FR3066404A1 - Separateur de phases comprenant des plaques - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un séparateur de phases (500) liquide-gaz pour un fluide réfrigérant comprenant au moins deux conduits (1, 2, 3, 4, 5, 6), dont un conduit d'admission (1), dit premier conduit, pour une admission du fluide réfrigérant dans le séparateur de phases (500), et un conduit de séparation (2) dit deuxième conduit, caractérisé en ce qu'au moins le premier conduit (1) et le deuxième conduit (2) sont délimités par au moins deux plaques (510, 520), dont une première plaque (510, 520) et une deuxième plaque (510, 520), disposées l'une contre l'autre.

Description

SEPARATEUR DE PHASES COMPRENANT DES PLAQUES
La présente invention se rapporte au domaine de la séparation des phases liquide et gazeuse d’un fluide réfrigérant dans un circuit de ventilation, de chauffage, et/ou de climatisation équipant les véhicules, notamment automobiles.
Un tel circuit comprend principalement : un compresseur, un condenseur ou un refroidisseur selon la nature du fluide réfrigérant, un détendeur et un évaporateur. Ces différents organes permettent de modifier la nature physique du fluide réfrigérant en le faisant passer successivement d’un état gazeux à un état liquide et inversement durant son passage à travers les différents organes. Ces modifications de nature physique sont opérées par des changements de pression et/ou de température du fluide réfrigérant le long du circuit.
L'efficacité du circuit de ventilation, de chauffage, et/ou de climatisation est d'autant plus élevée que le fluide admis dans l’évaporateur est sous forme liquide. En effet, la phase gazeuse n’étant pas utilisée par l’évaporateur, sa présence représente une perte d’efficacité non négligeable. Or, de manière générale, il a été mesuré qu’en entrée d’évaporateur, environ 3θ% du fluide réfrigérant est à l’état gazeux et environ 7θ% est à l’état liquide.
Pour garantir le fonctionnement et l'efficacité d'un tel circuit de fluide réfrigérant, il est donc essentiel que le fluide réfrigérant admis dans l’évaporateur soit en grande majorité en phase liquide. Pour ce faire, il est connu d'insérer, en amont de l’évaporateur selon le sens de circulation du fluide réfrigérant dans le circuit, un séparateur de phases liquide-gaz. Ces séparateurs sont néanmoins limités dans leur capacité à séparer les différentes phases, et leur architecture est souvent peu favorable à une intégration facile dans un circuit de fluide réfrigérant d'un encombrement réduit. L’invention se propose donc d’améliorer la situation.
Dans ce contexte, l'invention a pour but de proposer un séparateur de phases liquide-gaz permettant d’augmenter l’efficacité de l’évaporateur du circuit tout en réduisant son encombrement, notamment par une structure et un agencement particuliers.
Dans ce but, l'invention a pour objet un séparateur de phases liquide-gaz pour un fluide réfrigérant comprenant au moins deux conduits, dont un conduit d'admission dit premier conduit, pour une admission du fluide réfrigérant dans le séparateur de phases, et un conduit de séparation dit deuxième conduit, caractérisé en ce qu’au moins le premier conduit et le deuxième conduit sont délimités par au moins deux plaques, dont une première plaque et une deuxième plaque, disposées l’une contre l’autre.
Ainsi, un tel séparateur de phases à plaques présente une capacité améliorée de séparation entre une phase liquide et une phase gazeuse d’un fluide réfrigérant tout en offrant un encombrement réduit permettant une intégration aisée dans un circuit de fluide réfrigérant.
Un conduit est entendu comme un volume agencé pour accueillir et acheminer le fluide réfrigérant qu’il soit sous forme gazeuse, liquide, et/ou sous forme de mélange dipbasique, chaque conduit ayant un rôle spécifique dans la séparation de phases du fluide réfrigérant.
Par le verbe « délimiter », on entend que les conduits sont formés par les plaques et qu’ils sont situés entre elles. On comprend alors que chaque plaque comprend tout ou partie des conduits et que ces parties de conduits sont formées par des formes agencées en creux dans au moins l’une des plaques. Les plaques forment alors les conduits lorsqu’elles sont disposées l’une contre l’autre.
Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- Les conduits sont des formes en creux agencées dans au moins l’une des plaques, à partir d’une face principale interne de ladite plaque.
- Le premier conduit et le deuxième conduit sont délimités chacun par les au moins deux plaques.
- L’ensemble des conduits du séparateur de phases sont délimités entre la première plaque et la deuxième plaque.
- Les plaques présentent une forme principale rectangulaire. La forme rectangulaire d’une plaque est définie par la direction de l'axe principal d’allongement du conduit de séparation, qui est aussi celle d'un bord vertical de la plaque, et par une direction, dite transversale, perpendiculaire à l'axe principal d’allongement. La direction transversale est celle d'un bord amont de la plaque.
- Au moins une des plaques comprend une extension verticale. Cette extension verticale s’étend notamment à partir de la forme principale rectangulaire.
- Au moins une des plaques comprend au moins une extension latérale. Cette extension latérale s’étend notamment à partir de la forme principale rectangulaire. Avantageusement chaque plaque comprend deux extensions latérales.
- Une première extension latérale loge le conduit d’admission.
- Une deuxième extension latérale loge le conduit d'extraction de phase gazeuse.
- Le conduit d'admission débouche dans le conduit de séparation. Par « déboucher » on entend que le conduit d’admission aboutit directement dans le conduit de séparation. Ainsi, le conduit d'admission et le conduit de séparation communiquent entre eux.
- Le conduit d'admission débouche dans le conduit de séparation de telle manière que conduit d'admission et conduit de séparation forment deux branches d'une forme en Y. La zone du conduit de séparation dans laquelle débouche le conduit d'admission forme l'intersection des deux branches du Y formé par ces deux conduits.
- Le conduit d’admission comprend une extrémité libre comprenant un orifice d’admission.
- L’orifice d’admission est formé par la première plaque et la deuxième plaque.
- L’orifice d’admission présente un axe perpendiculaire à un grand côté d’une plaque du séparateur de phases.
- La première plaque et la deuxième plaque comprennent chacune une face principale interne, les faces principales internes étant disposées l’une contre l’autre et définissant entre elles une interface. Plus précisément, l’interface comprend toutes les zones de contact entre les deux faces principales internes de chaque plaque.
- Chaque face principale interne est plane. On entend par là que les faces principales internes des plaques ne sont pas courbes.
- L’interface représente au moins 4θ% de la surface totale d’une des deux plaques.
- Un axe principal d’allongement du conduit d'admission et un axe principal d’allongement du conduit de séparation sont compris et sont concourants dans l'interface ou dans un plan parallèle à l’interface. Un axe principal d’allongement est un axe suivant la direction d’allongement principale du conduit et passant par le centre d’une section droite de ce conduit.
Ainsi, dans le cas où l’axe principal d’allongement du conduit d'admission et l’axe principal d’allongement du conduit de séparation sont compris et sont concourants dans l'interface, cela signifie que chaque plaque comprend au moins un demi-conduit d’admission et un demi-conduit de séparation. Autrement dit, l’interface forme un plan de symétrie au conduit d’admission et au conduit de séparation.
Si ces axes sont compris et concourants dans un plan parallèle à l’interface, on comprend qu’une des plaques comprend plus qu’un demi-conduit, par exemple les trois-quarts du conduit d’admission et les trois-quarts du conduit de séparation.
Il est à noter que si les plaques formant le séparateur de phases sont courbes, l’interface est courbe.
- L’axe principal d’allongement du conduit d'admission ou de l’axe principal d’allongement du conduit de séparation est compris et est concourant dans l'interface ou dans un plan parallèle à l’interface.
- L'interface est plane. On entend par là que la surface de contact ou l’ensemble des zones de contact entre les deux plaques est comprise dans un plan.
- Le conduit de séparation comprend au moins un volume de séparation liquide-gaz, un volume d'évacuation de phase liquide, et un volume d'extraction de phase gazeuse.
- Le conduit d'admission débouche dans le conduit de séparation entre le volume de séparation liquide-gaz et le volume d'extraction de phase gazeuse que comprend le conduit de séparation. La séparation de phase se produit principalement par gravité. La première plaque et la deuxième plaque sont agencées de telle manière qu'un mélange dipbasique de fluide réfrigérant admis dans le séparateur de phases par le conduit d'admission s'écoule naturellement par gravité le long de celui-ci, jusqu'au conduit de séparation pour s’écouler notamment dans le volume de séparation. La séparation est faite par une différence de densité entre la phase liquide et la phase gazeuse du fluide réfrigérant.
On définit alors un amont et un aval en référence au sens de l'écoulement par gravité de la phase liquide et/ou du mélange dipbasique dans le volume de séparation. La phase gazeuse se dirige donc naturellement, du fait de sa densité, vers l'amont du conduit de séparation. La portion de phase liquide est acheminée vers le volume d'évacuation qui prolonge le volume de séparation vers l'aval du conduit de séparation.
- Le volume de séparation liquide-gaz est situé entre le volume d'extraction de phase gazeuse et le volume d'évacuation de phase liquide.
- Le volume d'extraction de phase gazeuse prolonge le volume de séparation selon l'axe principal d'allongement du conduit de séparation.
- Le volume d'extraction de phase gazeuse et le volume de séparation liquide-gaz sont sensiblement coaxiaux.
- Le conduit d'admission forme avec le conduit de séparation un angle inférieur à 9θ degrés. Selon une réalisation, le conduit d'admission forme avec le conduit de séparation un angle compris entre 1 et 9θ degrés. Plus précisément, cet angle peut être mesuré entre l'axe principal d’allongement du conduit d'admission et la partie de l'axe principal d’allongement du conduit de séparation formant un axe d'allongement principal du volume d'évacuation de la phase gazeuse. Cet angle est donc mesuré du côté amont défini précédemment.
- L'angle est compris entre 4θ et 5θ degrés. Une telle valeur de l’angle permet d’optimiser l'écoulement du mélange diphasique et la séparation de phases.
- Le séparateur de phases comporte un conduit de réserve de phase liquide, aussi appelé troisième conduit, délimité entre les au moins deux plaques. Ainsi, le conduit de réserve de phase liquide est délimité entre la première plaque et la deuxième plaque. Le séparateur de phases comprend un orifice d'évacuation de phase liquide débouchant dans le conduit de réserve. Autrement dit, le conduit de réserve débouche sur un milieu extérieur au séparateur de phases via l’orifice d'évacuation de phase liquide.
- Le conduit de réserve de phase liquide comprend un axe principal d’allongement parallèle à l’axe d’allongement principal du conduit de séparation. Ainsi, le conduit de réserve s'étend côte à côte avec le conduit de séparation et parallèlement à celui-ci.
- Le conduit de réserve de phase liquide est en communication fluidique avec le conduit de séparation.
- L’orifice d'évacuation de phase liquide débouche à une extrémité du conduit de réserve. Plus précisément, le conduit de réserve comprend deux extrémités disposées à l’opposées l’une de l’autre selon l’axe d’allongement principal du conduit de réserve, avec une première extrémité en communication avec le conduit de séparation et une deuxième extrémité débouchant sur un milieu extérieur au séparateur de phases via l’orifice d'évacuation de phase liquide.
- L’orifice d'évacuation de phase liquide est ménagé dans une des deux plaques du séparateur, et présente un axe perpendiculaire à cette plaque.
- Le séparateur de phases comprend un conduit de communication, aussi appelé quatrième conduit, mettant en communication le conduit de séparation et le conduit de réserve.
- Le conduit de communication est délimité entre les au moins deux plaques.
- Le conduit de communication est délimité par la première plaque et la deuxième plaque disposées l’une contre l’autre.
- Le conduit de communication présente une direction d’allongement courbe.
- Le conduit de réserve et le conduit de séparation forment deux branches d’une forme en U. La base du U est formée par le conduit de communication.
- Le séparateur de phases comprend un conduit d'extraction de phase gazeuse, aussi appelé cinquième conduit, délimité par les au moins deux plaques. De plus, le séparateur de phases comprend un orifice d'extraction de phase gazeuse débouchant dans le conduit d'extraction de phase gazeuse. Autrement dit, le conduit d’extraction de phase gazeuse débouche sur un milieu extérieur au séparateur de phases via l’orifice d'extraction de phase gazeuse.
- Le conduit d'extraction de phase gazeuse est délimité par la première plaque et la deuxième plaque disposées l’une contre l’autre.
- Le conduit d’extraction de phase gazeuse comprend deux extrémités débouchant chacune vers un milieu extérieur au séparateur de phases. Le conduit d’extraction de phase gazeuse comprend deux extrémités, dit première extrémité et deuxième extrémité, disposées à l’opposées l’une de l’autre selon l’axe d’allongement principal de ce conduit.
- - L’orifice d'extraction de phase gazeuse débouche à une extrémité du conduit d’extraction de phase gazeuse.
- L’orifice d'extraction de phase gazeuse est ménagé dans une des deux plaques du séparateur, et présente un axe perpendiculaire à cette plaque.
- La première extrémité du conduit d’extraction de phase gazeuse débouche sur le milieu extérieur via l’orifice d'extraction de phase gazeuse ménagé dans la deuxième plaque.
- La deuxième extrémité du conduit d’extraction de phase gazeuse débouche sur le milieu extérieur via un orifice de sortie de phase gazeuse formé par la première plaque et la deuxième plaque.
- Entre ses deux extrémités, le conduit d’extraction de phase gazeuse comprend une ouverture autorisant une communication avec le conduit de séparation.
- Le séparateur de phases comprend un passage d'extraction de phase gazeuse, dit aussi sixième conduit, délimité entre les au moins deux plaques.
- Le passage d'extraction de phase gazeuse est délimité entre la première plaque et la deuxième plaque.
- Le conduit de séparation est en communication fluidique avec le conduit d'extraction de phase gazeuse via un passage d'extraction de phase gazeuse, aussi appelé sixième conduit.
- Le passage d'extraction de phase gazeuse et le conduit de séparation, et notamment le volume d'extraction de phase gazeuse, sont sensiblement coaxiaux.
- Le passage d’extraction de phase gazeuse présente une section inférieure à la fois à une section du conduit de séparation et à une section du conduit d'extraction de phase gazeuse. La section étant mesurée dans une coupe droite du conduit ou du passage.
- Le passage d’extraction de phase gazeuse présente une largeur minimale inférieure à la fois à une largeur du conduit de séparation et à une largeur du conduit d'extraction de phase gazeuse. Plus précisément, sur une partie ou en totalité, le passage d'extraction de phase gazeuse présente une largeur minimale inférieure à une largeur du conduit de séparation et/ou à une largeur du conduit d'extraction de phase gazeuse. La largeur est mesurée dans une section droite du conduit ou du passage, le long d’une droite passant par le centre de cette section droite et entre deux points les plus éloignés. En cas, de section circulaire, la largeur est assimilable à un diamètre.- Ladite largeur minimale forme un rétrécissement de succion. Ce rétrécissement de succion peut être agencé au plus près du conduit d'extraction de phase gazeuse. Au plus près est entendu comme étant de l’ordre de 1 à 5 millimètres. Le rétrécissement de succion est configuré pour augmenter la vitesse d'extraction de la portion de phase gazeuse issue du mélange diphasique et favoriser son extraction par le conduit d'extraction de phase gazeuse.
- La largeur minimale est mesurée, au niveau de l'interface, perpendiculairement à l'axe d'allongement du conduit de séparation et est sensiblement comprise entre 1 et 10 millimètres. Avantageusement, la largeur minimale est sensiblement comprise entre 4 et 6 millimètres, aux tolérances de fabrication près.
- Le conduit d'extraction de phase gazeuse comprend à une extrémité opposée de l'orifice d'extraction de phase gazeuse, un orifice de sortie de phase gazeuse formé par la première plaque et la deuxième plaque.
- L’orifice de sortie de phase gazeuse comprend un axe parallèle à un axe de l’orifice d’admission.
- L’orifice de sortie de phase gazeuse et/ou l’orifice d’admission sont configurés pour recevoir un manchon, respectivement de sortie et/ou d’entrée.
- Le séparateur de phases comprend quatre orifices : un orifice d’admission, un orifice d’évacuation de phase liquide, un orifice d’évacuation de phase gazeuse et un orifice de sortie de phase gazeuse.
- La dimension d’un plus grand côté de l'une au moins des plaques délimitant le conduit d'admission et le conduit de séparation est sensiblement comprise entre 10 et 5θθ millimètres, aux tolérances de fabrication près. Avantageusement cette dimension est comprise entre 240 et 250 millimètres.
- La dimension d’un petit côté de l'une au moins des plaques délimitant le conduit d'admission et le conduit de séparation est comprise entre 10 et 100 millimètres. Avantageusement cette dimension est comprise entre 35 et 4θ millimètres.
- L'axe principal d’allongement du conduit de séparation est parallèle à un plus grand côté de de l'une au moins des plaques.
- Le séparateur de phases comprend quatre orifices avec deux orifices ménagés dans l’une des deux plaques et deux orifices formés entre les deux plaques.
- Les deux orifices ménagés dans l’une des deux plaques sont l’orifice d’extraction de phase liquide et l’orifice d’évacuation de phase liquide.
- Les deux orifices formés entre les deux plaques sont l’orifice d’admission et l’orifice de sortie de phase gazeuse.
L’invention a également pour objet un échangeur de chaleur comprenant un empilement de tôles entre lesquels un fluide réfrigérant est destiné à circuler, caractérisé en ce qu’il comprend un séparateur de phases tel que défini précédemment.
Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- L’empilement de tôles délimite une boîte collectrice, une boîte de sortie et au moins une boîte de renvoi, ledit échangeur de chaleur comprenant un orifice d’entrée débouchant dans la boîte collectrice, un orifice de sortie débouchant dans la boîte de sortie, et caractérisé en ce qu’une tôle, dite joue, située à une extrémité de l’empilement de tôles est disposée contre l’une des plaques du séparateur de phases.
- La joue est disposée contre l’une des plaques du séparateur de phases de telle manière que l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie débouchent dans des conduits du séparateur de phases.
- La joue est accolée à la deuxième plaque du séparateur de phases.
- La joue est accolée à une face externe de la deuxième plaque du séparateur de phases.
- L’échangeur de chaleur est du type évaporateur. Un tel échangeur de chaleur est donc destiné à refroidir un flux d’air passant entre son empilement de tôles.
- Les tôles de l’empilement de tôles comprennent des faces principales parallèles aux faces principales des plaques du séparateur de phases.
- La joue est formée par la deuxième plaque du séparateur de phases.
- L'orifice d'évacuation de phase liquide du séparateur de phases est disposé en regard de l’orifice d'entrée de l'échangeur de chaleur.
- L'orifice d'extraction de phase gazeuse est disposé en regard de l’orifice de sortie de l'échangeur de chaleur.
L’invention a également pour objet un circuit de fluide réfrigérant d'un véhicule automobile, comprenant successivement un compresseur, un condenseur, un détendeur, et un échangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comporte un séparateur de phases tel que défini précédemment, ledit séparateur de phases étant situé entre le détendeur et l’échangeur de chaleur.
L’invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un circuit de fluide réfrigérant tel que défini précédemment.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention et de son fonctionnement ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif, en relation avec les figures annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique du fonctionnement d'un circuit de fluide réfrigérant d'un véhicule automobile,
- les figures 2A et 2B sont des vues en éclaté, sous différents angles de vue, de la première plaque et de la deuxième plaque d'un séparateur de phases selon l'invention,
- la figure 3 est une vue de face de la deuxième plaque du séparateur de phases selon l'invention, représentant un exemple de réalisation d’une face principale interne destinée à être disposée contre la première plaque du séparateur de phases selon l’invention,
- la figure 4 est une vue de face de la première plaque du séparateur de phases selon l'invention, représentant un exemple de réalisation d’une face principale interne destinée à être disposée contre la deuxième plaque représentée en figure 3, ίο
- la figure 5 est une vue théorique en perspective des différents espaces occupés par un volume défini entre les plaques du séparateur de phases selon l'invention,
- les figures 6A et 6B sont des vues perspective d'un exemple de réalisation du séparateur de phases selon l'invention, respectivement non équipé de manchons et équipé de manchons, et
- les figures 7A et 7B sont des vues en perspective d'un échangeur de chaleur comprenant un séparateur de phases selon l’invention représenté respectivement avec le séparateur de phases et sans le séparateur de phases.
Il est tout d'abord à noter que si les figures exposent l'invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, elles peuvent bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. De même, il est rappelé que, pour l'ensemble des figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères.
La figure 1 représente de manière schématique un circuit 1000 d’un fluide réfrigérant 700 qui collabore avec une installation de ventilation, de chauffage, et/ou de climatisation d’un véhicule automobile. Le circuit 1000 comprend un compresseur 200, un condenseur 300, un détendeur 400 et un échangeur de chaleur 600, pouvant notamment être de type évaporateur 60 ou de type refroidisseur de liquide, aussi dénommé chiller en anglais. Le fluide réfrigérant 700 circule successivement à travers ces éléments, le long du circuit 1000.
Le fluide réfrigérant 700 est admis, sous forme essentiellement gazeuse, au sein du compresseur 200. A la sortie du compresseur 200, le fluide réfrigérant 700, qui a subi une compression, se présente sous la forme d’un gaz dont la pression et la température ont augmentées. Le fluide réfrigérant 700 est ensuite admis dans le condenseur 300, dans lequel il subit un premier changement de phase et se transforme en liquide. Lors de ce changement de phase, la pression du fluide réfrigérant 700 reste sensiblement constante et sa température diminue, le fluide réfrigérant 700 cédant une partie de sa chaleur à un milieu extérieur par le biais du condenseur 300.
Le fluide réfrigérant 700, essentiellement sous forme liquide à la sortie du condenseur 300, est ensuite acheminé dans un détendeur 400, dans lequel il subit une détente dont le résultat est l’obtention d’un mélange diphasique de fluide réfrigérant 700 sous forme liquide et sous forme gazeuse, notamment à basse température. Le mélange diphasique de fluide réfrigérant 700 à l’issue de l’opération de détente, c’est-à-dire à la sortie du détendeur 400, peut comprendre environ 70% de fluide réfrigérant 700 sous forme liquide, aussi appelée phase liquide, et environ 30% de fluide réfrigérant 700 sous forme gazeuse, aussi appelée phase gazeuse.
Le fluide réfrigérant 700 sous forme de mélange dipbasique est ensuite acheminé vers l’échangeur de chaleur 600 dans lequel il subit un nouveau changement et où la phase liquide du fluide réfrigérant 700 se transforme en gaz, qui est ensuite réacheminé vers le compresseur 200 pour un nouveau cycle. Ce passage de l’état liquide à l’état gazeux dans l’écbangeur de chaleur 600 permet d’abaisser la température d’un milieu extérieur, par exemple un flux d’air envoyé dans l'habitacle du véhicule et circulant dans l’installation de climatisation, de ventilation et/ou de chauffage ou un liquide.
L’efficacité de l’écbangeur de chaleur 600 est directement liée au fait que le fluide admis en son sein soit essentiellement composé de phase liquide. A cette fin, le circuit 1000 comprend un séparateur de phases 500 du fluide réfrigérant 700, situé avantageusement entre le détendeur 400 et l’écbangeur de chaleur 600 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant 700 dans le circuit 1000. Un ensemble de vannes, de conduites et d’éléments de commande, non détaillés sur la figure, permet le fonctionnement et le pilotage de l’ensemble formé par le compresseur 200, le condenseur 300, le détendeur 400, le séparateur de phases 500 et l’écbangeur de chaleur 600.
Le séparateur de phases 500 selon l'invention est compact et d'une intégration facile à un circuit 1000 de fluide réfrigérant 700 tel que celui schématiquement illustré par la figure 1, tout en permettant une séparation efficace entre la phase liquide et la phase gazeuse du mélange dipbasique de fluide réfrigérant 700 issu du détendeur 400.
Dans la description qui va suivre, on se référera à une orientation en fonction d’un axe longitudinal y, d’un axe vertical z et d’un axe transversal x, tels qu’ils sont définis arbitrairement par le repère O,x,y,z représenté sur les figures 2A à 7B. L’axe vertical z correspond à une direction perpendiculaire au sol, l’axe longitudinal y et l’axe transversal x étant perpendiculaires à l’axe vertical z. L’axe transversal x correspond à la direction définissant une épaisseur d’une des plaques composant le séparateur de phases. L’axe longitudinal y, perpendiculaire à l’axe transversal x, correspond à une direction d’extension du séparateur de phases, comme par exemple une largeur. Il est à noter que le choix des appellations de ces axes n’est pas limitatif de l’orientation que peut prendre le séparateur de phases dans son application à un véhicule automobile.
Comme cela est illustré par les figures 2A et 2B, le séparateur de phases 500 selon l'invention comporte deux plaques 510, 520 disposées l’une contre l’autre. Une plaque est définie comme présentant une forme principalement plane, rectangulaire, pleine, de préférence rigide et peu épaisse. Comme cela sera décrit plus loin, on distingue une première plaque 510 et une deuxième plaque 520. Bien entendu, le séparateur de phases 500 pourrait comprendre une ou plusieurs plaques supplémentaires sans sortir du cadre de l’invention.
Les plaques 510, 520 présentent chacune une forme sensiblement rectangulaire, ayant un plus grand côté C s’étendant selon l’axe Oz et un petit côté D s’étendant selon l’axe Oy. Selon un exemple de réalisation, la dimension du plus grand côté C, aussi appelée hauteur du séparateur de phases 500 mesurée selon l’axe Oz, est sensiblement comprise entre 10 et 500 millimètres. La dimension du petit côté D, aussi appelée largeur du séparateur de phases 500 mesurée selon l’axe Oy, est sensiblement comprise entre 10 et 100 millimètres. Plus précisément, la hauteur du séparateur de phases 500 est de l'ordre de 240 à 250 millimètres, et sa largeur est de l'ordre de 35 à 40 millimètres.
Chaque plaque 510, 520 comprend au moins une extension latérale, et de préférence deux extensions latérales 53b 532 pour chacune des plaques, s’étendant à partir du plus grand côté de la plaque 510, 520. Chaque extension 53b 532 définit un conduit du séparateur de phases 500. Comme cela sera décrit plus en détail ci-après, une première extension 531 définit un conduit d’admission 1 du fluide réfrigérant 700 et une deuxième extension 532 définit un conduit d’extraction de phase gazeuse 5· Il est à noter que les deux extensions 53b 532 prennent naissance à partir d’un même côté d’une des plaques 510, 520, notamment à partir d’un même grand côté C de la forme rectangulaire suivie par les plaques 510, 520. Ainsi, conduit d’admission 1 et conduit d’extraction de phase gazeuse 5 sont situés sur un même côté du séparateur de phases 500.
Par ailleurs, selon une réalisation, un pont de matière 530 relie les deux extensions 53b 532, notamment au niveau de leurs extrémités libres. La présence de ce pont de matière 530, ainsi que la disposition des deux extensions 53b 532 par rapport à la forme rectangulaire de la plaque 510, 520 forme alors une ouverture 535 globalement triangulaire.
La deuxième plaque 520 diffère de la première plaque 510 par la présence d’au moins un orifice 4b 221 la traversant. Dans le cas représenté, la deuxième plaque 520 comprend deux orifices 4b 221 la traversant, respectivement dit orifice d’évacuation de phase liquide 221 et orifice d’extraction de phase gazeuse 41· Ces deux orifices 4b 221, qui seront décrit plus loin dans la description, présentent sensiblement le même diamètre et présentent des centres alignés l’un avec l’autre selon l’axe Oy. Plus précisément, ces deux orifices 4b 221 sont situés au plus près d’un bord d’extrémité verticale, dit bord amont 501 du séparateur de phases 500, de la deuxième plaque 520, et précédemment appelé petit côté D. Ainsi on comprend que la première plaque 510, contrairement à la deuxième plaque 520, n’est pas traversée par des orifices.
De plus, la deuxième plaque 520 présente une extension verticale 534 par rapport à la première plaque 510. Ainsi, la deuxième plaque 520 présente un grand côté C plus grand que le grand côté C2 de la première plaque 510, mesuré selon l’axe vertical Oz. Les dimensions précédemment décrites concernant la hauteur du séparateur de phases 500 concernent donc plus particulièrement cette deuxième plaque 520.
Chaque plaque 510, 520 présente deux faces principales 510a, 510b, 520a, 520b. Pour une plaque 510, 520 donnée, les deux faces principales 510a, 510b, 520a, 520b sont reliées entre elles par l’intermédiaire de bords externes 511, 521. Ces bords externes 511,521 définissent également l’épaisseur des plaques 510, 520, selon l’axe Ox. Les bords externes 511, 521 des plaques 510, 520 peuvent présenter les mêmes dimensions d’une plaque 510, 520 à l’autre, notamment en termes de forme, longueur et épaisseur, aux tolérances de fabrication près.
La première plaque 510 et la deuxième plaque 520 comportent chacune une forme agencée en creux dans leur épaisseur. Ces formes sont agencées en creux à partir d'une des faces principales 510a, 510b, 520a, 520b d’au moins une des plaques 510, 520. Ces formes agencées en creux peuvent être appelées conduit, volume ou passage comme cela sera décrit plus loin. Selon l’exemple de réalisation illustré, les formes sont agencées en creux à partir d'une des faces principales 510a, 510b, 520a, 520b de chacune des plaques 510, 520 du séparateur de phase 500. De préférence, les faces principales 510a, 520a comprenant les formes agencées en creux ne comportent pas d’aspérités s’étendant en saillie de ces faces principales. Selon une variante de réalisation, les formes sont agencées en creux à partir d'une des faces principales 510a, 510b, 520a, 520b d’une unique plaque du séparateur de phases 500, l’autre étant plane sur ses deux faces principales 510a, 510b, 520a, 520b.
Les plaques 510, 520 sont placées l'une contre l'autre de telle manière que les deux faces principales 510a, 520a, comprenant les formes agencées en creux, soient mises l'une contre l'autre, avec les formes en creux mises les unes en face des autres. La réunion des deux faces 510a, 520a et de leurs volumes respectifs définis par les formes agencées en creux, forme notamment le premier conduit 1, dit conduit d’admission et un deuxième conduit 2, dit conduit de séparation. La surface de contact entre les deux plaques 510, 520, ou deux faces principales, forme alors une interface 550. Suivant la forme suivie par les faces principales 510a, 520b, cette interface 550 peut prendre n’importe quelle forme.
Les plaques 510, 520 délimitent entre elles le conduit d'admission 1, par lequel le mélange diphasique de fluide réfrigérant 700 est admis dans le séparateur de phases 500, ainsi que le conduit de séparation 2, vers lequel le mélange diphasique de fluide réfrigérant 700 est acheminé depuis le conduit d'admission 1 et dans lequel la séparation de phases est effectuée. Bien entendu, les plaques 510, 520 délimitent entre elles d’autres conduits qui seront décrits plus loin, ll est à noter que le terme conduit désigne un volume agencé pour accueillir et acheminer le fluide réfrigérant 700 qu’il soit sous forme gazeuse, liquide, et/ou sous forme de mélange diphasique, chaque conduit ayant un rôle spécifique dans la séparation de phases du fluide réfrigérant 700.
Parmi les faces principales 510a, 510b, 520a, 520b, on distingue pour chaque plaque 510, 520, une face principale interne 510a, 520a comprenant des formes agencées en creux de manière à définir tout ou partie des conduits 1, 2 et une face principale externe 510b, 520b, exposée au milieu extérieur du séparateur de phases 500. Selon l'exemple de réalisation illustré par les figures, les faces externes 510b, 520b, c’est-à-dire les faces ne comprenant pas les formes agencées en creux, sont principalement planes, c’est-à-dire au moins sur 80% de leur surface.
Selon l’exemple illustré, les plaques 510, 520 comportent chacune la forme en creux respective d'un demi-conduit d'admission 1 et/ou d'un demi-conduit de séparation 2, agencée dans leur épaisseur à partir de leurs faces internes respectives 510a, 520a. La réalisation mécanique du séparateur de phases 500 s'en trouve donc simplifiée. La disposition des faces principales internes 510a, 520a, des plaques 510, 520 l’une contre l’autre se fait, ici, selon une interface 550 plane, dite alors plan d'interface 550.
Dans le cadre de cet réalisation, le plan d’interface 550 coupe en deux au moins un des conduits définis par les plaques 510, 520. De préférence, le plan d’interface 550 coupe en deux l’ensemble des conduits et volume délimités par les plaques 510, 520. Ainsi, le plan d’interface 550 est un plan de symétrie pour ces conduits et volume délimités par les plaques 510, 520. Dans ce qui suit, l'invention sera décrite selon cet exemple de réalisation, non exclusif mais particulièrement avantageux, notamment en termes de réalisation mécanique.
La figure 3 montre la face principale interne 520a de la deuxième plaque 520 formant le séparateur de phases 500 tandis que la figure 4 représente la face principale interne 510a de la première plaque 510, toutes deux vue de face. Ces deux figures illustrent en détail la géométrie et les éléments constituant le séparateur de phases 500. Il est à noter qu’au moins pour le premier conduit 1 et le deuxième conduit 2, ces deux faces internes 510a, 520a sont symétriques. Bien entendu, on comprend que chaque plaque 510, 520 délimite qu’une partie des conduits. Dans un souci de concision, on comprendra alors que lorsqu’on parle de conduit, cela s’applique aux conduits partiels formés dans chaque plaque 510, 520. De plus, les conduits désignant des volumes vides, on comprendra que lorsqu’on les qualifie, on entend parler des parois le délimitant.
Comme cela est illustré par les figures 3 et 4> le conduit d’admission 1 débouche dans le conduit de séparation 2 de telle manière qu'ils forment sensiblement les deux branches d'une forme en Y. Autrement dit, le conduit d’admission 1 forme un angle 100 avec le conduit de séparation 2. Ainsi, le conduit d’admission 1 s’étend de manière oblique par rapport au conduit de séparation 2. Pour rappel, le terme « oblique » signifie ni parallèle, ni perpendiculaire.
La zone dans laquelle le conduit d'admission 1 débouche dans le conduit de séparation 2 forme l'intersection des deux branches du Y. Ceci est notamment mis en évidence par la figure 5, qui représente de manière théorique les volumes occupés dans l'espace par les conduits composant le séparateur de phases 500 et notamment les conduits d'admission 1 et de séparation 2.
Plus particulièrement, le conduit d'admission 1 et le conduit de séparation 2 présentent chacun un axe principal d’allongement selon lequel ils s’étendent selon leur longueur, c’est-à-dire selon leur plus grande dimension. Ainsi, le conduit d'admission 1 présente un axe principal d’allongement référencé 10 et le conduit de séparation 2 présente un axe principal d’allongement référencé 20. Les directions respectives de ces axes principaux d'allongement 10, 20, correspondent aux directions suivies par le mélange dipbasique de fluide réfrigérant 700, lorsqu’il est acheminé par les conduits 1, 2. On définit également que, l'axe principal 10 d’allongement du conduit d'admission 1 et l'axe principal 20 d’allongement du conduit de séparation 2 sont des axes de symétrie pour chacun de ces deux conduits 1, 2. En d'autres termes, les axes principaux d'allongement 10, 20 sont définis comme coupant des sections droites des conduits 1, 2 sensiblement en leur centre.
Dans le cadre de l’exemple de réalisation illustré, l'axe principal d’allongement 10 du conduit d'admission 1 et l'axe principal d’allongement 20 du conduit de séparation 2 s’étendent tous deux et sont concourants dans le plan d'interface 550 défini précédemment. Il s'ensuit que le plan d'interface 550 est, selon cet exemple de réalisation, un plan de symétrie pour ces deux conduits 1, 2. Selon une variante de réalisation, l’axe principal 10 d'extension du conduit d'admission 1 et l’axe principal 20 d'extension du conduit de séparation 2 sont contenus dans un plan parallèle à l'interface 550 précitée. Autrement dit, le plan d’interface 550 ne coupe pas les conduits 1, 2 en deux parties égales et ne forme donc pas un plan de symétrie pour au moins ces deux conduits 1, 2.
Le conduit d’admission 1 comprend deux extrémités, dont une première extrémité 11 formant un orifice 110, dit orifice d’admission, débouchant vers un milieu extérieur du séparateur de phases 500 et une deuxième extrémité 12 débouchant dans le conduit de séparation 2. La première extrémité 11 du conduit d’admission 1, et notamment l’orifice 110 qu’elle forme, peuvent être destinés à réceptionner un manchon d’entrée 70 comme cela sera décrit plus loin, en référence avec la figure 6B. Entre les deux extrémités 11, 12 du conduit d’admission 1, les parois formant le conduit d’admission 1 sont étanches, c’est-à-dire que le conduit d’admission 1 ne comprend pas d’autres orifices que ceux formés par ses deux extrémités 11, 12. Les parois formant le conduit d’admission 1 forment ainsi, une fois les plaques 510, 520 assemblées, un tube étanche permettant l'acheminement du fluide réfrigérant 700 venant de l’extérieur du séparateur de phases 5θθ vers le conduit de séparation 2.
ll est à noter que l’orifice d’admission 110 du conduit d’admission 1 peut présenter un axe 110A perpendiculaire au grand côté de la plaque 510> 520. On comprend alors, que le conduit d’admission 1 peut être coudé afin de former d’une part la branche du Y et d’autre part l’orifice d’admission 110 ayant un axe perpendiculaire à la forme rectangulaire de la plaque 510> 520.
Par ailleurs, le conduit de séparation 2 comprend deux extrémités ouvertes 220, 230, en plus de l’ouverture formée par le conduit d’admission 1. Ces deux extrémités 220, 230 sont disposées à l’opposé l’une de l’autre le long de l’axe principal d’allongement 20 de ce conduit 2 et seront décrites plus loin dans la description. En dehors de ces trois ouvertures, le conduit de séparation 2 est étanche.
Le conduit de séparation 2 présente différents volumes ayant chacun un rôle spécifique. Plus particulièrement, le conduit de séparation 2 comprend, entre ses deux extrémités 220, 230, un volume de séparation liquide-gaz 21, un volume d'évacuation de phase liquide 22 et un volume d'extraction de phase gazeuse 23· Ces trois volumes 21, 22, 23 sont empilés les uns au-dessus des autres le long de l’axe principal d'allongement 20 du conduit de séparation 20. En d'autres termes, chaque volume délimité par les parois formant le conduit de séparation 20 présente un axe principal coaxial avec l’axe principal d’allongement 20 du conduit de séparation 2.
Plus précisément, le volume de séparation liquide-gaz 21 se trouve, selon la direction de l’axe principal d’allongement 20, entre le volume d'extraction de phase gazeuse 23 et le volume d'évacuation de phase liquide 22. En d'autres termes, le volume de séparation liquide-gaz 21 est, selon la direction de l’axe principal d’allongement 20, prolongé, à l'une de ses extrémités, par le volume d'évacuation de phase liquide 22 et, à son extrémité opposée par le volume d'extraction de phase gazeuse 23 avec lesquels il est sensiblement coaxial, comme cela est schématisé par les traits en tirets.
Le volume de séparation liquide-gaz 21 et le volume d'extraction de phase gazeuse 23 sont séparés l’un de l’autre par la deuxième extrémité 12 du conduit d’admission 1 débouchant dans le conduit de séparation 2. Autrement dit, le conduit d'admission 1 débouche dans le conduit de séparation 2 entre le volume de séparation liquide-gaz 21 et le volume d'extraction de phase gazeuse 23, selon la direction de l'axe principal d'allongement 20 du conduit de séparation 2.
ll faut comprendre ici que la séparation de phases, dans le séparateur de phases 5θθ selon l'invention, se produit principalement par gravité. En effet, la phase liquide contenue dans le mélange diphasique de fluide réfrigérant 7θθ> étant plus dense que la phase gazeuse contenue dans ce mélange, est séparée de la phase gazeuse par une différence de densité, sous l’effet de la gravité. D'autre part, la phase gazeuse contenue dans ce mélange diphasique, séparée de la phase liquide également par gravité, est extraite par le même phénomène, c'est-à-dire grâce à sa densité plus faible, c’est-à-dire à sa légèreté, par rapport à la phase liquide. La séparation de phases est ici basée sur un phénomène, qui est que, soumise uniquement à la gravité la phase liquide d'un fluide donné aura tendance à ruisseler vers le bas sous l'effet de son propre poids, tandis que la phase gazeuse de ce même fluide aura tendance à s'élever au-dessus de la phase liquide.
Le séparateur de phases 5θθ et ses plaques 510> 520 sont donc avantageusement agencés de telle manière que l'orientation de l'axe principal d'allongement 20 du conduit de séparation 2 et notamment des volumes 21, 22, 23 le composant favorise au maximum l'écoulement par gravité. Pour ce faire, le séparateur de phases 500 peut, par exemple, être agencé de telle manière que l'axe principal d'allongement 20 du conduit de séparation 2 se trouve sensiblement vertical ou proche de la verticale, la verticale étant définie comme étant perpendiculaire au sol. En d'autres termes, selon le repère Oxyz défini précédemment, le séparateur de phases 500 selon l'invention est avantageusement agencé de telle manière que l'axe principal d'allongement 20 du conduit de séparation 2 est parallèle à l’axe Oz. De légers écarts à ce parallélisme pouvant être tolérés dans la mesure où l'écoulement du mélange dipbasique de fluide réfrigérant 700 au sein du conduit de séparation 2 reste principalement gouverné par la gravité. De tels écarts peuvent, par exemple, résulter des contraintes d'encombrement pour l'implantation du circuit de fluide réfrigérant au sein du véhicule automobile concerné, et/ou ils peuvent résulter simplement des tolérances de fabrication mécanique, ll résulte de ce qui précède que, selon l'exemple de réalisation plus particulièrement illustré par les figures, le plan d'interface 550 est sensiblement parallèle au plan (Oyz) d' un tel repère orthonormé, aux tolérances mécaniques de fabrication près.
Par ailleurs, dans ce qui suit, les dénominations amont et aval seront utilisées en référence au sens d'écoulement par gravité du fluide réfrigérant 700 au sein du conduit de séparation 2 et notamment au sein du volume de séparation liquide-gaz 21. En référence à ces dénominations, et comme le montrent plus particulièrement les figures 3 et 4> les différents conduits et volumes précédemment définis sont donc agencés de telle manière que le volume d'extraction de phase gazeuse 23 s'étend en amont du volume de séparation liquide-gaz 21 et que le conduit d'admission 1 débouche dans le conduit de séparation 2 sensiblement à l'extrémité amont du volume de séparation liquide-gaz 21, le volume d'évacuation de phase liquide 22 s'étendant en aval de l'extrémité aval de ce volume de séparation liquide-gaz 21.
ll résulte de ce qui précède que le mélange dipbasique du fluide réfrigérant 7θθ> admis au sein du séparateur de phases 5θθ> est acheminé directement du conduit d'admission 1 vers le volume de séparation 21. Pour favoriser cet écoulement et la séparation par gravité au sein du séparateur de phases 5θθ, l'invention prévoit que l'axe principal d'allongement 10 du conduit d'admission 1 forme, avec l'axe principal d'allongement 20 du conduit de séparation 2, un angle 100 avantageusement inférieur à 9θ degrés, par exemple compris entre 1 et 9θ degrés, voire entre 5 et 9θ degrés. Il faut comprendre ici que l'angle 100 est mesuré du côté du volume d'extraction de phase gazeuse 23 et non du côté du volume d'évacuation de phase liquide 22. Autrement dit, l’angle 100 est mesuré du côté amont de la zone dans laquelle le conduit d'admission 1 débouche dans le conduit de séparation 2, c'est-à-dire à l'opposé du sens d'écoulement par gravité du mélange diphasique de fluide réfrigérant 700 au sein du volume de séparation liquide-gaz 21. Avantageusement, l'angle 100 est compris entre 40 et 50 degrés. Selon une variante de réalisation particulière, cet angle est égal à 45 degrés.
L'angle 100 est défini pour optimiser l'écoulement par gravité du mélange de fluide diphasique de fluide réfrigérant 700 au sein du conduit d'admission 1 et son acheminement vers le conduit de séparation 2. En effet, pour des valeurs trop faibles de l'angle 100, le mélange diphasique de fluide réfrigérant aura tendance à s'écouler en une forme de chute, alors que pour des valeurs trop élevées de l'angle 100, une forme de stagnation de ce mélange diphasique pourra survenir. Dans le premier cas, l'arrivée d'une quantité donnée de mélange diphasique au sein du conduit de séparation 2 sera brutale, ce qui peut nuire à la sélectivité de la séparation liquide-gaz proprement dite. Dans le deuxième cas, l'arrivée d'une quantité donnée de mélange diphasique au sein du conduit de séparation 2 sera trop lente, ce qui peut nuire à l'efficacité de la séparation liquide-gaz par allongement excessif du temps d'introduction du mélange diphasique au sein du volume de séparation 21.
Le fonctionnement du séparateur de phases 5θθ selon l'invention est donc le suivant : le mélange diphasique de fluide réfrigérant 7θθ, reçu dans le conduit d'admission 1 est acheminé par gravité vers le conduit de séparation 2 et, plus précisément, vers le volume de séparation 21 précité. La portion de phase liquide et la portion de phase gazeuse que ce mélange diphasique comporte sont alors séparées par gravité : la portion de phase liquide est acheminée, par gravité, vers le volume 22 d'évacuation de phase liquide situé en aval du volume 21 de séparation liquidegaz, tandis que la portion de phase gazeuse est dirigée, grâce à sa plus faible densité et à son plus faible poids, vers le volume 23 d'extraction de phase gazeuse situé en amont du volume 21 de séparation liquide-gaz.
Comme le montrent plus particulièrement les figures 3 et 4, le séparateur de phases 5θθ comporte un troisième conduit 3, dit de réserve de phase liquide. Dans ce conduit de réserve 3 se produit une accumulation de phase liquide au sein du séparateur de phases 5θθ· Afin de réduire au maximum l'encombrement du séparateur de phases 500 selon l'invention, une partie au moins du conduit de réserve de phase liquide 3, et avantageusement tout le conduit de réserve 3, s'étend côte à côte avec le conduit de séparation 2, parallèlement à l'axe principal d'allongement 20 de celui-ci.
De même que le conduit d'admission 1 et le conduit de séparation 2, le conduit de réserve 3 est, selon l'exemple de réalisation illustré par les figures, formé de deux demi-conduits définis et délimités chacun par une forme agencée en creux dans l'épaisseur respectivement de la première plaque 510 et de la deuxième plaque 520, à partir des faces internes 510a, 520a, par lesquelles les plaques 510, 520 sont disposées l'une contre l'autre.
Le conduit 3 de réserve de phase liquide présente un axe principal d’allongement 30 le long duquel il s'étend, suivant sa plus grande dimension. Cet axe principal d’allongement 30 est parallèle à l'axe principal d'extension 20 du canal de séparation 2 et peut être compris dans le plan d'interface 550 précédemment défini. Comme le montrent les figures, et en référence aux dénominations amont et aval précédemment définies, le conduit de réserve 3 communique avec la partie aval du conduit de séparation 2 et notamment avec son extrémité 220. Plus précisément, le conduit de réserve 3 constitue un prolongement du volume 22 d'évacuation de phase liquide dans le sens de l'acheminement de la phase liquide.
Le conduit de séparation 2 et le conduit de réserve 3 forment ensemble les deux branches d'une forme en U avec la base du U formée par un quatrième conduit 4 dit de communication, mettant en communication le conduit de séparation 2, et notamment le volume 22 d'évacuation de phase liquide, avec le conduit de réserve 3· Le volume 22 d'évacuation de phase liquide peut être défini comme comportant une première portion située en aval du volume 21 de séparation liquide/gaz au sein du conduit de séparation 2, une deuxième portion constituée par le conduit de communication 4 précité, et une troisième portion formée par le conduit de réserve 3 dans lequel la phase liquide s'accumule.
Sur la deuxième plaque 520, et comme le montre plus précisément la figure 3, le conduit de réserve 3 débouche vers l’extérieur du séparateur de phases 500 en un orifice d'évacuation de phase liquide 221. Cet orifice d’évacuation 221 présente un axe central 22lA perpendiculaire aux faces principales 520a, 520b de la deuxième plaque 520. Dans le cadre de l’exemple illustré, l’axe central 22lA de l’orifice 221 est également perpendiculaire au plan d'interface 550.
L'orifice d'évacuation de phase liquide 221 est traversant dans l'épaisseur de la deuxième plaque 520. En revanche, comme le montrent la figure 4, la première plaque 510 ne comporte pas d’orifice débouchant dans le conduit de réserve 3· La phase liquide accumulée dans le conduit de réserve 3 est donc nécessairement acheminée vers l'orifice d'évacuation de phase liquide 221 permettant une sortie de la phase liquide depuis le séparateur de phases 500.
La phase gazeuse issue de la séparation par gravité au sein du volume 21 de séparation liquide-gaz est, tel qu’indiqué précédemment, acheminée vers le volume 23 d'extraction de phase gazeuse situé en amont de la zone où le conduit d'admission 1 débouche dans le conduit de séparation 2 et en direction de l’extrémité 230 du conduit de séparation 2.
Le conduit de séparation 2, et notamment le volume 23 d'extraction de phase gazeuse, communiquent avec un cinquième conduit 5 dit d'extraction de phase gazeuse. De même que le conduit d'admission 1, le conduit de séparation 2 et le conduit de réserve 3, le conduit 5 d’extraction de phase gazeuse est défini et délimité par deux formes agencées en creux dans l'épaisseur respectivement de la première plaque 510 et de la deuxième plaque 520 à partir des faces internes 510a, 520a, par lesquelles les plaques 510, 520 sont accolées entre elles pour former le séparateur de phases 500.
Le conduit d’extraction de phase gazeuse 5 s'étend selon un axe d'allongement général 50. L’axe d’allongement général 50 s’étend de manière oblique par rapport à l’axe d’allongement principal 20 du conduit de séparation 2. Selon cet exemple de réalisation, le plan d'interface 550 précédemment cité coupe le conduit 5 en deux demi-conduits.
Le conduit d’extraction de phase gazeuse 5, comme le conduit d’admission 1, débouche vers l’extérieur du séparateur de phases 500 et permet donc à la phase gazeuse du fluide réfrigérant 700 de sortir du séparateur 500. Plus précisément, le conduit d’extraction de phase gazeuse 5 comprend deux extrémités débouchant chacune vers l’extérieur du séparateur de phases 500.
Plus particulièrement, le conduit d’extraction de phase gazeuse 5 comprend une première extrémité 51 formant un orifice de sortie de phase gazeuse 53 ayant un axe central 53A perpendiculaire au grand côté de la forme rectangulaire des plaques 510, 520. Cette extrémité 51 et l’orifice de sortie de phase gazeuse 53 qu’elle forme peuvent être configurés pour accueillir un manchon de sortie 80 comme cela sera décrit plus loin, en référence avec la figure 6B.
Le conduit d’extraction de phase gazeuse 5 comprend une deuxième extrémité 52 débouchant également vers l’extérieur du séparateur de phases 500 en un orifice d'extraction de phase gazeuse 41 traversant la deuxième plaque 520. L’orifice d’extraction 41 comprend un axe central 4lA perpendiculaire aux faces principales 520a, 520b de la deuxième plaque 520. Dans le cadre de l’exemple illustré, l’axe central 41A de l’orifice 41 est également perpendiculaire au plan d'interface 550.
L'orifice d’extraction de phase gazeuse 4' est traversant dans l'épaisseur de la deuxième plaque 520. En revanche, comme le montre la figure 4, la forme creuse qui délimite, dans l'épaisseur de la première plaque 510, la deuxième moitié du conduit d’extraction de phase gazeuse 5, n'est pas traversante dans l'épaisseur de la première plaque 510.
ll est à noter ici que l'orifice 41 d'extraction de phase gazeuse se trouve, en référence au sens de l'écoulement par gravité du mélange diphasique au sein du volume 21 de séparation liquide-gaz, situé à proximité du même bord amont 501 du séparateur de phases 500 que l'orifice 221 d'évacuation de phase liquide précédemment décrit. De plus, il est également à noter que l'axe central 22lA de l'orifice 221 précédemment défini et l'axe central 4lA de l'orifice 41 d'extraction de phase gazeuse sont sensiblement parallèles entre eux.
Entre les deux extrémités 5b 52 du conduit d’extraction de phase gazeuse 5, les parois formant ce conduit 5 présentent une ouverture 54 vers un passage d’extraction 6, comme cela sera décrit plus loin.
ll est à noter que conduit d’admission 1, conduit de séparation 2, conduit de réserve 3 et conduit d’extraction de phase gazeuse 5 peuvent présenter des sections différentes les uns par rapport aux autres. On entend par là, que leurs formes peuvent varier. Selon une réalisation, chacun de ces conduits 1, 2, 3, 5 présente des sections droites ayant sensiblement les mêmes dimensions, telles qu’une largeur ou un diamètre. Une section droite est prise dans un plan perpendiculaire à l’axe d’allongement du conduit 1, 2, 3, 5 en question. Plus précisément, on définit que conduit d’admission 1, conduit de séparation 2, conduit de réserve 3 et conduit d’extraction de phase gazeuse 5 présentent des largeurs sensiblement identiques. La largeur d’un conduit est par exemple comprise entre 10 millimètres et 3θ millimètres. Avantageusement la largeur est égale à 15 millimètres.
Selon cet exemple de réalisation, le conduit de séparation 2 débouche dans un sixième conduit, aussi appelé passage d'extraction 6, qui lui-même débouche dans le conduit 5 d’extraction de phase gazeuse. Ainsi, le passage d'extraction 6 est agencé entre le volume 23 d'extraction de phase gazeuse et le conduit 5 d’extraction de phase gazeuse. Le passage d'extraction 6 s'étend ici, selon l'axe principal d'extension 20 du conduit de séparation 2, de l'extrémité amont du volume 230 du conduit de séparation 2 vers l’ouverture 54 du conduit 5 d’extraction de phase gazeuse, dans lequel il débouche. En d'autres termes, le passage d'extraction 6 met en communication le volume 23 d'extraction de phase gazeuse et le conduit 5 d'extraction de phase gazeuse.
Le passage d'extraction 6 a pour fonction de transférer, du volume 23 d'extraction de phase gazeuse vers le conduit 5 d’extraction de phase gazeuse, la phase gazeuse issue de la séparation de phases opérée dans le conduit de séparation 2, et notamment dans le volume de séparation 21. Dans ce but, la configuration relative du passage d'extraction 6, du volume 23 d'extraction de phase gazeuse et du conduit 5 d’extraction de phase gazeuse est définie à la fois pour optimiser ce transfert, pour éviter tout retour de phase gazeuse dans le volume 21 de séparation liquide-gaz et aussi pour éviter une entrée de phase liquide dans le conduit 5 d’extraction de phase gazeuse.
Avantageusement, le passage d'extraction 6, le conduit de séparation 2, et notamment le volume 23 d'extraction de phase gazeuse sont coaxiaux, d'axe commun l’axe principal d’allongement 20 du conduit de séparation 2. Bien entendu, le passage d’extraction 6 pourrait aussi être décalé par rapport à l’axe principal d’allongement 20 du conduit de séparation 2. Une pluralité de passage d’extraction 6 pourrait également être prévue. Il est à noter que le passage d'extraction 6 débouche dans le conduit 5 d’extraction de phase gazeuse de manière oblique et avantageusement tangentiellement à celui-ci.
De préférence, le passage d’extraction 6 présente, sur sa totalité selon la direction de l'axe principal d'allongement 20, une largeur 6l constante, mesurée dans une section droite et selon l’axe Oy précédemment défini. Avantageusement cette largeur 6l constante est inférieure à une largeur du conduit de séparation 2 et/ou du conduit d’extraction de phase gazeuse 5· De manière générale, on peut dire que le passage d’extraction 6 présente une largeur au moins deux fois inférieure à une largeur du conduit de séparation 2 et/ou du conduit d’extraction de phase gazeuse 5·
Une telle largeur 6l permet de former une restriction autorisant une succion de la phase gazeuse à travers le passage d’extraction 6. Cette largeur 6l est comprise entre 1 millimètre et une dizaine de millimètres. Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse, cette largeur 6l est de l'ordre de 5 millimètres. Cette dimension particulière du passage d’extraction 6 a pour rôle d'augmenter la vitesse de la phase gazeuse, en créant un phénomène d'aspiration au sein du volume 23 d'extraction de phase gazeuse. Elle contribue donc à l'efficacité de la séparation de phases au sein du séparateur de phases 5θθ· Elle a également pour fonction de limiter toute fuite éventuelle de phase liquide vers la partie amont du conduit de séparation 2 et vers le conduit d’extraction de phase gazeuse 5·
Selon une variante de réalisation, le passage d’extraction 6 présente en coupe longitudinale, c’est-à-dire ici selon l’axe Oz, une forme de trapèze avec la plus petite largeur situé du côté du conduit 5 d’extraction de phase gazeuse.
La figure 5 illustre l’espace occupé par les volumes et les conduits délimités entre les deux plaques 510, 520 du séparateur de phases 500· Une telle vue, permet de visualiser la forme des divers conduits 1, 2, 3, 4, 5, 6 ménagés entre les deux plaques 510, 520 du séparateur de phases 500. Ainsi, le conduit d'admission 1 présente une section droite sensiblement rectangulaire ou carrée. Le conduit de séparation 2, tout comme le conduit de réserve 3, le conduit de communication 4, le conduit d’extraction de phase gazeuse 5 et le passage d’extraction 6, présentent une section droite circulaire. Le conduit de séparation 2, le conduit de réserve 3, le conduit de communication 4, le conduit d’extraction de phase gazeuse 5 et le passage d’extraction 6 sont donc ici sensiblement cylindriques.
Selon différentes variantes de réalisation, la section droite de ces conduits 1, 2, 3, 4, 5, ou passage 6 prise perpendiculairement à leur axe principal d'extension, peut être de n’importe quelle autre forme telle que triangulaire ou encore semi-circulaire.
De plus, on voit que les quatre orifices 4b 53, HO, 221 du séparateur de phases 500 débouchant vers l’extérieur sont circulaires. Autrement dit, les orifices 4b 53, HO, 221 du séparateur de phases sont délimités par des parois circulaires. Bien entendu, selon les besoins de branchement ou d’intégration, d’autres formes des orifices 4b 53, Π0, 221 peuvent être prévues, ll est à noter que parmi ces orifices deux sont formés par le rassemblement des plaques l’une contre l’autre et deux autres traversent une des deux plaques.
Les figures 6A et 6B montrent le séparateur de phases 500 selon l’invention, avec les deux plaques 510, 520 disposées l’une contre l’autre selon le plan d’interface 550.
Plus particulièrement, on peut voir sur la figure 6A que le séparateur de phases 500 comprend quatre orifices : un premier orifice dit d’admission 110, un deuxième orifice dit d’évacuation de la phase liquide 221, un troisième orifice dit d’extraction de phase gazeuse 41 et un quatrième orifice de sortie de phase gazeuse 53· On peut alors voir que l’orifice d’admission 110 et l’orifice de sortie de phase gazeuse 53, tous deux formés par le rassemblement des plaques l’une contre l’autre, sont situés sur un même côté du séparateur de phases 500. Plus précisément, l’orifice d’admission 110 est situé en dessous de l’orifice de sortie de phase gazeuse 53, selon l’axe Oz. ll est à noter que le diamètre de l’orifice d’admission 110 débouchant dans le conduit d’admission 1 est plus petit que le diamètre de l’orifice de sortie de phase gazeuse 53 débouchant dans le conduit d’extraction de phases gazeuse 5·
L’orifice d’évacuation de la phase liquide 221 débouchant dans le conduit de réserve 3 est ménagé dans la même plaque 520 que l’orifice d’extraction de phase gazeuse 41 débouchant dans le conduit d’extraction de phases gazeuse 5· Ces deux orifices 4b 221 présentent des dimensions sensiblement identiques, aux tolérances de fabrication près et sont alignés selon l’axe Oy. De plus, ces deux orifices 4b 221 sont situés au plus près d’un bord amont 501 des plaques 5'0> 520.
La figure 6B montre qu’un manchon d’entrée 70 est monté dans l’orifice d’admission 110. Ce manchon d’entrée 70 est donc débouchant dans le conduit d’admission 1. De la même manière, on peut voir qu’un manchon de sortie 80 est monté dans l’orifice de sortie de phase gazeuse 53· Ce manchon de sortie 80 est donc débouchant dans le conduit d’extraction de phase gazeuse 5· Ces manchons 70, 80 autorisent une liaison avec le milieu extérieur du séparateur de phases 500.
La figure 7A illustre l'association du séparateur de phases 500 tel que décrit précédemment à un échangeur de chaleur 600 tel qu’un évaporateur 60.
L’évaporateur 60, illustré également en figure 7B, est formé d'un ensemble de tôles 601, aussi appelées plaques, qui sont empilées par couple de deux tôles, face contre face, selon une direction d'empilement, colinéaire avec l’axe Ox. Un tel évaporateur 60 permet le refroidissement d’un flux d’air passant entre deux couples de tôles 601. Comme cela est représenté sur les figures 7A et 7B, le flux d’air à refroidir circule selon la direction suivie par la flèche F ou selon des directions colinéaires à cette flèche F. Le flux d’air est alors refroidi par le fluide réfrigérant 700 circulant entre deux tôles 601 d’un même couple.
Plus particulièrement, le fluide réfrigérant 700 sous forme liquide, est admis dans une boîte collectrice 620. Cette boîte collectrice 620 permet alors de répartir uniformément le fluide réfrigérant 700 dans une partie au moins de l’évaporateur 60. Le fluide réfrigérant 700 circulant dans l’évaporateur 60 passe par une ou plusieurs boîtes de renvoi 630 qui permettent de faire plusieurs passes de fluide réfrigérant 700 dans l’évaporateur 60 avant que celui-ci soit acheminé vers une boîte de sortie 640. En effet, une fois l’échange de chaleur réalisé avec le flux d’air, le fluide réfrigérant 700 sous forme gazeuse est admis dans la boîte de sortie 640. La boîte de sortie permet alors de canaliser le fluide réfrigérant 700 sous forme gazeuse et de le guider vers l’extérieur de l’évaporateur 60.
L’évaporateur 60 comprend donc un orifice d’entrée 62 débouchant dans la boîte collectrice 620 et un orifice de sortie 64 débouchant dans la boîte de sortie 64Ο· De préférence, ces deux orifices 620, 640 sont situés au plus près d’un bord amont 605 de l’évaporateur 60.
La figure 7B montre également que l’évaporateur 60 comprend une tôle d’extrémité, ou joue 615 destinée à supporter le séparateur de phases 5θθ· En effet, comme cela est illustré par la figure 7A, la deuxième plaque 520 du séparateur de phases 5θθ est plaquée contre la joue 615 de l’évaporateur 60. Le séparateur de phases 5θθ devient alors partie intégrante de cet évaporateur
60. Dans une variante particulièrement avantageuse, mais non exclusive, de réalisation de l'invention, cette deuxième plaque 520 constitue la joue 615, de l'évaporateur 600.
On comprend alors que l'orifice 221 d'évacuation de phase liquide ménagé dans la deuxième plaque 520 du séparateur de phases 500 est disposé en regard de l’orifice d’entrée 62 débouchant dans la boîte collectrice 620. De la même manière, l’orifice d’extraction de phase gazeuse 41 ménagé dans la deuxième plaque 520 du séparateur de phases 500 est disposé en regard de l’orifice de sortie 64 débouchant dans la boîte de sortie 640. Avantageusement, les orifices placés en regard les uns des autres présentent les mêmes formes et dimensions et présentent des axes coaxiaux.
Selon l'exemple de réalisation illustré par la figure 7A, la première plaque 510 et la deuxième plaque 520 du séparateur de phases 500 présentent des dimensions similaires à celles des tôles 601 formant l’évaporateur 600. Plus précisément, on voit que l’extension verticale 534 de la deuxième plaque 520 permet d’obturer la ou les boîtes de renvoi 630 situées dans une partie inférieure de l’évaporateur 60, la partie inférieure étant opposée au bord amont 605 selon l’axe Oz.
Ainsi, dans le cadre de l’intégration du séparateur de phases 500 à un échangeur de chaleur 600 du type évaporateur 60, le fluide réfrigérant 700 sous forme gazeuse résultant de l'échange de chaleur opéré dans l’évaporateur 60 est mélangé avec la phase gazeuse extraite du mélange diphasique entrant dans le séparateur de phases 500 via le manchon d’entrée 70. En effet, du fait de la localisation et de la configuration de l'orifice d'extraction de phase gazeuse 4b la phase gazeuse issue de l’évaporateur 60 est nécessairement conduite à se mélanger à la phase gazeuse issue de la séparation de phases opérée dans le volume de séparation 21 du séparateur de phases 500. Ces deux phases gazeuses sont nécessairement mélangées et acheminées par le conduit d’extraction de phase gazeuse 5> jusqu'au manchon de sortie 80 précédemment défini. Il est donc particulièrement simple d'associer un séparateur de phases 500 selon l'invention à un échangeur de chaleur 600 du type évaporateur 60.
De plus, l'intégration d'un tel ensemble formé par le séparateur de phases 500 et l’évaporateur 600 à un circuit 1000 de fluide réfrigérant d'un véhicule automobile s’en retrouve également simplifiée.
Tel qu'il vient d'être décrit, le séparateur de phases 500 selon l'invention permet de réaliser, dans un encombrement réduit, une séparation efficace de la phase liquide et de la phase gazeuse contenues dans le mélange diphasique d'un fluide réfrigérant 700 issu, par exemple, d'un détendeur 400 installé dans le circuit 1000 de fluide réfrigérant 700 d'un véhicule, notamment automobile. En outre, par sa configuration, un tel séparateur de phases 500 est d'une intégration aisée à un échangeur de chaleur 600 du type évaporateur.
L'invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés, et elle s'applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens. En particulier, si l'invention a été décrite et illustrée ici dans le cas particulier d'un séparateur de phases dont les plaques présentent sensiblement des formes générales de parallélépipèdes rectangle, elle s'applique également aux cas où les différentes plaques qui composent un tel séparateur présentent des formes sensiblement différentes les unes des autres, autres que celles de parallélépipèdes rectangle, dans la mesure où ces plaques délimitent entre elles un conduit d'admission 1 et un conduit de séparation 2 tels que décrits dans le présent document. De même, si l'invention a été ici décrite et illustrée selon une variante de réalisation dans laquelle les différents conduits et passages que le séparateur de phases 5θθ comporte présentent des formes sensiblement cylindriques, il va de soi que d'autres formes de conduits peuvent être envisagées sans que cela nuise à l'invention. De plus, l’appellation des conduits par les termes premier conduit, deuxième conduit, troisième conduit, quatrième conduit, cinquième conduit ou sixième conduit, permettant de les distinguer a été utilisée pour permettre une compréhension plus facile, ces appellations n’ont, bien entendu, aucun effet limitatif. Enfin, si le plan d'interface 55θ a été décrit ici contenant l'ensemble des axes principaux des différents conduits, volumes et passages du séparateur de phases 5θθ> il est également envisageable, sans que cela nuise à l'invention, que ce plan d’interface 55θ ne contienne qu’une partie des axes principaux des différents conduits, volumes et passages du séparateur de phases 5θθ· On entend par là que les plaques ne doivent pas nécessairement comprendre qu’une moitié des différents conduits, volumes et passages du séparateur de phases 5θθ·

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Séparateur de phases (5Οθ) liquide-gaz pour un fluide réfrigérant (7OO) comprenant au moins deux conduits (l, 2, 3> 4> 5> 6), dont un conduit d'admission (l) dit premier conduit, pour une admission du fluide réfrigérant (700) dans le séparateur de phases (5OO), et un conduit de séparation (2) dit deuxième conduit, caractérisé en ce qu’au moins le premier conduit (l) et le deuxième conduit (2) sont délimités par au moins deux plaques (510, 520), dont une première plaque (510, 520) et une deuxième plaque (510, 520), disposées l’une contre l’autre.
  2. 2. Séparateur de phases (500) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'admission (l) débouche dans le conduit de séparation (2) de telle manière que conduit d'admission (l) et conduit de séparation (2) forment deux branches d'un Y.
  3. 3. Séparateur de phases (500) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit d'admission (l) débouche dans le conduit de séparation (2) entre un volume de séparation liquide-gaz (2l) et un volume d'extraction de phase gazeuse (23) que comprend le conduit de séparation (2).
  4. 4. Séparateur de phases (500) selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de réserve de phase liquide (3) délimité entre les au moins deux plaques (510, 520) et en ce que le séparateur de phases (500) comprend un orifice d'évacuation de phase liquide (22l) débouchant dans le conduit de réserve (3)·
  5. 5. Séparateur de phases (500) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit de communication (4) mettant en communication le conduit de séparation (2) et le conduit de réserve (3)·
  6. 6. Séparateur de phases (500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'extraction de phase gazeuse (5) délimité par les au moins deux plaques (510, 520) et en ce que le séparateur de phases (500) comprend un orifice d'extraction de phase gazeuse (41) débouchant dans le conduit d'extraction de phase gazeuse (5).
  7. 7. Séparateur de phases (500) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le conduit de séparation (2) est en communication fluidique avec le conduit d'extraction de phase gazeuse (5) via un passage d'extraction de phase gazeuse (6).
  8. 8. Séparateur de phases (500) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le passage d’extraction de phase gazeuse (6) présente une section inférieure à la fois à une section du conduit de séparation (2) et à une section du conduit d'extraction de phase gazeuse (5).
  9. 9. Séparateur de phases (5Οθ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend quatre orifices (4L 221, 53, HO) avec deux orifices (41, 22l) ménagés dans l’une des deux plaques (510, 520) et deux orifices (53, HO) formés entre les deux plaques (510, 520).
    5
  10. 10. Echangeur de chaleur (6θθ) comprenant un empilement de tôles (60l) entre lesquels un fluide réfrigérant (700) est destiné à circuler, caractérisé en ce qu’il comprend un séparateur de phases (5θθ) défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5678422A (en) * 1994-11-01 1997-10-21 Nippondenso Co., Ltd. Refrigerant evaporator
WO2006095310A2 (fr) * 2005-03-09 2006-09-14 Arcelik Anonim Sirketi Dispositif de refroidissement et son separateur de phase
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