».
Chacun des collecteurs du dispositif de répartition est conçu afin de permettre à la phase liquide du fluide réfrigérant de s’y accumuler avant de déborder dans la fente par laquelle le fluide réfrigérant est apte à s’épandre dans la chambre de distribution comprenant ces collecteurs. Les collecteurs jouent alors le rôle de gouttières, permettant au fluide réfrigérant de couler jusqu’au fond de la boîte collectrice et ainsi d’alimenter de manière équivalente l’ensemble du faisceau de tubes de l’échangeur de chaleur comprenant la boîte collectrice selon la présente invention.
De plus, lors du débordement, la phase liquide entraine avec elle une fraction de la phase gazeuse du fluide réfrigérant favorisant donc l’homogénéisation des deux phases de ce fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant ainsi homogénéisé peut alors s’épandre dans la chambre de distribution, via la fente prévue à cet effet, avant de rejoindre un faisceau de tubes de l’échangeur de chaleur.
Selon une configuration de la présente invention, au moins un collecteur peut présenter une section transversale en forme de « U ».
La chambre de distribution de la boîte collectrice selon l’invention peut également comprendre un capot couvrant au moins un collecteur et au moins la fente. Ce capot peut, selon une configuration de la présente invention, être solidarisé à au moins un collecteur qu’il couvre.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la hauteur de la fente située entre les deux collecteurs croît le long de la direction d’extension longitudinale de la chambre de distribution dans laquelle est intégré le dispositif de répartition. Le bord de cette fente peut alors former un angle compris entre 0° et 10° avec un plan horizontal dans lequel s’inscrit une ouverture du collecteur.
Avantageusement, l’invention comprenant cette caractéristique propose donc d’augmenter la hauteur des bords de la fente en regard des derniers tubes du faisceau, à savoir les tubes les plus éloignés d’une bouche d’admission par laquelle le fluide réfrigérant est apte à entrer dans la chambre de distribution. Une telle augmentation de la hauteur des bords de la fente permet de ralentir le débordement du fluide réfrigérant dans une zone terminale de la boîte collectrice, quand le débit de fluide réfrigérant est important dans cette zone. Pendant cette phase de fort débit, le débordement de fluide réfrigérant est alors homogène tout le long de l’axe longitudinal du dispositif de répartition et chacun des tubes du faisceau de l’échangeur de chaleur est ainsi alimenté de manière équivalente, assurant également l’homogénéité de la température du flux d’air à la sortie de cet échangeur de chaleur pendant cette phase de fonctionnement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins un collecteur du dispositif de répartition disposé dans la chambre de distribution de la boîte collectrice peut présenter des chicanes le long de la direction d’extension longitudinale de la chambre de distribution.
La présente invention concerne également un échangeur de chaleur comprenant au moins une boite collectrice réalisée selon la présente invention.
L’échangeur de chaleur selon la présente invention peut présenter un plan dans lequel s’inscrit au moins un fond d’au moins un collecteur du dispositif de répartition intégré à la chambre de distribution de la boîte collectrice de cet échangeur de chaleur.
Selon une configuration de la présente invention, ce plan est perpendiculaire à une droite d’extension longitudinale du faisceau de tubes de l’échangeur de chaleur.
Selon une autre configuration de la présente invention, le premier plan dans lequel s’inscrit au moins un fond d’au moins un collecteur du dispositif de répartition forme un angle inférieur à 90° avec la droite d’extension longitudinale du faisceau de tubes de l’échangeur de chaleur qui comprend la boîte collectrice.
La présente invention concerne aussi l’utilisation de l’échangeur de chaleur comprenant la boîte collectrice selon l’invention en tant qu’évaporateur.
De plus, l’invention concerne un circuit de fluide réfrigérant qui comprend au moins un compresseur, un organe de détente et un échangeur de chaleur réalisé selon la présente invention.
La présente invention concerne encore une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation configurée pour équiper un véhicule, et qui comprend également un échangeur de chaleur réalisé selon la présente invention.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif, en relation avec les différents exemples de réalisation de l’invention illustrés sur les figures suivantes:
- la figure 1 est une illustration schématique d'un circuit de fluide réfrigérant comprenant un échangeur de chaleur présentant un ensemble de distribution selon un mode de réalisation classique,
- la figure 2 est une représentation schématique d’un échangeur de chaleur présentant une boîte collectrice comprenant un dispositif de répartition selon la présente invention,
- la figure 3 est une représentation schématique d’une section transversale de la boîte collectrice comprenant le dispositif de répartition réalisé selon la présente invention,
- la figure 4 est une représentation schématique d’une section transversale de la boîte collectrice comprenant le dispositif de répartition réalisé selon la présente invention et qui intègre un capot,
- la figure 5 est une représentation du dispositif de répartition réalisé selon un premier mode de réalisation de la présente invention et destiné à être intégré dans la chambre de distribution de la boîte collectrice de l’échangeur de chaleur,
- la figure 6 est une représentation d’une première portion du dispositif de répartition réalisé selon le premier mode de réalisation de la présente invention et laissant apparaître un élément de séparation,
- la figure 7 est une représentation d’une deuxième portion du dispositif de répartition réalisé selon la présente invention et laissant apparaître une inclinaison d’un bord délimitant une fente présente entre les deux collecteurs,
- la figure 8 est une représentation en perspective du dispositif de répartition de la présente invention réalisé selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 9 est une représentation schématique d’un échangeur de chaleur incliné présentant une boîte collectrice comprenant le dispositif de répartition réalisé selon la présente invention.
Sur la figure 1, est représenté un circuit 1 fermé à l’intérieur duquel circule un fluide réfrigérant FR. Sur l'exemple de réalisation illustré, le circuit 1 de fluide réfrigérant FR comprend successivement, suivant un sens SI de circulation du fluide réfrigérant FR à l’intérieur du circuit 1 de fluide réfrigérant FR, un compresseur 2 pour comprimer le fluide réfrigérant FR, un condenseur ou un refroidisseur de gaz 3 pour refroidir le fluide réfrigérant FR, un organe de détente 4 à l’intérieur duquel le fluide réfrigérant FR subit 5. 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 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 FR et ledit flux d'air venant à son contact et/ou le traversant. Selon le mode de fonctionnement du circuit 1 de fluide réfrigérant FR décrit ci10 dessus, l’échangeur de chaleur 5 est utilisé comme évaporateur pour refroidir le flux d’air, lors de son passage au contact et/ou de part en part de l’échangeur de chaleur 5.
La figure 2 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation de l’échangeur de chaleur 5 comprenant une boîte collectrice 8 qui comprend une chambre de distribution 9 dans laquelle peut être intégré un dispositif de répartition 7 du fluide 15 réfrigérant FR selon l’invention. On y distingue également une chambre de collection 10, une plaque collectrice 17, un faisceau de tubes 12 et une boite de renvoi 20.
Le fluide réfrigérant FR arrive dans la chambre de distribution 9 par une bouche d’admission 13 ménagée au niveau d’une entrée de cette chambre de distribution 9. Dans cette chambre de distribution 9 est intégré le dispositif de répartition 7 réalisé selon la 20 présente invention. Ce dispositif de répartition 7 s’étend le long d’une direction d’extension longitudinale XI de la chambre de distribution 9 et comprend au moins un collecteur 11 ouvert sur la chambre de distribution 9. Selon un exemple de réalisation, le dispositif de répartition 7 comprend deux collecteurs 11. Le dispositif de répartition 7 comprend également au moins une fente 14 par laquelle le fluide réfrigérant FR est apte à 25 sortir du dispositif de répartition 7 pour s’épandre dans la chambre de distribution 9 avant de rejoindre une première nappe 12a du faisceau de tubes 12. La fente 14 est disposée entre les deux collecteurs 11 .Le dispositif de répartition 7 présente un axe longitudinal X2 qui se confond avec la direction d’extension longitudinale XI de la chambre de distribution 9 tel que représenté sur la figure 2.
Ce dispositif de répartition 7 du fluide réfrigérant FR canalise le fluide réfrigérant
FR pour le conduire vers un bout de la chambre de distribution 9 opposé à l’entrée de la chambre de distribution 9 pourvue de la bouche d’admission 13 du fluide réfrigérant FR.
Ce dispositif de répartition 7 sera plus amplement décrit dans la suite de la description.
Le faisceau de tubes 12 se décompose en deux nappes : la première nappe 12a de ce faisceau de tubes 12 communique avec la chambre de distribution 9, tandis qu’une deuxième nappe 12b de ce faisceau de tubes 12 communique avec la chambre de collection 10. Les deux nappes 12a et 12b traversent la plaque collectrice 17 qui délimite en partie la chambre de distribution 9 et accessoirement la chambre de collection 10.
A l’opposé de la boîte collectrice 8 par rapport au faisceau de tubes 12 est positionnée une boite de renvoi 20 qui reçoit le fluide réfrigérant FR arrivant de la première nappe 12a du faisceau de tubes 12 et qui renvoie ce fluide réfrigérant FR dans la deuxième nappe 12b du faisceau de tubes 12, vers la chambre de collection 10. Ce fluide réfrigérant FR continue ensuite le circuit tel que représenté à la figure 1.
La figure 3 représente une vue de côté de la boîte collectrice 8, transversalement à la direction d’extension longitudinale XI de la chambre de distribution 9. La boîte collectrice 8 loge le dispositif de répartition 7 réalisé selon la présente invention. On retrouve également sur cette figure la chambre de collection 10 par laquelle le fluide réfrigérant peut sortir de la boîte collectrice 8 pour reprendre le circuit tel qu’illustré à la figure 1.
Selon un mode de réalisation de la présente invention illustré à la figure 3, le dispositif de répartition 7 comprend au moins deux collecteurs 11 pouvant être ouverts sur la chambre de distribution 9 dans laquelle est intégré le dispositif de répartition 7. Entre ces deux collecteurs peut être ménagée une fente 14 par laquelle le fluide réfrigérant est apte à sortir du dispositif de répartition 7, comme cela est représenté par les flèches 31. Les deux collecteurs 11, ainsi que la fente 14 ménagée entre ces deux collecteurs 11, s’étendent le long de la direction d’extension longitudinale XI de la chambre de distribution 9.
Selon une configuration de la présente invention, les collecteurs 11 peuvent présenter une section transversale en forme de « U », présentant alors chacun un fond 16, une ouverture 23 et deux flancs 18 et 19 qui délimitent l’ouverture 23. Les deux flancs 18 et 19 s’étendent depuis le fond 16 jusqu’à l’ouverture 23 et également le long de l’axe longitudinal X2 du dispositif de répartition 7, tel qu’illustré à la figure 4. La fente 14 ménagée entre les deux collecteurs 11 est ainsi délimitée en partie par des bords 32 des premiers flancs 18. Les collecteurs 11 quant à eux sont partiellement délimités par ces premiers flancs 18 et également par des arêtes 33 des deuxièmes flancs 19.
Les arêtes 33 des deuxièmes flancs 19 peuvent présenter un épaulement 25 qui sera plus amplement décrit ci-dessous.
Le fluide réfrigérant, en particulier sa phase liquide 30, qui entre dans le dispositif de répartition 7 s’accumule dans les collecteurs 11 jusqu’à ce qu’il en déborde. Les collecteurs 11 étant ouverts, le fluide réfrigérant passe alors par-dessus les bords 32 des premiers flancs 18 pour rejoindre la fente 14 par laquelle il peut alors sortir du dispositif de répartition 7 pour aller s’épandre dans la chambre de distribution 9.
Selon le mode de réalisation présenté à la figure 4, le dispositif de répartition 7 peut présenter, de manière optionnelle, un capot 15. Quand le dispositif de répartition 7 en est muni, il est positionné de façon à couvrir les collecteurs 11 ainsi que la fente 14, ce qui permet alors de canaliser ce débordement de fluide réfrigérant. On s’assure ainsi que le fluide réfrigérant quitte bien le dispositif de répartition 7 via la fente 14, et pas en passant par un autre passage. Le capot 15 est donc configuré pour canaliser les projections de fluide réfrigérant vers la fente 14.
Ce capot 15 prend appui sur les deuxièmes flancs 19 et peut, selon un mode de réalisation de la présente invention, être solidarisé aux deux collecteurs 11 qu’il couvre. Il peut présenter une forme de demi-cercle et, optionnellement, une paroi lisse. Cette forme en demi-cercle présente deux extrémités 29 qui sont disposées au contact des arêtes 33 des deuxièmes flancs 19 sur lesquels le capot 15 prend appui.
Selon un premier mode de réalisation de la présente invention représenté par exemple à la figure 5, au moins un collecteur 11, et avantageusement les deux collecteurs 11, présentent des faces internes, situées à l’intérieur des formes de « U », lisses sur tout le long de l’axe longitudinal X2 du dispositif de répartition 7.
Chacune des arêtes 33 des deuxièmes flancs 19 présentent quant à elles un épaulement 25 qui s’étend le long de l’axe longitudinal X2 du dispositif de répartition 7.
Ces épaulements 25 peuvent par exemple être réalisés vers les collecteurs 11 et servent de surface d’appui pour le capot 15 décrit précédemment et dont les extrémités seront donc positionnées en appui sur ces épaulements 25 situés de part et d’autre des collecteurs 11.
Le dispositif de répartition 7 présente une première extrémité 22 et une deuxième 5' extrémité 21, chacune à une extrémité longitudinale du dispositif de répartition 7. Cette deuxième extrémité 21 du dispositif de répartition 7 est positionnée au niveau et en regard de la bouche d’admission de la chambre de distribution. La première extrémité 22 de ce dispositif de répartition 7 est positionnée au niveau du bout de la chambre de distribution, notamment contre une paroi de celle-ci qui est opposée une paroi de la boîte collectrice 10 qui est pourvue de la bouche d’admission.
Cette première extrémité 22 présente un troisième flanc 34 qui émerge des faces internes des collecteurs 11 et sur lesquels les premiers flancs 18 ainsi que les bords 32 de ces premiers flancs 18 viennent prendre appui. Ainsi, ce troisième flanc 34 participe également à délimiter la fente 14 et les collecteurs 11.
Le fluide réfrigérant arrive dans les collecteurs 11 au niveau d’un orifice 24 ménagé au niveau de la deuxième extrémité 21 du dispositif de répartition 7 et apte à laisser entrer ce fluide réfrigérant dans les collecteurs 11 de ce dispositif de répartition 7. Lorsque le dispositif de répartition 7 est intégré dans la chambre de distribution de la boîte collectrice, cet orifice 24 est positionné en regard de la bouche d’admission ménagée à l’entrée de cette chambre de distribution, afin que le fluide réfrigérant puisse parvenir jusqu’aux collecteurs 11.
On note également la présence d’un élément de séparation 26 disposé entre les deux collecteurs 11 du dispositif de répartition 7 au niveau de l’orifice 24 et qui sépare donc cet orifice 24 en deux. Cet élément de séparation 26 permet de répartir le fluide réfrigérant 25 qui arrive au niveau de l’orifice 24 du dispositif de répartition 7 entre chacun des collecteurs 11.
La figure 6 est une représentation d’une première portion du dispositif de répartition 7 réalisé selon le premier mode de réalisation, comprenant la deuxième extrémité 21 de ce dispositif de répartition 7 et laissant apparaître l’élément de séparation 26. Cet élément de 30 séparation 26 peut présenter une section, vue dans un plan longitudinal passant par au moins une ouverture 23, en forme de « V », comprenant alors deux branches. Selon un exemple, l’élément de séparation 26 prend la forme d’un doigt qui émerge du ou des collecteurs 11. L’élément de séparation 26 s’étend au-delà des premiers flancs 18, et dépasse donc de la fente 14 au-dessus des bords 32 qui la délimitent.
Sur cette figure, on note également que les arêtes 33 des deuxièmes flancs 19 s’arrêtent longitudinalement avant la deuxième extrémité 21 du dispositif de répartition 7.
Comme décrit ci-dessus, l’élément de séparation 26 est disposé au niveau de l’orifice 24 et partage cet orifice 24 en deux orifices qui peuvent être de tailles différentes ou, préférentiellement, de tailles équivalentes afin de permettre une répartition équivalente du fluide réfrigérant dans chacun des collecteurs 11.
Cet élément de séparation 26 émerge des faces internes des collecteurs 11 et s’étend vers les bords 32 des premiers flancs 18, jusqu’à déborder au-dessus des ouvertures 23 et de la fente 14. Cet élément de séparation 26 participe donc lui aussi à la délimitation de la fente 14.
Les branches de cette forme de « V » peuvent servir de guides au fluide réfrigérant qui arrive au niveau de l’orifice 24. Le fluide réfrigérant est en effet ainsi séparé en deux fractions qui vont respectivement rejoindre chacun des deux collecteurs 11 du dispositif de répartition 7. En guidant la séparation du fluide réfrigérant, l’élément de séparation 26 participe donc également à l’homogénéisation de la répartition de ce fluide réfrigérant. De plus, la forme en « V » de cet élément de séparation 26 permet de réduire le bruit de circulation du fluide réfrigérant.
Cet élément de séparation 26 est positionné de sorte qu’il permette également de fermer longitudinalement la fente 14 au niveau de la deuxième extrémité 21 du dispositif de répartition 7 afin de s’assurer que seul le fluide réfrigérant débordant des collecteurs 11 rejoindra cette fente 14.
Ainsi, l’élément de séparation 26 assure que le fluide réfrigérant arrivant au niveau de la bouche d’admission de la chambre de distribution passe en premier lieu par les collecteurs 11 avant de rejoindre la fente 14 par laquelle il est apte à sortir du dispositif de répartition 7 pour aller s’épandre dans la chambre de distribution dans laquelle peut être intégré ce dispositif de répartition 7.
La figure 7 représente quant à elle une deuxième portion du dispositif de répartition 7 réalisé selon la présente invention qui comprend la première extrémité 22 de ce dispositif de répartition 7.
Lorsque le fluide réfrigérant alimentant le dispositif de répartition 7 arrive à faible débit, les collecteurs 11 se remplissent de manière uniforme jusqu’à leur débordement. En revanche, si le fluide réfrigérant arrive au niveau des collecteurs 11 avec un débit trop important, la deuxième portion du dispositif de répartition 7, située du côté de sa première extrémité 22, se remplit, et donc déborde plus rapidement que la première portion de ce dispositif de répartition 7, située au niveau de la deuxième extrémité 21 du dispositif de répartition 7.
Avantageusement, les premiers flancs 18 délimitant la fente 14 peuvent présenter une hauteur mesurée depuis le fond 16 du collecteur 11 et vers l’ouverture 23, croissante le long de l’axe longitudinal X2 du dispositif de répartition 7. Ainsi, les bords 32 des premiers flancs 18 délimitant la fente 14 présentent une inclinaison 28 au niveau de la première extrémité 22 du dispositif de répartition 7. En d’autres termes, un bord 32 d’un premier flanc 18 au niveau de la première extrémité 22 du dispositif de répartition 7 et un plan horizontal dans lequel peut s’inscrire l’ouverture 23, forment un angle Θ compris entre 0° et 10°, ce qui permet d’équilibrer la répartition du fluide réfrigérant dans le faisceau de tubes de l’échangeur de chaleur dans lequel est intégré le dispositif de répartition 7, notamment en cas de débit important de fluide réfrigérant.
Il convient en effet de ne pas choisir une hauteur des premiers flancs 18 trop élevée au niveau de la première extrémité 22 du dispositif de répartition 7, sans quoi les derniers tubes du faisceau de l’échangeur de chaleur, situés en regard de la première extrémité 22 risqueraient de ne plus être correctement alimentés en cas de faible débit du fluide réfrigérant. La hauteur des premiers flancs 18 délimitant en partie la fente 14 pourra ainsi atteindre jusqu’à 10mm mesuré entre la première extrémité 22 du dispositif de répartition 7 et le plan passant par une ouverture 23.
Selon un deuxième mode de réalisation représenté à la figure 8, le dispositif de répartition 7 présente au moins un collecteur 11 et au moins une fente 14, préférentiellement deux collecteurs 11 entre lesquels est ménagée la fente 14. Cette fente 14 peut être fermée au niveau de la deuxième extrémité 21 du dispositif de répartition 7 par l’élément de séparation 26.
Selon ce deuxième mode de réalisation, les faces internes des collecteurs 11 présentent une série de chicanes 27, disposées en quinconce le long de l’axe longitudinal X2 du dispositif de répartition 7. Ces chicanes 27 présentent une forme rectangulaire et sont issues des faces internes de chacun des collecteurs 11. Elles s’étendent depuis les faces internes des fonds 16 des collecteurs 11 jusqu’aux épaulements 25 des flancs 19.
En disposant ainsi des obstacles le long du parcours du fluide réfrigérant dans le dispositif de répartition 7, on favorise le mélange entre la phase liquide et la phase gazeuse de ce fluide réfrigérant. Ces chicanes 27 créent en effet des modifications de la section de passage du fluide réfrigérant le long de l’axe longitudinal X2 du dispositif de répartition 7 ce qui permet d’éviter que la phase liquide ne stagne au fond des collecteurs
11. L’homogénéité du fluide réfrigérant cheminant à travers ces chicanes 27 est ainsi améliorée.
Comme pour le premier mode de réalisation de la présente invention, les collecteurs 11 présentent les flancs 18 et 19 ainsi que les épaulements 25 réalisés au niveau des deuxièmes flancs 19. Ce deuxième mode de réalisation permet donc également de mettre en place le capot couvrant au moins un collecteur 11 et la fente 14. De même, ce capot peut-être solidarisé aux collecteurs 11 qu’il couvre et cette solidarisation peut être effectuée par brasage ou par tout autre moyen permettant d’obtenir un résultat équivalent.
La figure 9 représente le dispositif de répartition 7 réalisé selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits précédemment et intégré dans la boîte collectrice 8 de l’échangeur de chaleur 5, avec ou sans son capot 15. Le dispositif de répartition 7 peut être réalisé sous forme d’un tube afin d’être plus facilement enfilé dans la chambre de distribution 9 de la boite collectrice 8. Le dispositif de répartition 7 est alors composé d’au moins un collecteur 11, préférentiellement de deux collecteurs 11, et d’au moins une fente 14, ce collecteur 11 et cette fente 14 pouvant être couverts par un capot 15.
Le principe de fonctionnement du dispositif de répartition 7 étant en partie basé sur le principe de gravité, les bords 32 des premiers flancs 18 doivent être positionnés sensiblement dans un plan horizontal, pour assurer une répartition équilibrée du fluide réfrigérant présent dans les deux collecteurs 11, par la fente 14.
Aussi, dans le cas d’un évaporateur incliné comme illustré sur la figure 9, le dispositif de répartition 7 devra être positionné afin que les bords 32 de ces premiers flancs 18 soient à des hauteurs identiques ou équivalentes et que le fluide réfrigérant puisse ainsi sortir des deux collecteurs 11, de manière sensiblement identique.
Autrement dit, au moins un fond 16 d’au moins un collecteur 11 peut s’inscrire dans un plan PI formant un angle inférieur à 90° avec une droite d’extension longitudinale Al du faisceau de tubes 12 de l’échangeur de chaleur 5 dans lequel est intégré la boîte collectrice 8 comprenant le dispositif de répartition 7, comme illustré par la figure 9.
Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, le plan PI dans lequel s’inscrit au moins un fond 16 d’au moins un collecteur 11 peut être perpendiculaire à la droite d’extension longitudinale Al du faisceau de tubes 12 de l’échangeur de chaleur 5 dans lequel est intégré la boîte collectrice 8 comprenant le dispositif de répartition 7, comme illustré par les figures 3 ou 4.
Quel que soit le mode de réalisation de la présente invention, la forme en « U » des collecteurs 11 permet au fluide réfrigérant qui arrive par l’orifice 24 de s’accumuler dans chacun de ces collecteurs 11. Une fois les collecteurs 11 pleins, la phase liquide 30 du fluide réfrigérant FR peut sortir des collecteurs 11 par débordement au-dessus des bords 32 des premiers flancs 18 pour rejoindre la fente 14 par laquelle elle va pouvoir s’épandre dans la chambre de distribution 9.
Les collecteurs 11 jouent alors le rôle de gouttières, permettant au fluide réfrigérant de couler jusqu’au fond de la boîte collectrice 8 et ainsi d’atteindre les tubes 12 du faisceau de l’échangeur de chaleur 5 les plus éloignés de la bouche d’admission 13 aussi facilement que ceux les plus proches de cette bouche d’admission 13. Le fluide réfrigérant est ainsi réparti entre les tubes 12 du faisceau de manière homogène.
De plus, lors du débordement, la phase liquide 30 entraîne avec elle une fraction de la phase gazeuse du fluide réfrigérant FR ; augmentant donc l’homogénéisation des deux phases de ce fluide réfrigérant FR.
Le dispositif de répartition 7 peut être réalisé d’une pièce monobloc, à partir d’un matériau synthétique ou métallique. Il peut également être réalisé en différentes pièces qui sont ensuite solidarisées entre elles. Cette solidarisation peut par exemple être réalisée par brasage, à condition que chacune de ces pièces soient réalisées à partir d’un matériau permettant cette opération de brasage. On peut donc envisager de réaliser ces pièces à partir de feuilles métalliques particulières présentant au moins deux couches de métaux ayant des propriétés différentes. En l’espèce la feuille de métal utilisée comprend une âme 5. ainsi qu’au moins une couche de brasure, préférentiellement deux couches de brasure de part et d’autre de l’âme, ces couches de brasure présentant une température de fusion inférieure à la température de fusion de l’âme. Les pièces réalisées à partir de ce type de feuille métallique sont chauffées jusqu’à atteindre la température de fusion des couches de brasure, permettant ainsi la solidarisation des pièces sans que ne soit altérée la structure 10 mécanique de l’âme.
Cette feuille de métal peut par exemple être une feuille d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium.
La boîte collectrice 8 selon la présente invention comprend donc une chambre de distribution 9 à laquelle peut être intégré un dispositif de répartition 7 du fluide réfrigérant 15 FR. Ce dispositif de répartition 7 du fluide réfrigérant FR peut prendre la forme d’un tube, présentant alors au moins un collecteur 11 dans lequel s’accumule le fluide réfrigérant FR, une fente 14 par laquelle ce fluide réfrigérant FR peut rejoindre la chambre de distribution 9, notamment sous le dispositif de répartition 7. De manière optionnelle, un capot 15 couvre au moins un collecteur 11 et au moins une fente 14 et permet de canaliser le fluide 20 réfrigérant FR qui sort des collecteurs 11.
Les modes de réalisation qui sont décrits ci-dessus ne sont nullement limitatifs ; on pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques mentionnées dans ce document, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un 25 avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
Claims (16)
- REVENDICATIONS1. Boite collectrice (8) d’un échangeur de chaleur (5), délimitant au moins en partie une chambre de distribution (9) d’un fluide réfrigérant (FR), la chambre de distribution (9) s’étendant le long d’une direction d’extension longitudinale (XI) et logeant au moins un dispositif de répartition (7) du fluide réfrigérant (FR) le long de cette direction d’extension longitudinale (XI), caractérisée en ce que le dispositif de répartition (7) comprend au moins un collecteur (11) délimité par au moins un bord (32), ledit bord (32) délimitant au moins une fente (14) par laquelle le fluide réfrigérant (FR) est apte à sortir du dispositif de répartition (7).
- 2. Boîte collectrice (8) selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de répartition (7) comprend au moins deux collecteurs (11) entre lesquels est ménagée la fente (14).
- 3. Boîte collectrice (8) selon la revendication 2, dans laquelle le dispositif de répartition (7) comprend au moins un orifice (24) par lequel le fluide réfrigérant (FR) est apte à entrer, un élément de séparation (26) étant disposé au niveau de cet orifice (24).
- 4. Boîte collectrice (8) selon la revendication précédente, dans laquelle l’élément de séparation (26) présente une section en forme de « V ».
- 5. Boîte collectrice (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins un collecteur (11) présente une section transversale en forme de « U ».
- 6. Boîte collectrice (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un capot (15) couvrant au moins un collecteur (11) et au moins la fente (14).
- 7. Boîte collectrice (8) selon la revendication précédente, dans laquelle le capot (15) est solidarisé à au moins un collecteur (11) qu’il couvre.
- 8. Boîte collectrice (8) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel une hauteur de la fente (14) croît le long de la direction d’extension longitudinale (XI) de la chambre de distribution (9).
- 9. Boîte collectrice (8) selon la revendication précédente, dans laquelle un bord (32) de la fente (14) et un plan horizontal dans lequel s’inscrit une ouverture (23) du collecteur (11) forment un angle (Θ) compris entre 0° et 10°.
- 10. Boîte collectrice (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins un collecteur (11) présente des chicanes (27) le long de la direction d’extension longitudinale (XI) de la chambre de distribution (9).
- 11. Echangeur de chaleur (5) comprenant au moins une boite collectrice (8) réalisée selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- 12. Echangeur de chaleur (5) selon la revendication précédente, dans lequel au moins un fond (16) d’au moins un collecteur (11) s’inscrit dans un premier plan perpendiculaire à une droite d’extension longitudinale (Al) d’un faisceau de tubes (12) de l’échangeur de chaleur (5).
- 13. Echangeur de chaleur (5) selon la revendication 11, dans lequel un premier plan dans lequel s’inscrit au moins un fond (16) d’au moins un collecteur (11) et une droite d’extension longitudinal (Al) du faisceau de tubes (12) forment un angle inférieur à 90°.
- 14. Utilisation d’un échangeur de chaleur (5) selon l’une quelconque des revendications 11 à 13 en tant qu’évaporateur.
- 15. Circuit (1) de fluide réfrigérant (FR) comprenant au moins un compresseur (2), un condenseur (3), un organe de détente (4) et un échangeur de chaleur (5) selon la revendication 13, parcourus par un fluide réfrigérant (FR).
- 16. Installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation configurée pour équiper un véhicule, comprenant au moins un échangeur de chaleur (5) selon la revendication 13.1/5
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