Condenseur avec réservoir/refroidisseur secondaire

Abstract

 L'invention concerne un condenseur (32,32′) pour automobile ayant un collecteur primaire (34,34′) et un collecteur secondaire (36,36′), montés verticalement, en communication avec respectivement des canalisations d'admission et d'évacuation et des tubes généralement disposés horizontalement reliant ces collecteurs, dans lequel le collecteur secondaire (36,36′) est dimensionné de façon telle que le gaz réfrigérant se sépare du liquide réfrigérant pour former un volume supérieur de gaz réfrigérant et un volume inférieur de liquide réfrigérant.

Description

[0001] Les systèmes de climatisation des automobiles du type à détendeur thermostatique peuvent avantageusement être doté d'un réservoir monté dans le circuit entre leur condenseur et ce détendeur offrant ainsi un volume de stockage suffisant à l'agent réfrigérant pour faire face aux variations inhérentes aux conditions de fonctionnement du système ainsi qu'aux pertes d'agents réfrigérants dues au phénomène de diffusion et aux petites fuites.

[0002] Pour qu'un tel réservoir soit efficace, il doit se trouver en aval du point où la condensation de l'agent réfrigérant se produit, il doit avoir une configuration interne offrant une capacité suffisante et/ou un dispositif intérieur centrifugeur ou à chicanes pour séparer les phases gazeuses des phases liquides de l'agent réfrigérant, il doit avoir un orifice de sortie de liquide placé de façon telle qu'il communique avec l'agent sous l'interface liquide/gaz, et il faut enfin que le système de climatisation soit rempli d'une quantité d'agent réfrigérant telle que l'interface liquide/gaz se trouve dans le volume intérieur offert par un tel réservoir lorsque le système fonctionne dans des conditions normales d'emploi.

[0003] Quand un système de climatisation pour automobile est équipé d'un réservoir et que le niveau de charge de l'agent réfrigérant du système est tel qu'il ne provoque pas le débordement de ce réservoir dans les conditions normales d'emploi, un condenseur classique, pour l'essentiel, produit un liquide réfrigérant avec un niveau de sous-refroidissement nul. Dans le cas où ce débordement de réservoir se produit, un condenseur classique peut fonctionner avec un niveau de sous-­refroidissement qui varie directement avec le volume de réfrigérant ayant débordé et avec les conditions de fonctionnement du système, mais il est souhaitable d'éviter réellement un tel sous-refroidissement parce qu'il a pour effet de réduire dans le condenseur le volume disponible pour la condensation de l'agent réfrigérant conduisant à des pressions plus élevées dans le condenseur et des performances moindres du système.

[0004] Les systèmes de climatisation des automobiles fonctionnant avec un réservoir et un niveau de remplissage d'agent réfrigérant fixé de telle façon que l'interface liquide/gaz soit maintenue à l'intérieur du réservoir dans des conditions normales d'emploi, peuvent fournir de meilleures performances, pour un matériel donné, lorsqu'on ajoute un refroidisseur secondaire indépendant installé dans le circuit entre le réservoir et le détendeur thermostatique. Cependant, les systèmes connus utilisant des refroidisseurs secondaires ont les inconvénients de coûter plus cher, d'être complexes et d'offrir des risques plus grands de fuites de agent réfrigérant.

[0005] La présente invention concerne un condenseur, destiné particulièrement au système de climatisation des automobiles, du type à détendeur thermostatique.

[0006] Le condenseur pour automobile de le présente invention comprend un collecteur primaire et secondaire montés verticalement, communiquant avec des canalisations d'admission et d'évacuation et interconnectés par des tubes généralement disposés horizontalement, est caractérisé en ce que le collecteur secondaire est dimensionné pour permettre au gaz réfrigérant de se séparer du liquide réfrigérant de façon à offrir un espace pour le gaz réfrigérant dans sa partie supérieure et un espace pour le liquide réfrigérant dans sa partie inférieure mise en communication avec l'orifice d'évacuation.

[0007] Dans cette configuration et quand il est utilisé dans un système de refroidissement rempli d'une quantité d'agent réfrigérant telle que l'interface liquide/gaz se produise dans le volume formé par le collecteur secondaire, un tel collecteur secondaire permet d'éviter l'obligation d'utiliser un système de climatisation pour automobile du type décrit plus haut comprenant un réservoir distinct du condenseur.

[0008] Dans une autre application de cette invention, un condenseur du type décrit plus haut est équipé d'au moins un tube de réfrigération secondaire monté horizontalement dans le but de placer le volume inférieur dans le circuit d'écoulement avec la canalisation d'évacuation.

[0009] Cette configuration évite la construction d'un système de réfrigération de climatisation pour automobile comprenant un refroidisseur secondaire distinct et offre des performances générales de refroidissement meilleures que celles d'un condenseur classique présentant une zone frontale de contact identique pour l'échange de chaleur avec un agent de refroidissement.

[0010] La nature et le mode de fonctionnement de la présente invention sont maintenant explicités plus complètement dans les descriptions détaillées qui accompagnent les croquis ci-dessous :

- la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un système classique de réfrigération de climatisation pour automobile ;

- la figure 2 est une vue du condenseur de la présente invention modifié pour remplir les fonctions du condenseur et du réservoir montrés dans la Figure 1 ;

- la figure 3 est un schéma fonctionnel d'un système classique de climatisation pour automobile employant un refroidisseur secondaire distinct ; et

- la figure 4 est une vue du condenseur d'une autre application de la présente invention dans laquelle il a été modifié pour remplir les fonctions de condenseur, de réservoir et de refroidisseur secondaire de la Figure 3.

[0011] On prendra pour référence d'abord la Figure 1, dans laquelle le système de réfrigération de climatisation pour automobile est désigné avec le chiffre 10 et montre , reliés en série, un condenseur 12, un réservoir 14, un détendeur thermostatique 16, un évaporateur 18, et un compresseur 20. Le compresseur 20 a pour fonction de faire circuler l'agent réfrigérant à travers le système, grâce à quoi l'agent réfrigérant sous forme gazeuse sous haute pression est fourni au condenseur 12 par la canalisation 22 ; le condenseur dissipe la chaleur du gaz réfrigérant et délivre du liquide ou un mélange liquide/gaz refroidi au réservoir 14 par la canalisation 24 ; le réservoir délimite une interface gaz/liquide et délivre le liquide réfrigérant au détendeur 16 par la canalisation 26 ; le détendeur réduit la pression du liquide réfrigérant et fournit un mélange gaz/liquide de pression et de température plus basses à l'évaporateur 18 par la canalisation 28 ; et l'évaporateur absorbe la chaleur d'un fluide atmosphérique à refroidir puis délivre un gaz réfrigérant basse température/basse pression au compresseur par la canalisation 30. Dans un système plus élaboré, le réservoir 14 peut comprendre une cartouche démontable, non montrée sur le croquis, comprenant un filtre et un desséchant pour déshydrater le liquide réfrigérant ; ce réservoir peut présenter un configuration interne, à savoir des compartiments et/ou des équipements favorisant la séparation liquide/gaz, comme, par exemple des séparateurs centrifugeurs ou à chicanes, pour effectuer la séparation des phases liquides et gazeuses de l'agent réfrigérant afin de réaliser une interface gaz/liquide bien nette. Le réservoir doit aussi normalement servir à empêcher un refoulement de l'agent réfrigérant vers le condenseur 12, ce qui aurait, dans le cas ou l'équipement ne le prévoit pas, un effet défavorable sur son fonctionnement. Il doit également présenter une réserve d'agent réfrigérant suffisante pour faire face aux pertes dues à la diffusion et aux petites fuites.

[0012] La figure 2 illustre un condenseur 32 pour automobile construit conformément à la présente invention et adapté pour remplacer le condenseur 12 et le réservoir 14 du système de réfrigération de la Figure 1. Le condenseur 32 est semblable au condenseur 12 en ce sens qu'il comprend un collecteur primaire ou d'admission 34 et un collecteur secondaire ou d'évacuation 36, généralement verticaux, ou boîtes à fluide 34 et 36 sur lesquels sont raccordés respectivement une canalisation 34a d'admission de l'agent réfrigérant et une canalisation 36a d'évacuation de l'agent réfrigérant ; et un faisceau 38 de tubes d'échange de chaleur pour placer les chambres intérieures 34b et 36b des collecteurs 34 et 36 dans le circuit d'écoulement. La canalisation d'admission 34a devra être reliée au conduit 22, la canalisation d'évacuation 36a au conduit 26.

[0013] De même que dans un condenseur classique, le condenseur 32 est équipé d'ailettes 40 d'échange de chaleur installés en association avec les tubes 38 pour participer au transfert de chaleur entre le condenseur et l'agent refroidisseur, comme l'air par exemple, s'écoulant normalement à la surface frontale du condenseur comme le montre la figure 2 et dont les fonctions sont le refroidissement et la condensation du réfrigérant gazeux introduit dans la canalisation d'admission 34a. Les collecteurs 34 et 36 , au premier chef parallèles l'un à l'autre, sont montés verticalement mais peuvent, si cela est nécessaire, être inclinés jusqu'à 60° de la verticale.

[0014] Le collecteur primaire 34, conformément aux procédés connus de fabrication des condenseurs, devra être construit avec une surface de section intérieure minimum pour maximiser la résistance à l'éclatement du collecteur pour une épaisseur donnée du métal utilisé pour sa fabrication et qui devrait normalement ne pas être plus grande que la surface des ouvertures pratiquées dans la paroi latérale pour y insérer les extrémités des canalisations d'admission 38a des tubes 38.

[0015] Le condenseur 32 s'écarte des procédés connus de fabrication des condenseurs, dans lesquels le collecteur secondaire 36 devrait recevoir une surface de section intérieure équivalente à celle du collecteur primaire 34, en ce sens que le collecteur secondaire est fabriqué avec une surface de section intérieure qui est nettement plus grande que celle requise pour adapter l'insertion des extrémités de canalisation d'évacuation 38b des tubes 38. Plus précisément, la surface de section intérieure du collecteur secondaire 36 est suffisamment grande pour permettre au gaz réfrigérant de se séparer nettement du liquide réfrigérant produit par le gaz réfrigérant passant par les tubes 38, délimitant ainsi un volume supérieur 42a formé essentiellement de gaz et un volume inférieur 42b formé essentiellement de liquide, ces volumes étant séparés par une interface 44. L'interface 44 ne saurait être normalement horizontale ni être totalement continue dans les conditions de la conduite automobile, en raison des forces d'accélération verticales et horizontales auxquelles est soumis constamment le condenseur 32. Pour que la présente invention assure un fonctionnement efficace, il suffit que la chambre 36b du collecteur secondaire 36 soit dimensionnée intérieurement pour que la vitesse du fluide qui s'y écoule soit réduite au point que la phase gazeuse puisse se séparer de la phase liquide sous l'influence de la gravité et qu'elle ne soit pas emportée avec la phase liquide vers la canalisation d'évacuation 36a, parvenant par là à établir et maintenir une séparation nette entre les phases liquides et gazeuses de l'agent réfrigérant à l'intérieur du collecteur secondaire dans les conditions normales d'emploi du condenseur ; il suffit également que la canalisation d'évacuation 36a soit raccordée dans la zone la plus base possible du volume 42b. L'écoulement du réfrigérant par les tubes 38 en-dessous de l'interface 44 n'est pas alors affecté de façon défavorable.

[0016] Les condenseurs utilisés actuellement dans les automobiles peuvent avoir des tubes de transfert de chaleur avec une section dont la dimension transversale peut descendre jusqu'à 6,35 mm (0,25 inch), déterminant ainsi des surfaces de section intérieure des collecteurs primaires et secondaires avec lesquels ils sont associés quelque peu supérieures à 1,29 mm carré (0,05 inch carré). La plus grande surface de section intérieure connue dans les techniques antérieures à l'invention est quelque peu inférieure à 25,39 mm carré (1,0 inch carré). En comparaison, on envisage, par exemple, de donner à la section du collecteur secondaire 36 du condenseur 32 une surface plus grande que 31,74 mm carré (1,25 inch carré) environ. De plus, on envisage de donner au collecteur secondaire 36 une dimension verticale supérieure à 178 mm (7 inches), pour les systèmes de réfrigération ayant des vitesses d'écoulement maximum de 2,25 kg (5 livres) par minute ou plus.

[0017] Il est préférable de monter tous les tubes 38 parallèlement entre eux pour maximiser la dimension verticale utilisable du volume de capacité du collecteur secondaire 36. Des tubes à parcours multiples 38 subdiviseraient ce volume et seule, la partie la plus base de cette subdivision est utile pour la séparation gaz/liquide. Cependant, si l'espace vertical destiné à l'installation du condenseur le permet, il est possible de transformer le condenseur 32 en un condenseur à parcours multiples en montant en série un ou plusieurs tubes d'échange de chaleur additionnels, non montrés sur la Figure, entre l'orifice d'admission 34a et les tubes parallèles 38. La forme des tubes 38 peut être d'une configuration classique et ne peut, en aucun cas, limiter l'application de la présente invention.

[0018] Il est essentiel, pour l'application de la présente invention, que le volume de chargement de l'agent réfrigérant du système 10 soit choisi de telle façon que, dans les conditions normales de fonctionnement retenues pour le système, le volume inférieur 42b, contenant pour l'essentiel de l'agent réfrigérant sous forme liquide, soit constamment maintenu à l'intérieur du collecteur secondaire 36.

[0019] La figure 3 illustre un système de réfrigération de climatisation pour automobile classique 10′, dans lequel les composants identiques au système 10 reçoivent les mêmes chiffres affectés d'un prime (′). Le système 10′ diffère du système 10 par l'adjonction d'un refroidisseur secondaire 46 ayant un orifice d'admission et un orifice d'évacuation reliés au réservoir 14′ et au détendeur 16′ par les canalisations 26a et 26b. Le refroidisseur secondaire 46 est normalement distinct du condenseur 12, mais peut y être adjacent comme le montre la Figure 3.

[0020] Les systèmes de réfrigération de climatisation pour automobile utilisant un refroidisseur secondaire 46 donnent des niveaux de performances plus élevés, pour un condenseur 12,12′donné, un évaporateur 18,18′donné et un compresseur 20,20′ donné, que les systèmes dépourvus de refroidisseur secondaire, même si l'agent réfrigérant utilisé pour obtenir le refroidissement secondaire est par la suite envoyé dans le condenseur ou si l'agent réfrigérant est envoyé dans le refroidisseur secondaire après avoir passé par le condenseur.

[0021] La figure 4 illustre un condenseur 32′pour automobile construit selon la seconde application proposée dans la présente invention, et dans laquelle les composants similaires à ceux du condenseur 32 sont désignés par les mêmes chiffres affectés d'un prime (′). Le dessin du condenseur 32′ diffère du dessin du condenseur 32 dans le fait que les collecteurs primaire et secondaire 34′ et 36′ sont pourvus de cloisons transversales primaire et secondaire 50 et 52 qui définissent les chambres basses primaire et secondaire 54 et 56, disposées respectivement sous les chambres 34b et 36b ; un premier tube de refroidissement secondaire 58 est monté sous le tube 38′ le plus bas avec ses extrémités opposées dans le circuit d'écoulement avec le volume inférieur 42b′ et la chambre basse primaire ; un second tube de refroidissement secondaire 60 est monté sous le premier tube de refroidissement secondaire avec ses extrémités opposées dans le circuit d'écoulement avec les chambres basses primaire et secondaire ; un orifice de sortie 36a′ est aménagé dans la chambre basse secondaire pour l'écoulement du liquide dans le volume inférieur 42b′ via le second tube de refroidissement, la chambre basse primaire et le premier tube de refroidissement secondaire.

[0022] Dans la réalisation préférentielle actuellement décrite, les tubes 38′ sont montés en parallèle avec les tubes de refroidissement secondaire 58 et 60 qui, eux, sont montés en série.

[0023] Le condenseur 32′ peut être modifié, si on le souhaite, de façon à ne présenter qu'un seul tube de refroidissement secondaire 58 dans lequel l'orifice 36a′ peut être relié à la chambre basse 54, ou de façon à présenter une ou plusieurs chambres basses additionnelles communiquant en série avec un ou plusieurs tubes de refroidissement secondaires additionnels. Cependant, il est préférable, dans tous les cas, que les tubes 38′ occupent au moins 80% de la surface frontale du condenseur 32′ comme le montre la figure 4. Un niveau de performance supérieur est obtenu en utilisant le condenseur 32′, si on le compare au condenseur 32, même dans le cas ou ces condenseurs occupent la même surface frontale.

Revendications

1) Condenseur comprenant un collecteur primaire (34′34′) et un collecteur secondaire (36,36′) montés généralement verticalement, un faisceau de tubes condenseurs généralement disposés horizontalement, au moins certains desdits tubes ayant leurs orifices d'admission raccordés audit collecteur primaire et leurs orifices d'évacuation raccordés audit collecteur secondaire pour former par ce moyen des chemins d'écoulement parallèles entre les collecteurs et une arrivée d'agent réfrigérant sous forme gazeuse communiquant avec lesdits orifices d'admission, caractérisé en ce que le collecteur secondaire (36,36′) est dimensionné pour permettre au gaz réfrigérant de se séparer de façon nette du liquide réfrigérant produit par ledit gaz réfrigérant passant par lesdits tubes et de créer ainsi un volume supérieur (42a, 42a′) de gaz réfrigérant et un volume inférieur (42b, 42b′) de liquide réfrigérant à l'intérieur dudit collecteur secondaire et un orifice d'évacuation (36a,36a′) de liquide réfrigérant en communication avec ledit volume inférieur.

2) Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au moins un desdits collecteurs délimite une chambre basse additionnelle (54,56), et en ce que la chambre secondaire (42b,42b′) dudit collecteur secondaire est dimensionnée pour permettre au gaz réfrigérant de se séparer de façon nette du liquide réfrigérant produit lorsque ledit gaz réfrigérant passe par lesdits tubes et pour constituer ainsi un volume supérieur de gaz réfrigérant et un volume inférieur de liquide réfrigérant à l'intérieur de ladite chambre secondaire et en ce qu'il est prévu un tube de refroidissement secondaire (58,60) plaçant ledit volume inférieur dans le circuit d'écoulement avec ladite chambre inférieure additionnelle, et un orifice d'évacuation (36a′) du liquide réfrigérant en communication avec ladite chambre inférieure additionnelle.

3) Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice d'évacuation (36a,36a′) dudit liquide réfrigérant communique avec ledit volume inférieur (42b′)par au moins un tube de réfrigération secondaire (58,60) disposé pour que son axe soit strictement parallèle auxdits certains tubes (38′).

4) Condenseur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, au moins un des tubes de réfrigération secondaire (58,60) est disposé pour que son axe soit strictement parallèle auxdits certains tubes (38′), et en ce que le collecteur primaire (34′) est divisé pour définir, par leur position relative, une chambre supérieure (34b) et une chambre inférieure (54), ladite chambre supérieure communiquant avec lesdits orifices d'admission, ledit premier tube de réfrigération secondaire (58) communiquant avec ledit volume inférieur (42b′) et ladite chambre inférieure (54) et l'orifice d'évacuation du collecteur secondaire (36′) du liquide réfrigérant communiquant avec ledit volume inférieur via ladite chambre inférieure et ledit premier tube de réfrigération secondaire.

5) Un condenseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur secondaire (36′) est divisé pour délimiter, par leur position relative, une chambre supérieure contenant lesdits volumes supérieur et inférieur (42a′,42b′) et une chambre inférieure (56) reliée à ladite chambre inférieure (54) du collecteur primaire (34′) par un second tube de refroidissement secondaire (60), et en ce que l'orifice d'évacuation (36a′) du liquide réfrigérant communiquant avec ladite chambre inférieure dudit collecteur secondaire.

6) Condenseur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la chambre additionnelle a une forme définie par ledit collecteur primaire.

7) Condenseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre basse secondaire a une forme définie par ledit collecteur secondaire et en ce que l'orifice d'évacuation du liquide réfrigérant communique avec ladite chambre inférieure additionnelle par un circuit d'écoulement vers ladite chambre inférieure secondaire et en ce qu'un second tube refroidisseur secondaire relie ladite chambre inférieure secondaire à ladite chambre inférieure additionnelle.

8) Système de climatisation pour automobile du type comprenant un condenseur, un détendeur (16,16′) thermostatique, un évaporateur (18,18′) et un compresseur (10,10′) installés en série sur un circuit d'écoulement, dans lequel le condenseur (32,32′) comprend des collecteurs primaire et secondaire (34,34′;36,36′) géneralement montés verticalement, un faisceau de tubes condenseurs disposés généralement horizontalement avec des orifices d'admission reliés audit collecteur primaire et des orifices d'évacuation reliés audit collecteur secondaire pour former des écoulement parallèles entre les deux collecteurs, une canalisation d'admission communiquant avec lesdits orifices d'admission pour y introduire le gaz réfrigérant provenant du compresseur, caractérisé en ce que le collecteur secondaire (36,36′) est dimensionné pour permettre au gaz réfrigérant de se séparer nettement du liquide réfrigérant produit lorsque le gaz réfrigérant passe dans lesdits tubes et de constituer ainsi un volume supérieur (42a,42a′) de gaz réfrigérant et un volume inférieur (42b,42b′) de liquide réfrigérant à l'intérieur dudit collecteur secondaire, et en ce qu'une canalisation d'évacuation (36a,36a′) communique avec ledit volume inférieur pour évacuer le liquide qui s'y trouve vers ledit détendeur.

9) Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que, au moins un premier tube de refroidissement secondaire (58) est monté strictement parallèlement auxdits tubes, provenant de fait que le collecteur principal (34,34′) est divisé pour définir, par leur position relative, une chambre supérieure et une chambre inférieure, ladite chambre supérieure communiquant avec lesdits orifices d'admission, ledit tube de refroidissement secondaire communiquant avec ledit volume inférieur et ladite chambre inférieure et lesdites canalisations d'évacuation communiquant avec ledit volume inférieur via ladite chambre inférieure et ledit premier tube de refroidissement secondaire.

10) Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le collecteur secondaire (36′) est divisé de façon à définir, par leur position relative, une chambre supérieure comprenant les volumes supérieur (42a′) et inférieur (42b′) et une chambre inférieure (56), provenant du fait qu'il est connecté à ladite chambre inférieure dudit collecteur principal par un second tube de refroidissement secondaire (60) et que lesdites canalisations d'évacuation communiquent avec ladite seconde chambre dudit collecteur secondaire.

Dessins