(19)
(11)EP 2 260 253 B1

(12)FASCICULE DE BREVET EUROPEEN

(45)Mention de la délivrance du brevet:
31.07.2019  Bulletin  2019/31

(21)Numéro de dépôt: 09721889.5

(22)Date de dépôt:  17.03.2009
(51)Int. Cl.: 
F28D 7/04(2006.01)
F25B 40/00(2006.01)
F28D 7/00(2006.01)
F28F 9/02(2006.01)
(86)Numéro de dépôt:
PCT/EP2009/001932
(87)Numéro de publication internationale:
WO 2009/115284 (24.09.2009 Gazette  2009/39)

(54)

ENSEMBLE INTÉGRÉ DE CLIMATISATION COMPRENANT UN ÉCHANGEUR DE CHALEUR INTERNE

INTEGRIERTE KLIMATISIERUNSGANORDNUNG MIT EINEM INNEREN WÄRMETAUSCHER

INTEGRATED AIR-CONDITIONING ASSEMBLY INCLUDING AN INTERNAL HEAT EXCHANGER


(84)Etats contractants désignés:
AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

(30)Priorité: 20.03.2008 FR 0801546

(43)Date de publication de la demande:
15.12.2010  Bulletin  2010/50

(73)Titulaire: Valeo Systèmes Thermiques
78321 Le Mesnil St Denis (FR)

(72)Inventeurs:
  • BELLENFANT, Aurélie
    F-72210 Roeze sur Sarthe (FR)
  • LEMEE, Jimmy
    F-72380 St Jean d'Asse (FR)
  • RENAULT, Lionel
    F-72650 Aigne (FR)
  • BERNARD, Frédéric
    F-72340 Ferce sur Sarthe (FR)


(56)Documents cités: : 
EP-A- 0 061 779
WO-A-01/57454
DE-A1- 3 634 871
JP-A- 2002 107 069
US-A1- 2002 083 733
EP-A- 0 529 819
WO-A-2007/136379
JP-A- 2000 346 584
JP-A- 2007 178 115
  
      
    Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen).


    Description


    [0001] La présente invention concerne un ensemble intégré pour circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant, et un circuit de climatisation comportant un tel ensemble intégré.

    [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des circuits de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant supercritique, comme le dioxyde de carbone (CO2).

    [0003] Les circuits de climatisation de ce type comprennent généralement un compresseur, un refroidisseur de gaz, un échangeur interne, un détendeur, un évaporateur et un accumulateur. Le fluide réfrigérant porté à haute pression par le compresseur est envoyé vers le refroidisseur de gaz pour y être refroidi. Le fluide à haute pression issu du refroidisseur circule ensuite dans une première branche de l'échangeur interne, puis est détendu par le détendeur. Le fluide à basse pression traverse alors l'évaporateur, puis l'accumulateur avant de circuler dans une seconde branche de l'échangeur interne. Le fluide réfrigérant retourne ensuite vers le compresseur pour subir un nouveau cycle.

    [0004] Dans l'échangeur interne, le fluide chaud à haute pression circulant dans la première branche échange de la chaleur avec le fluide froid à basse pression circulant dans la seconde branche.

    [0005] L'accumulateur disposé en sortie de l'évaporateur est prévu pour stocker l'excédent de liquide présent dans le fluide froid à basse pression sortant de l'évaporateur. Cet accumulateur se présente généralement sous la forme d'un réservoir adapté pour séparer la partie liquide du fluide réfrigérant de la partie gazeuse. L'accumulateur envoie la partie gazeuse du fluide réfrigérant à basse température vers le compresseur après avoir traversé l'échangeur interne.

    [0006] Parmi les nombreux échangeurs internes connus, on peut citer celui qui, associé à un accumulateur horizontal, constitue l'ensemble intégré décrit dans la demande de brevet français n° 2 752 921. Dans cet ensemble intégré, l'échangeur interne présente une forme générale de spirale. Un écartement est prévu entre les enroulements de l'échangeur interne pour permettre la circulation du fluide froid, tandis que le fluide chaud circule à l'intérieur du tube enroulé en spirale dans des canaux parallèles disposés perpendiculairement à l'axe du tube.

    [0007] Cette solution implique cependant d'aménager un espace entre chaque enroulement pour créer le canal du fluide à basse pression. Elle génère par conséquent un encombrement diamétral important.

    [0008] Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé un échangeur de chaleur pour circuit de climatisation, comprenant un tube délimitant un parcours pour la circulation d'un fluide, appelé haute pression, et d'un second fluide, appelé basse pression, le tube étant enroulé autour d'un axe de manière à définir des enroulements successifs.

    [0009] Il est prévu par ailleurs dans cet échangeur que les enroulements successifs du tube sont étroitement serrés entre eux de manière à délimiter des canaux, dits secondaires, étanches pour la circulation du second fluide, ces canaux secondaires se situant entre des zones saillantes du tube. Le tube présente également des canaux, dits principaux, aménagés dans les zones saillantes, destinés à être traversés par le premier fluide.

    [0010] Cet échangeur de chaleur connu comporte un noyau interne de forme sensiblement cylindrique placé au centre du tube et constitué de plusieurs éléments imbriqués qui assurent, à la fois, l'enroulement du tube, l'évacuation du premier fluide en sortie des canaux principaux et l'alimentation en second fluide à l'entrée des canaux secondaires.

    [0011] Toutefois, cette solution nécessite la mise en oeuvre d'un noyau interne relativement complexe.

    [0012] Aussi, un but de l'invention est de proposer un ensemble intégré pour circuit de climatisation comprenant un échangeur de chaleur, qui permettrait notamment de simplifier l'architecture de l'échangeur connu précité au niveau de la sortie du premier fluide et de l'entrée du second fluide.

    [0013] US2002/0083733A a divulgué un accumulateur avec échangeur de chaleur interne pour utilisation dans un système de climatisation ou de réfrigération ayant un compresseur, un condenseur, un dispositif d'expansion et un évaporateur. Dans un cas, l'échangeur de chaleur comprend un tube ayant au moins un canal haute température et un canal basse température s'étendant à travers l'intérieur du tube. Dans un deuxième cas, l'échangeur de chaleur comprend un seul tube coaxial enroulé en spirale comportant un tube extérieur et un tube intérieur positionnés à l'intérieur du tube extérieur.

    [0014] JP2002107069A divulgue un tube de transfert de chaleur du réfrigérant et un canal d'eau mis en contact thermique l'un avec l'autre, afin d'échanger la chaleur entre le réfrigérant et l'eau. Le tube de transfert de chaleur du fluide frigorigène comprend une pluralité de voies d'écoulement à microcanaux. Ainsi, le contact thermique peut être maintenu facilement, tout en empêchant la déformation du tube de transfert thermique du fluide frigorigène, même si le fluide frigorigène est à haute pression.

    [0015] Aussi, parmi les nombreux échangeurs internes connus, on peut citer celui qui, associé à un accumulateur horizontal, constitue l'ensemble intégré décrit dans la demande de brevet français n° 2 752 921. Dans cet ensemble intégré, l'échangeur interne présente une forme générale de spirale. Un écartement est prévu entre les enroulements de l'échangeur interne pour permettre la circulation du fluide froid, tandis que le fluide chaud circule à l'intérieur du tube enroulé en spirale dans des canaux parallèles disposés perpendiculairement à l'axe du tube.

    [0016] Cette solution implique cependant d'aménager un espace entre chaque enroulement pour créer le canal du fluide à basse pression. Elle génère par conséquent un encombrement diamétral important.

    [0017] Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé un échangeur de chaleur pour circuit de climatisation, comprenant un tube délimitant un parcours pour la circulation d'un fluide, appelé haute pression, et d'un second fluide, appelé basse pression, le tube étant enroulé autour d'un axe de manière à définir des enroulements successifs.

    [0018] Il est prévu par ailleurs dans cet échangeur que les enroulements successifs du tube sont étroitement serrés entre eux de manière à délimiter des canaux, dits secondaires, étanches pour la circulation du second fluide, ces canaux secondaires se situant entre des zones saillantes du tube. Le tube présente également des canaux, dits principaux, aménagés dans les zones saillantes, destinés à être traversés par le premier fluide.

    [0019] Cet échangeur de chaleur connu comporte un noyau interne de forme sensiblement cylindrique placé au centre du tube et constitué de plusieurs éléments imbriqués qui assurent, à la fois, l'enroulement du tube, l'évacuation du premier fluide en sortie des canaux principaux et l'alimentation en second fluide à l'entrée des canaux secondaires.

    [0020] Toutefois, cette solution nécessite la mise en oeuvre d'un noyau interne relativement complexe.

    [0021] Aussi, un but de l'invention est de proposer un ensemble intégré pour circuit de climatisation comprenant un échangeur de chaleur, qui permettrait notamment de simplifier l'architecture de l'échangeur connu précité au niveau de la sortie du premier fluide et de l'entrée du second fluide.

    [0022] Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un ensemble intégré pour circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant selon la revendication 1.

    [0023] L'ensemble intégré inclut un échangeur de chaleur comprenant un premier tube délimitant un parcours pour la circulation d'un premier fluide, appelé fluide haute pression, ledit premier tube étant enroulé en spirale autour d'un axe, dit axe de l'échangeur, remarquable en ce que ledit échangeur de chaleur comprend en outre deux second tubes délimitant un parcours pour la circulation d'un second fluide, appelé fluide basse pression, lesdits seconds tubes étant accolés à une face respective du premier tube et enroulé en spirale avec ledit premier tube autour dudit axe.

    [0024] Ainsi, comme on le verra en détail plus loin, du fait que le premier et le second fluides circulent dans des tubes indépendants, il est possible de séparer la sortie du premier tube et l'entrée du second tube et donc de prévoir des moyens indépendants d'évacuation du premier fluide et d'alimentation du second fluide, au lieu d'avoir recours à une pièce complexe unique assurant simultanément ces deux fonctions.

    [0025] Ledit premier fluide est un fluide à haute pression et ledit second fluide un fluide à basse pression. Lesdits premier et second fluides sont constitués par un même fluide réfrigérant, notamment un fluide supercritique.

    [0026] Ledit premier tube comporte une pluralité de canaux principaux parallèles délimitant chacun un parcours de circulation du premier fluide en spirale autour de l'axe de l'échangeur. Avantageusement, lesdits canaux principaux présentent une section sensiblement circulaire pour une meilleure résistance à la pression du premier tube dans lequel circule le premier fluide à haute pression.

    [0027] Lesdits second tubes comportent une pluralité de canaux secondaires parallèles délimitant chacun un parcours de circulation du second fluide en spirale autour de l'axe de l'échangeur. Avantageusement lesdits canaux secondaires présentent une section sensiblement rectangulaire pour une meilleure surface d'échange de chaleur entre le second fluide à basse pression circulant dans le second tube et le premier fluide à haute pression circulant dans le premier tube.

    [0028] L'échangeur de chaleur comprend deux seconds tubes accolés respectivement à une face du premier tube.

    [0029] Ce mode de réalisation permet en effet d'obtenir, grâce à l'augmentation des sections de passage offertes au second fluide, une diminution de la perte de charge dans la seconde branche de l'échangeur, celle dans laquelle circule le second fluide à basse pression.

    [0030] Ledit ensemble intégré comporte un boîtier dans lequel est logé l'échangeur de chaleur interne entre un couvercle et un fond, ledit fond étant muni d'un orifice d'entrée du second fluide à l'intérieur des enroulements constitués par lesdits premier et second tubes.

    [0031] Ledit boîtier comprend à l'intérieur une tubulure secondaire d'entrée dudit fluide, parallèle à l'axe de l'échangeur et dont une extrémité communique avec ledit orifice de sortie à travers ledit fond, et une tubulure secondaire de sortie du fluide, parallèle à l'axe de l'échangeur et comportant une ouverture de sortie.

    [0032] Ledit ensemble intégré comporte un accumulateur raccordé au fond dudit ensemble intégré, dans lequel débouche ladite tubulure secondaire d'entrée de manière à communiquer avec ledit orifice de sortie.

    [0033] Selon une première variante, les tubulures principales et les tubulures secondaires sont agencées pour réaliser une circulation du premier fluide dans le premier tube à co-courant avec la circulation du second fluide dans le second tube.

    [0034] Selon une deuxième variante, les tubulures principales et les tubulures secondaires sont agencées pour réaliser une circulation du premier fluide dans le premier tube à contre-courant avec la circulation du second fluide dans le second tube.

    [0035] L'invention concerne enfin un circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant, comprenant un compresseur, un refroidisseur de gaz, un détendeur et un évaporateur, remarquable en ce que ledit circuit de climatisation comporte un élément intégré selon l'invention, la tubulure principale d'entrée étant reliée au refroidisseur de gaz et la tubulure principale de sortie étant reliée au détendeur, tandis que la tubulure secondaire d'entrée est reliée à l'évaporateur et la tubulure secondaire de sortie est reliée au compresseur.

    [0036] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.

    La figure 1 est un schéma d'un circuit de climatisation conforme à l'invention.

    La figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un ensemble intégré pour le circuit de climatisation de la figure 1.

    La figure 3 est une vue de dessus de l'ensemble intégré de la figure 2.

    La figure 4 est une vue schématique en perspective du dispositif d'échange de chaleur de l'ensemble intégré des figures 2 et 3.



    [0037] Sur la figure 1 est représenté un circuit 10 de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant, en particulier un fluide réfrigérant supercritique, par exemple du dioxyde de carbone (CO2).

    [0038] Le circuit 10 de climatisation peut être installé dans un véhicule automobile pour refroidir l'air de l'habitacle, en fonction des besoins des passagers.

    [0039] Un tel circuit de climatisation fonctionnant selon un cycle réfrigérant supercritique comprend pour l'essentiel un compresseur 14, un refroidisseur de gaz 11 associé à un ventilateur 16, un échangeur interne 9 de chaleur, un détendeur 12, un évaporateur 13, et un accumulateur 17.

    [0040] Le compresseur 14 comprime le fluide réfrigérant jusqu'à une pression de décharge, dite haute pression. Le fluide traverse ensuite le refroidisseur de gaz 11 où il subit un refroidissement en phase gazeuse sous haute pression. Au cours de ce refroidissement, le fluide n'est pas condensé contrairement aux circuits de climatisation qui utilisent des composés fluorés comme fluide réfrigérant.

    [0041] Le fluide ainsi refroidi par le refroidisseur de gaz 11 circule ensuite dans une première branche 90 de l'échangeur interne 9 de chaleur, dite branche "chaude", pour y être encore refroidi. Le fluide passe ensuite dans le détendeur 12 qui abaisse sa pression, en l'amenant au moins en partie à l'état liquide.

    [0042] Le fluide traversant l'évaporateur 13 passe alors à l'état gazeux sous pression constante. L'échange de chaleur dans l'évaporateur 13 permet de produire un flux d'air climatisé qui est envoyé vers l'habitacle du véhicule.

    [0043] Généralement, le fluide réfrigérant qui sort de l'évaporateur n'est pas entièrement vaporisé. L'accumulateur 17 est prévu en sortie de l'évaporateur 13 pour stocker l'excédent de liquide encore contenu dans le fluide. Les accumulateurs classiques se présentent sous la forme d'un réservoir adapté pour séparer la partie liquide du fluide réfrigérant de la partie gazeuse.

    [0044] L'accumulateur 17 envoie ensuite la partie gazeuse du fluide réfrigérant à basse température dans une seconde branche 92 de l'échangeur interne 9 de chaleur, dite branche "froide", pour un échange de chaleur avec le fluide réfrigérant à haute température circulant dans la branche "chaude" 90.

    [0045] Comme l'indique la figure 1, l'accumulateur 17 et l'échangeur interne 9 de chaleur sont réunis en un seul composant 100. On parle alors d'« ensemble intégré ».

    [0046] La figure 2 montre un tel ensemble intégré 100 comprenant, dans un même boîtier 130, un accumulateur 17 surmonté d'un échangeur interne 9 de chaleur.

    [0047] L'échangeur interne 9 de la figure 2 est essentiellement organisé autour d'un dispositif 140 d'échange de chaleur entre le fluide haute pression et le fluide basse pression.

    [0048] Conformément à la figure 3, ce dispositif 140 comprend un premier tube 110 qui délimite un parcours pour la circulation du fluide à haute pression, ce premier tube 110 étant enroulé en spirale autour d'un axe A qui sera dénommé dans la suite axe de l'échangeur. Le dispositif 140 d'échange de chaleur comprend en outre deux seconds tubes 120a, 120b délimitant chacun un parcours pour la circulation du second fluide à basse pression. Ces seconds tubes sont accolés à une face respective du premier tube 110 et enroulés en spirale simultanément avec ledit premier tube autour de l'axe A de l'échangeur interne 9. A chaque enroulement, la paroi interne du second tube interne 120a peut venir en contact avec la paroi externe du second tube externe 120b. Le fluide réfrigérant est identique dans le premier tube 110 et dans le deuxième tube 120a, 120b à l'exception de son niveau de pression. En effet, ce fluide est soumis à une pression (dite haute pression) dans le premier tube 110 supérieure à la pression (dite basse pression) du fluide dans le deuxième tube 120a, 120b.

    [0049] En d'autres termes, le premier tube 110 haute pression est pris « en sandwich » entre les deux seconds tubes 120a, 120b basse pression de sorte à favoriser une échange entre le fluide haute pression et le fluide basse pression.

    [0050] La manière dont sont disposés les différents tubes les uns par rapport aux autres au sein du dispositif 140 d'échange de chaleur est également illustrée sur la figure 4.

    [0051] En pratique, les tubes 110, 120a, 120b peuvent être extrudés et accolés entre eux par brasage ou collage.

    [0052] La circulation du fluide à haute pression dans le premier tube 110 est assurée par une pluralité de canaux principaux parallèles délimitant chacun un parcours de circulation du fluide à haute pression en spirale autour de l'axe A de l'échangeur. Ces canaux principaux sont contenus dans des plans successifs perpendiculaires à l'axe A. Bien qu'ils ne soient pas représentés sur les figures, on trouvera dans la demande de brevet français n° 2 752 921 une description d'une structure de tels canaux principaux.

    [0053] Avantageusement, lesdits canaux principaux présentent une section sensiblement circulaire, ceci afin d'offrir une meilleure résistance à la pression.

    [0054] Cette même structure de canaux peut également être mise en oeuvre pour réaliser dans chaque second tube 120a, 120b des canaux secondaires délimitant chacun un parcours de circulation du fluide à basse pression en spirale autour de l'axe A de l'échangeur, ces canaux principaux étant contenus dans des plans successifs perpendiculaires à l'axe A.

    [0055] Avantageusement, lesdits canaux secondaires présentent une section sensiblement rectangulaire, ceci afin, d'une part, d'offrir une plus grande surface d'échange de chaleur avec le premier tube 110 et, d'autre part, de réduire la perte de charge le long du parcours suivi par le fluide à basse pression en rendant maximum la section utile de passage du fluide à travers les seconds tubes 120a, 120b.

    [0056] Ainsi que le montrent plus particulièrement les figures 3 et 4, les canaux principaux du premier tube 110 s'étendent entre une tubulure principale 111 d'entrée apte à recevoir le fluide à haute pression provenant du refroidisseur de gaz 11 du circuit de climatisation, et une tubulure principale 112 de sortie apte à délivrer le fluide à haute pression à l'extérieur de l'échangeur, notamment vers le détendeur 12 du circuit de climatisation. Ces tubulures principales 111, 112 ont une forme sensiblement cylindrique d'axe parallèle à l'axe A de l'échangeur et présentent respectivement une ouverture 113, 114, représentée sur les figures 3 et 4, apte à recevoir l'une des extrémités du premier tube 110.

    [0057] Les tubulures principales 111, 112 ne sont pas en contact avec les faces internes ou externes des seconds tubes 120a, 120b.

    [0058] En pratique, les tubulures principales 111, 112 sont brasées ou collées aux extrémités du premier tube 110. De même, on peut voir sur les figures 2 et 4 que les tubulures principales 111, 112 sont obturées à l'une de leurs extrémités par des bouchons 115, 116, ces derniers sont réalisés par l'intermédiaire d'obturateur rapporté ou directement intégré à la tubulure 111 ou 112 par exemple par un pliage et un brasage de l'extrémité.

    [0059] Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, le dispositif 140 d'échange de chaleur muni des tubulures principales 111, 112 est logé à l'intérieur du boîtier 130 entre un couvercle 150 et un fond 160. Dans cet espace sont également logées les tubulures secondaires 121, 122 destinées à contrôler la circulation du fluide à basse pression dans l'échangeur interne 9.

    [0060] Plus précisément, il est prévu une tubulure secondaire 121 d'entrée du fluide à basse pression, parallèle à l'axe A de l'échangeur, destinée à recevoir le fluide à basse pression provenant de l'évaporateur 13 du circuit de climatisation, et à le faire passer dans l'accumulateur 17 en traversant le fond 160 de l'échangeur. Le fluide à basse pression débarrassé de sa phase liquide ressort de l'accumulateur 17 par un orifice 161a, 161b d'entrée du fluide à basse pression dans le dispositif 140 d'échange de chaleur, à l'intérieur des enroulements constitués par le premier tube 110 et les seconds tubes 120a, 120b.

    [0061] Après avoir circulé dans les deux seconds tubes 120a, 120b et y avoir échangé de la chaleur avec le fluide à haute pression circulant dans le premier tube 110, le fluide à basse pression débouche des canaux secondaires dans le boîtier 130 où il est recueilli par une tubulure secondaire 122 de sortie munie d'une ouverture 123. Le fluide à basse pression est ensuite entraîné à travers la tubulure secondaire 122 de sortie à l'extérieur de l'échangeur en direction du compresseur 14 du circuit de climatisation.

    [0062] Dans le mode de réalisation de la figure 2, le fond 160 comprend deux plaques 160a, 160b.

    [0063] La plaque 160a, dite plaque supérieure de fond, comporte des trous 163a, 164a sur lesquels sont brasées respectivement la tubulure secondaire 122 de sortie du fluide à basse pression et la tubulure principale 111 d'entrée du fluide à haute pression. Un autre trou référencé 162a est pratiqué dans la plaque supérieure de fond 160a au travers duquel passe la tubulure secondaire 121 d'entrée du fluide à basse pression. Au niveau de ce trou, deux variantes sont possibles : l'une dans laquelle la tubulure secondaire 121 est brasée sur la plaque 160a au niveau du trou et une autre ou la tubulure secondaire 121 n'est pas reliée mécaniquement à la plaque 160a. Un autre trou 161a situé sensiblement au centre des enroulements des tubes participe à l'orifice d'entrée du fluide à basse pression dans le dispositif 140 d'échange de chaleur.

    [0064] La plaque 160b, dite plaque inférieure de fond, comporte un trou 162b pour le passage de la tubulure secondaire 121 d'entrée du fluide à basse pression, un trou 164b pour le logement du bouchon 115 de la tubulure principale 111 d'entrée du fluide à haute pression et un trou 161b constituant avec le trou 161a de la plaque supérieure 160a de fond l'orifice du fluide à basse pression. La tubulure secondaire 122 de sortie du fluide à basse pression vient simplement en appui contre la plaque inférieure 160b de fond.

    [0065] De même, le couvercle 150 de l'échangeur est constitué de deux plaques référencées 150a, 150b.

    [0066] La plaque 150a, dite plaque inférieure de couvercle, comporte quatre trous 151a, 152a, 153a, 154a sur lesquels sont respectivement brasées la tubulure principale 112 de sortie du fluide à haute pression, la tubulure secondaire 121 d'entrée du fluide à basse pression, la tubulure secondaire 122 de sortie du fluide à basse pression, et la tubulure principale 111 d'entrée du fluide à haute pression.

    [0067] La plaque 150b, dite plaque supérieure de couvercle, permet de lier les entrées/sorties des fluides à haute et basse pression de l'échangeur interne 9 aux entrées/sorties correspondantes côté utilisateur qui sont localisées sur un bouchon 170 pouvant être fixé sur des plots 151b, 152b de la plaque supérieure 150b de couvercle au moyen de vis traversant des trous 171, 172 du bouchon 170. En variante, le lien entre le bouchon 170 et la plaque supérieure 150b est effectué par un brasage au niveau des plots 151b et 152b.

    [0068] On peut voir sur l'exemple de réalisation de la figure 3 que le fluide à haute pression et le fluide à basse pression circulent dans leur tube respectif à contre-courant. Il est cependant possible d'envisager une circulation à co-courant. Il suffit pour cela d'inverser les rôles des tubulures principales 111, 112 et de faire pénétrer le fluide à haute pression dans le premier tube 110 par la tubulure principale 112 et le récupérer en sortie du premier tube 110 par la tubulure principale 111.

    [0069] C'est l'accumulateur qui délimite le boîtier 130 de l'ensemble intégré, ce boîtier présentant la forme d'une cuve où la partie basse délimite une chambre de réception du fluide soumis à basse pression, cette partie basse se prolongeant au droit de l'échangeur interne pour se terminer par une zone de chevauchement avec le bouchon 170, ce dernier rentrant dans l'accumulateur. On comprend donc que l'ensemble intégré selon l'invention est complètement intégré avec l'accumulateur.

    [0070] La description ci-dessus identifie un premier fluide et un second fluide mais il est apparent que dans une forme préférée de l'invention, ce fluide est identique et circule en boucle fermée dans ce qui constitue le circuit de climatisation selon l'invention.


    Revendications

    1. Ensemble intégré pour circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant, ledit ensemble intégré (100) comportant un boîtier (130) dans lequel est logé un échangeur de chaleur interne (9) comprenant un premier tube (110) délimitant un parcours pour la circulation d'un fluide, ledit premier tube étant enroulé en spirale autour d'un axe (A), dit axe de l'échangeur, ledit échangeur (9) de chaleur comprenant deux seconds tubes (120a, 120b) délimitant un parcours pour la circulation du fluide, lesdits seconds tubes (120a, 120b) étant accolés à une face respective du premier tube (110) et enroulés en spirale avec ledit premier tube (110) autour dudit axe (A), ledit échangeur de chaleur interne (9) étant logé entre un couvercle (150) et un fond (160), ledit fond étant muni d'un orifice (161a, 161b) d'entrée du fluide à l'intérieur des enroulements constitués par lesdits premier (110) et seconds tubes (120a, 120b),
    ledit premier tube (110) comportant une pluralité de canaux principaux parallèles délimitant chacun un parcours de circulation du fluide en spirale autour de l'axe (A) de l'échangeur, lesdits second tubes (120a, 120b) comportant une pluralité de canaux secondaires parallèles délimitant chacun un parcours de circulation du fluide en spirale autour de l'axe (A) de l'échangeur, le fluide étant identique dans le premier tube (110) et dans les seconds tubes (120a, 120b) et soumis à une pression dans le premier tube (110) supérieure à la pression du fluide dans les second tubes (120a, 120b),
    ledit échangeur de chaleur interne (9) comprenant une tubulure principale (111) d'entrée apte à recevoir ledit fluide, et une tubulure principale (112) de sortie apte à délivrer ledit fluide à l'extérieur de l'échangeur, lesdits canaux principaux s'étendant entre la tubulure principale d'entrée (111) et la tubulure principale de sortie (112), au moins une des tubulures principales (111, 112) ayant une forme sensiblement cylindrique d'axe parallèle à l'axe (A) de l'échangeur, et présentant une ouverture (113, 114) apte à recevoir une extrémité du premier tube (110), ledit boîtier comportant à l'intérieur une tubulure secondaire (121) d'entrée dudit fluide, parallèle à l'axe (A) de l'échangeur et dont une extrémité communique avec ledit orifice (161a, 161b) de sortie à travers ledit fond (160), et une tubulure secondaire (122) de sortie du fluide, parallèle à l'axe (A) de l'échangeur et comportant une ouverture (123) de sortie,
    ledit ensemble intégré (100) comprenant un accumulateur (17) raccordé au fond (160) dudit ensemble intégré (9), dans lequel débouche ladite tubulure secondaire (121) d'entrée de manière à communiquer avec ledit orifice (161a, 161b) de sortie, ledit boîtier (130) s'étendant dans le prolongement de l'échangeur de chaleur interne (9) après le fond (160) et comportant une chambre de réception du fluide à basse pression.
     
    2. Ensemble intégré pour circuit de climatisation selon la revendication 1, dans lequel lesdits canaux principaux présentent une section sensiblement circulaire.
     
    3. Ensemble intégré pour circuit de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel lesdits canaux secondaires présentent une section sensiblement rectangulaire.
     
    4. Ensemble intégré pour circuit de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits premier (110) et second tubes (120a, 120b) sont extrudés.
     
    5. Ensemble intégré pour circuit de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits premier (110) et second tubes (120a, 120b) sont accolés par brasage ou collage.
     
    6. Ensemble intégré selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les tubulures principales (111, 112) et les tubulures secondaires (121, 122) sont agencées pour réaliser une circulation du fluide dans le premier tube (110) à co-courant avec la circulation du fluide dans le second tube (120a, 120b).
     
    7. Ensemble intégré selon la revendication 6, dans lequel les tubulures principales (111, 112) et les tubulures secondaires (121, 122) sont agencées pour réaliser une circulation du fluide dans le premier tube (110) à contre-courant avec la circulation du fluide dans le second tube (120a, 120b).
     
    8. Ensemble intégré selon la revendication 7, dans lequel ledit fluide à haute pression et ledit fluide à basse pression sont constitués par un même fluide réfrigérant.
     
    9. Ensemble intégré selon la revendication 8, dans laquelle ledit fluide réfrigérant est un fluide supercritique.
     
    10. Circuit de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant, comprenant un compresseur (14), un refroidisseur de gaz (11), un détendeur (12) et un évaporateur (13), caractérisé en ce que ledit circuit (10) de climatisation comporte un élément intégré (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, la tubulure principale (111) d'entrée étant reliée au refroidisseur de gaz (11) et la tubulure principale (112) de sortie étant reliée au détendeur (12), tandis qu'une tubulure secondaire (121) d'entrée est reliée à l'évaporateur (13) et la tubulure secondaire (122) de sortie est reliée au compresseur (14).
     


    Ansprüche

    1. Integrierte Einheit für einen mit einem Kühlfluid arbeitenden Klimatisierungskreislauf, wobei die integrierte Einheit (100) ein Gehäuse (130) aufweist, in dem ein innerer Wärmetauscher (9) untergebracht ist, der ein erstes Rohr (110) enthält, das einen Weg für die Strömung eines Fluids begrenzt, wobei das erste Rohr spiralförmig um eine Achse des Tauschers genannte Achse (A) gewickelt ist, wobei der Wärmetauscher (9) zwei zweite Rohre (120a, 120b) enthält, die einen Weg für die Strömung des Fluids begrenzen, wobei die zweiten Rohre (120a, 120b) an eine jeweilige Seite des ersten Rohrs (110) angefügt und mit dem ersten Rohr (110) spiralförmig um die Achse (A) gewickelt sind, wobei der innere Wärmetauscher (9) zwischen einem Deckel (150) und einem Boden (160) untergebracht ist, wobei der Boden mit einer Eingangsöffnung (161a, 161b) des Fluids ins Innere der von den ersten (110) und zweiten Rohren (120a, 120b) gebildeten Wicklungen versehen ist, wobei das erste Rohr (110) eine Vielzahl von parallelen Hauptkanälen aufweist, die je einen Strömungsweg des Fluids spiralförmig um die Achse (A) des Tauschers herum begrenzen, wobei die zweiten Rohre (120a, 120b) eine Vielzahl von parallelen Nebenkanälen aufweisen, die je einen Strömungsweg des Fluids spiralförmig um die Achse (A) des Tauschers herum begrenzen, wobei das Fluid im ersten Rohr (110) und in den zweiten Rohren (120a, 120b) gleich und im ersten Rohr (110) einem Druck ausgesetzt ist, der höher ist als der Druck des Fluids in den zweiten Rohren (120a, 120b), wobei der innere Wärmetauscher (9) einen Haupteingangsstutzen (111), der das Fluid aufnehmen kann, und einen Hauptausgangsstutzen (112) enthält, der das Fluid nach außerhalb des Tauschers liefern kann, wobei die Hauptkanäle sich zwischen dem Haupteingangsstutzen (111) und dem Hauptausgangsstutzen (112) erstrecken, wobei mindestens einer der Hauptstutzen (111, 112) eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer Achse parallel zur Achse (A) des Tauschers hat und eine Öffnung (113, 114) aufweist, die ein Ende des ersten Rohrs (110) aufnehmen kann, wobei das Gehäuse innen einen Nebeneingangsstutzen (121) des Fluids parallel zur Achse (A) des Tauschers und von dem ein Ende mit der Ausgangsöffnung (161a, 161b) durch den Boden (160) hindurch in Verbindung steht, und einen Nebenausgangsstutzen (122) des Fluids parallel zur Achse (A) des Tauschers und eine Ausgangsöffnung (123) aufweisend aufweist, wobei die integrierte Einheit (100) einen Akkumulator (17) enthält, der an den Boden (160) der integrierten Einheit (9) angeschlossen ist, in den der Nebeneingangsstutzen (121) mündet, um mit der Ausgangsöffnung (161a, 161b) in Verbindung zu treten, wobei das Gehäuse (130) sich in der Verlängerung des inneren Wärmetauschers (9) nach dem Boden (160) erstreckt und eine Aufnahmekammer des Fluids auf niederem Druck aufweist.
     
    2. Integrierte Einheit für einen Klimatisierungskreislauf nach Anspruch 1, wobei die Hauptkanäle einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
     
    3. Integrierte Einheit für einen Klimatisierungskreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Nebenkanäle einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen.
     
    4. Integrierte Einheit für einen Klimatisierungskreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten (110) und zweiten Rohre (120a, 120b) extrudiert werden.
     
    5. Integrierte Einheit für einen Klimatisierungskreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten (110) und zweiten Rohre (120a, 120b) durch Löten oder Kleben angefügt werden.
     
    6. Integrierte Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hauptstutzen (111, 112) und die Nebenstutzen (121, 122) eingerichtet sind, um eine Strömung des Fluids im ersten Rohr (110) im Gleichstrom mit der Strömung des Fluids im zweiten Rohr (120a, 120b) herzustellen.
     
    7. Integrierte Einheit nach Anspruch 6, wobei die Hauptstutzen (111, 112) und die Nebenstutzen (121, 122) eingerichtet sind, um eine Strömung des Fluids im ersten Rohr (110) im Gegenstrom zur Strömung des Fluids im zweiten Rohr (120a, 120b) herzustellen.
     
    8. Integrierte Einheit nach Anspruch 7, wobei das Hochdruckfluid und das Niederdruckfluid aus dem gleichen Kühlfluid bestehen.
     
    9. Integrierte Einheit nach Anspruch 8, wobei das Kühlfluid ein überkritisches Fluid ist.
     
    10. Klimatisierungskreislauf, der mit einem Kühlfluid arbeitet, der einen Kompressor (14), einen Gaskühler (11), ein Expansionsventil (12) und einen Verdampfer (13) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Klimatisierungskreislauf (10) ein integriertes Element (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wobei der Haupteingangsstutzen (111) mit dem Gaskühler (11) und der Hauptausgangsstutzen (112) mit dem Expansionsventil (12) verbunden ist, während ein Nebeneingangsstutzen (121) mit dem Verdampfer (13) und der Nebenausgangsstutzen (122) mit dem Kompressor (14) verbunden ist.
     


    Claims

    1. Integrated assembly for an air-conditioning circuit operating using a refrigerant fluid, the said integrated assembly (100) comprising a housing (130) in which there is housed an internal heat exchanger (9) comprising a first tube (110) delimiting a path for the circulation of a fluid, the said first tube being wound in a spiral about an axis (A) referred to as the exchanger axis, the said heat exchanger (9) comprising two second tubes (120a, 120b) delimiting a path for the circulation of the fluid, the said second tubes (120a, 120b) backing onto a respective face of the first tube (110) and being wound in a spiral with the said first tube (110) about the said axis (A), the said internal heat exchanger (9) being housed between a cover (150) and a bottom (160), the said bottom being equipped with a fluid inlet orifice (161a, 161b) admitting fluid into the coils made up of the said first (110) and second (120a, 120b) tubes, the said first tube (110) comprising a plurality of parallel main channels each one delimiting a path for the circulation of the fluid in a spiral about the axis (A) of the exchanger, the said second tubes (120a, 120b) comprising a plurality of parallel secondary channels each delimiting a path for the circulation of the fluid in the spiral about the axis (A) of the exchanger, the fluid in the first tube (110) and in the second tubes (120a, 120b) being identical and subjected in the first tube (110) to a pressure higher than the pressure of the fluid in the second tubes (120a, 120b), the said internal heat exchanger (9) comprising a main inlet nozzle (111) able to receive the said fluid and a main outlet nozzle (112) able to deliver the said fluid out of the exchanger, the said main channels extending between the main inlet nozzle (111) and the main outlet nozzle (112), at least one of the main nozzles (111, 112) having a substantially cylindrical shape of axis parallel to the axis (A) of the exchanger, and having an opening (113, 114) able to accept one end of the first tube (110), the said housing containing inside it a secondary inlet nozzle (121) for the said fluid, parallel to the axis (A) of the exchanger and one end of which communicates with the said outlet orifice (161a, 161b) through the said bottom (160), and a secondary fluid outlet nozzle (122), parallel to the axis (A) of the exchanger and comprising an outlet opening (123), the said integrated assembly (100) comprising an accumulator (17) connected to the bottom (160) of the said integrated assembly (9), into which the said secondary inlet nozzle (121) opens so as to communicate with the said outlet orifice (161a, 161b), the said housing (130) extending in the continuation of the internal heat exchanger (9) after the bottom (160) and comprising a chamber to accept the low-pressure fluid.
     
    2. Integrated assembly for an air-conditioning circuit according to Claim 1, in which the said main channels have a substantially circular cross section.
     
    3. Integrated assembly for an air-conditioning circuit according to either one of Claims 1 and 2, in which the said secondary channels have a substantially rectangular cross section.
     
    4. Integrated assembly for an air-conditioning circuit according to any one of Claims 1 to 3, in which the said first (110) and second (120a, 120b) tubes are extruded.
     
    5. Integrated assembly for an air-conditioning circuit according to any one of Claims 1 to 4, in which the said first (110) and second (120a, 120b) tubes are assembled back to back by brazing or bonding.
     
    6. Integrated assembly according to one of the preceding claims, in which the main nozzles (111, 112) and the secondary nozzles (121, 122) are arranged in such a way as to cause the fluid in the first tube (110) to circulate in a co-current direction with respect to the circulation of the fluid in the second tube (120a, 120b).
     
    7. Integrated assembly according to Claim 6, in which the main nozzles (111, 112) and the secondary nozzles (121, 122) are arranged in such a way as to cause the fluid in the first tube (110) to circulate in a countercurrent direction with respect to the circulation of the fluid in the second tube (120a, 120b) .
     
    8. Integrated assembly according to Claim 7, in which the said high-pressure fluid and the said low-pressure fluid consist of the same refrigerant fluid.
     
    9. Integrated assembly according to Claim 8, in which the said refrigerant fluid is a supercritical fluid.
     
    10. Air-conditioning circuit operating using a refrigerant fluid, comprising a compressor (14), a gas cooler (11), an expansion member (12) and an evaporator (13), characterized in that the said air-conditioning circuit (10) comprises an integrated element (100) according to any one of Claims 1 to 8, the main inlet nozzle (111) being connected to the gas cooler (11) and the main outlet nozzle (112) being connected to the expansion member (12), while a secondary inlet nozzle (121) is connected to the evaporator (13) and the secondary outlet nozzle (122) is connected to the compressor (14).
     




    Dessins














    Références citées

    RÉFÉRENCES CITÉES DANS LA DESCRIPTION



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