FR3067797A1 - Evaporateur a deux nappes, notamment pour circuit de climatisation de vehicule automobile, comprenant des tubes en "u" et circuit de climatisation correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un évaporateur (1), notamment pour un circuit de climatisation de véhicule automobile, comprenant un empilement de tubes plats de circulation d'un fluide réfrigérant, les tubes plats formant deux nappes (11, 12) s'étendant dans des plans parallèles et comprenant chacune au moins trois passes de circulation du fluide réfrigérant, les tubes plats délimitant entre eux des passages d'air de manière à refroidir un flux d'air incident (9A) circulant par lesdits passages à travers les nappes successives de l'évaporateur (1). Selon l'invention, la première nappe (11) comprend une passe d'entrée (101) et une passe de sortie (106) du fluide réfrigérant de l'évaporateur (1), lesdites passes d'entrée et de sortie (101, 106) étant adjacentes, les tubes plats formant les passes latérales de l'évaporateur définissant un chemin de circulation du fluide réfrigérant en U, suivant une direction parallèle audit flux d'air incident (9A) à refroidir.

Description

Evaporateur à deux nappes, notamment pour circuit de climatisation de véhicule automobile, comprenant des tubes en U et circuit de climatisation correspondant

1. Domaine de l'invention

L'invention concerne un évaporateur, notamment pour une installation de climatisation de véhicule automobile.

Plus précisément, elle concerne les évaporateurs présentant deux nappes superposés comprenant chacune une pluralité de conduites de circulation d'un fluide réfrigérant.

2. Art antérieur

Les évaporateurs comprennent, d'une part, un cœur généralement constitué de deux nappes formées d'une pluralité de conduites ou canaux parallèles pour la circulation d'un fluide réfrigérant et, d'autre part, des moyens de répartition du fluide réfrigérant disposés aux deux extrémités des nappes pour assurer la distribution et la collecte du fluide réfrigérant dans les différents conduites de chacune des nappes.

Les conduites sont réalisées soit à partir de paires de plaques accolées présentant une pluralité de parois qui définissent des canaux/passages pour la circulation du fluide réfrigérant, soit à partir de tubes réunis à leurs deux extrémités par des boîtes collectrices permettant le passage du fluide réfrigérant d'un tube à un autre.

Dans le cas des évaporateurs à plaques, la structure interne des conduites définit différentes zones qui forment chacune une passe de circulation du fluide réfrigérant.

Dans le cas des évaporateurs à tubes, ce sont des cloisons internes prévues dans les boîtes collectrices qui définissent ces passes.

Les moyens de répartition (configuration des plaques ou cloisonnement interne des boîtes collectrices) sont donc conçus pour permettre une circulation du fluide réfrigérant en plusieurs passes, avec inversion du sens de circulation du fluide réfrigérant d'une passe à la suivante.

Classiquement, chacune des deux nappes de ces évaporateurs présente trois ou quatre passes.

Un flux d'air traverse les intervalles entre les conduites de fluide, et cède de la chaleur au fluide réfrigérant qui passe de l'état liquide à l'état gazeux.

Le flux d'air ainsi refroidi peut notamment être utilisé ensuite pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule.

Des évaporateurs à deux nappes avec plusieurs trajets de fluide différents, de manière à définir dans des parties de chaque nappe, et/ou d'une nappe à l'autre, un cheminement du fluide suivant des circuits en U et/ou avec des flux croisés (c'est-à-dire en sens opposés), sont bien connus de l'homme du métier et largement décrits dans l'art antérieur.

Le fonctionnement de ces évaporateurs est satisfaisant mais il est nécessaire d'améliorer encore l'échange thermique entre le fluide réfrigérant et l'air à refroidir.

Cette amélioration implique notamment de maximiser la surface utile pour l'échange thermique entre l'air incident et le fluide réfrigérant.

Dans ce contexte, chaque nappe de l'évaporateur comprend dans sa partie basse et dans sa partie haute des moyens de répartition du fluide réfrigérant dans les nappes, appelés également moyens répartiteurs.

Il a été observé que les zones de l'évaporateur situées au niveau de ces moyens de répartition du fluide réfrigérant ne sont pas utiles pour l'échange thermique puisqu'il n'est pas possible d'y positionner des ailettes intercalaires destinées, de façon connue, à être traversées par un flux d'air et à favoriser l'échange thermique entre le fluide réfrigérant et l'air à refroidir.

Ceci limite, par conséquent, la surface utile d'échange thermique entre le fluide réfrigérant et l'air à refroidir.

Il est en outre nécessaire de conserver une bonne homogénéité de température entre les différentes régions (droite/gauche, haut/bas) de l'évaporateur, ce qui implique de maîtriser le processus d'évaporation, notamment du point de vue de la répartition des pertes de charge au sein des diverses régions de l'évaporateur.

L'un des buts de l'invention est ainsi de concevoir un évaporateur à deux nappes dont la structure favorise l'échange thermique entre le fluide réfrigérant et l'air à refroidir.

Un autre but de l'invention est de proposer un évaporateur à deux nappes dont la structure définit pour le fluide réfrigérant un trajet qui optimise les différentes passes de circulation du fluide réfrigérant les unes par rapport aux autres et améliore le processus d'évaporation.

3. Résumé de l'invention

L'invention propose à cet effet un évaporateur, notamment pour un circuit de climatisation de véhicule automobile, comprenant un empilement de tubes plats de circulation d'un fluide réfrigérant formant deux nappes s'étendant dans des plans parallèles et comprenant chacune au moins trois passes de circulation du fluide réfrigérant, les tubes plats délimitant entre eux des passages d'air de manière à refroidir un flux d'air incident circulant par lesdits passages à travers les nappes successives de l'évaporateur.

Selon l'invention, la première nappe comprend une première passe, dite passe d'entrée du fluide réfrigérant dans l'évaporateur, et une dernière passe, dite passe de sortie du fluide réfrigérant de l'évaporateur, les passes d'entrée et de sortie étant adjacentes et la première nappe étant située du côté du flux d'air incident à refroidir. La passe de sortie du fluide caloporteur est située sur un bord de la première nappe.

Toujours selon l'invention, les tubes plats formant les passes latérales de ladite première nappe et de la deuxième nappe dudit évaporateur, ces passes latérales étant situées sur les bords de ce dernier, définissent un chemin de circulation du fluide réfrigérant en U suivant une direction parallèle audit flux d'air à refroidir, et orthogonale à la direction d'empilement des tubes.

La mise en oeuvre de tels tubes plats en U permet le retournement du réfrigérant dans la partie basse ou la partie haute de l’évaporateur, en fonction de l'orientation de ces tubes.

Le chemin en U s'étend dans un plan parallèle au flux d'air à refroidir.

Ceci permet d'agencer des ailettes intercalaires pour l'échange thermique entre l'air et l’évaporateur jusqu'en bas ou en haut de ce dernier.

Il est ainsi possible de réduire la portion de surface, également nommée zone, non utile pour l'échange thermique entre le fluide réfrigérant et l'air à refroidir, et donc d'améliorer cet échange thermique.

La mise en œuvre de tels tubes plats en U permet de plus de réduire la perte de charge au niveau du flux d'air incident, puisqu'une partie d'ailette remplace une partie qui ne permettait pas auparavant l'écoulement de l'air.

La mise en œuvre de tubes plats en U au niveau de chacune des passes latérales permet en outre de conserver une symétrie centrale dans l'agencement de l’évaporateur.

Les débits d'air au niveau des sorties droite et gauche de l’évaporateur peuvent ainsi être constamment équilibrés.

Un évaporateur selon l'invention présente en outre l'avantage que les passes les plus chaudes sont disposées du côté du flux d'air incident et les passes les plus froides sont disposées du côté de la sortie du flux d'air de l’évaporateur. Les passes qui sont parcourues en dernière par le fluide réfrigérant, c'est-à-dire les passes les plus froides, sont donc disposées sur la deuxième nappe.

Cette mise en œuvre particulière des passes d'entrée et de sortie de l'évaporateur permet d'optimiser l'homogénéité de la température de l'air refroidi en sortie de l'évaporateur.

Une telle configuration permet, en outre, d'améliorer les échanges thermiques entre l'évaporateur et l'air qui le traverse puisque le différentiel de température entre le flux d'air traversant l'évaporateur et la température du fluide réfrigérant est maximisé.

Par ailleurs, le fait de disposer la passe de sortie de fluide sur une extrémité de la première nappe permet de mettre en œuvre une phase classique de surchauffe du fluide réfrigérant de manière à ce que le fluide s'évapore entièrement avant injection dans le compresseur d'un circuit de climatisation, par exemple.

Selon un aspect particulier de l'invention, les tubes dudit empilement sont empilés en alternance avec des ailettes, aussi appelées intercalaires, traversées par ledit flux d'air incident à refroidir.

Selon un aspect particulier de l'invention, chaque nappe est constituée d'une pluralité de conduites parallèles parcourues par le fluide réfrigérant, au moins une passe latérale comprenant plus de conduites qu'au moins une passe centrale.

A la différence d'une passe latérale, une « passe centrale » n'est pas positionnée au bord d'une nappe. L'augmentation relative du nombre de conduites d'une passe latérale, en comparaison avec une passe centrale, permet d'augmenter la surface utile d'échange thermique de la passe latérale, tout en limitant les portions de surface dédiées à la circulation du réfrigérant entre les différentes passes.

Selon un aspect particulier de l'invention, les ailettes disposées entre les tubes des passes latérales sont plus longues que les ailettes disposées entre les tubes d'au moins une passe centrale située entre les passes latérales.

L'augmentation relative de la longueur des ailettes d'une passe latérale, en comparaison avec une passe centrale, permet également d'augmenter la surface utile d'échange thermique de la passe latérale, tout en limitant les portions de surface dédiées à la circulation du réfrigérant entre les différentes passes.

Selon un aspect particulier de l'invention, l'évaporateur comprend six passes de circulation du fluide réfrigérant, lesdites première et deuxième nappes comprennent chacune trois passes de circulation du fluide réfrigérant.

Selon un aspect particulier de l'invention, ladite première nappe comprend successivement ladite dernière passe de sortie, ladite première passe et une deuxième passe de circulation du fluide réfrigérant.

Selon un aspect particulier de l'invention, ladite deuxième nappe comprend successivement une cinquième passe, une quatrième passe et une troisième passe de circulation du fluide réfrigérant, disposées respectivement en vis-à-vis de la dernière passe de sortie, la première passe et la deuxième passe de la première nappe.

Selon un aspect particulier de l'invention, les tubes en U des passes latérales d'un premier bord de l'évaporateur sont positionnés en sens inverse des tubes en U des passes latérales d'un deuxième bord de l'évaporateur.

Selon un aspect particulier de l'invention, chaque nappe est constituée d'une pluralité de conduites parallèles parcourues par le fluide réfrigérant et définies par les tubes, lesdites dernière et la cinquième passe comprenant entre 20% et 40% desdites conduites.

Selon un autre aspect de l'invention, lesdites dernière et cinquième passes comprennent environ 40% desdites conduites.

Les première, deuxième, troisième et quatrième passes comprennent donc environ 60% des conduites de l'évaporateur, soit environ 30% chacune.

Une telle répartition des conduites dans les passes de l’évaporateur permet de privilégier une performance optimale de l’évaporateur en terme de différence de température entre l'air incident et l'air sortant de l’évaporateur.

Selon encore un aspect de l'invention, lesdites dernière et cinquième passes comprennent environ 30% desdites conduites.

Les première, deuxième, troisième et quatrième passes comprennent donc environ 70% des conduites de l’évaporateur, soit environ 35% chacune.

Une telle répartition des conduites dans les passes de l’évaporateur permet de privilégier une homogénéité optimale de la température de l'air en sortie de l’évaporateur.

Selon un aspect de l'invention, l’évaporateur comprend huit passes, lesdites première et deuxième nappes comprenant chacune quatre passes de circulation du fluide réfrigérant.

Selon un aspect de l'invention, chaque passe de l’évaporateur comprend entre trente et cinquante conduites dans lesquels circule le réfrigérant.

L'invention concerne également un circuit de climatisation automobile comprenant au moins un évaporateur tel que décrit précédemment.

4. Liste des figures

D'autres caractéristiques et avantages de tels évaporateurs selon l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante de deux modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titres de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :

la figure 1 est une représentation schématique, vue du dessus, de la configuration des passes de circulation du fluide réfrigérant dans un évaporateur selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

la figure 2 est une vue en perspective de l’évaporateur de la figure 1 montrant le sens de circulation du fluide dans les passes ;

la figure 3 est une vue schématique de côté d'une plaque en U mise en œuvre dans un évaporateur conforme à l'invention ;

la figure 4 est une vue schématique de face d'un évaporateur deux nappes et deux passes de l'art antérieur comprenant un empilement de plaques en U;

la figure 5 est une représentation schématique, vue de face, des surfaces frontales dites utiles et non utiles de l'évaporateur selon le premier mode de réalisation de l'invention ;

la figure 6 est une représentation schématique, vue du dessus, de la configuration des passes de circulation du fluide réfrigérant dans un évaporateur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;

la figure 7 est une vue en perspective de l'évaporateur de la figure 3 montrant le sens de circulation du fluide dans les passes ; et la figure 8 représente les courbes de variation de pression et de température du fluide réfrigérant circulant dans un évaporateur.

5. Description détaillée de l'invention

Sur les différentes figures, sauf indication contraire, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence et présentent les mêmes caractéristiques techniques et modes de fonctionnement.

Les différents modes de réalisation selon la présente l'invention sont conçus tout particulièrement pour optimiser les pertes de charge subies par le fluide réfrigérant au cours des différentes passes de circulation dans l'évaporateur, conduisant ainsi à une meilleure maîtrise du processus d'évaporation et à une meilleure homogénéité de la température de l'air refroidi en sortie de l'évaporateur, notamment.

Ces différents modes de réalisation de la présente invention visent de plus à maximiser la surface frontale utile de l'évaporateur pour l'échange thermique entre l'air incident et le fluide réfrigérant.

Les exemples de réalisation décrits ci-après concernent un évaporateur du type à plaques qui est mis en œuvre dans un circuit de fluide réfrigérant pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile.

5.1 Description d'un premier mode de réalisation

Les figures 1 et 2 illustrent un évaporateur 1, selon un premier mode de réalisation, comprenant un cœur d'évaporateur 10 constitué de deux nappes 11, 12 adjacentes s'étendant dans des plans parallèles.

La première nappe 11 de l'évaporateur 1 est située du côté de l'entrée du flux d'air incident, ou air chaud, 9A à refroidir tandis que la deuxième nappe 12 est située derrière la première nappe 11, c'est-à-dire du côté de la sortie du flux d'air, appelé flux d'air refroidi 9B, de l'évaporateur 1.

Chaque nappe 11, 12 est formée d'une pluralité de conduites 13 parallèles parcourues par un fluide réfrigérant de manière à refroidir le flux d'air 9A traversant successivement les première 11 et deuxième 12 nappes.

Un port d'entrée 131 et un port de sortie 132 de fluide réfrigérant sont disposés sur une face latérale de l'évaporateur 1.

L'évaporateur 1 est réalisé à partir d'un empilement de tubes plats, chaque tube plat étant formé de deux plaques de tôle de métal qui sont en contact entre elles sur leurs bords périphériques de manière à définir avec leurs parois internes des conduites 13 de circulation du fluide réfrigérant.

Les conduites 13 sont ainsi réalisées à partir des plaques individuelles reliées les unes aux autres de manière à définir une circulation du fluide réfrigérant prédéterminée.

Entre chaque tube plat est laissé un espace pour le passage d'un flux d'air à refroidir.

De façon connue, les plaques sont configurées de sorte à définir des moyens répartiteurs de fluide à au moins une des deux extrémités (supérieure et/ou inférieure) des nappes.

Ces moyens répartiteurs assurent la distribution et la collecte du fluide réfrigérant dans les différentes conduites 13 des nappes 11, 12, en définissant entre les moyens répartiteurs une circulation du fluide dans un sens donné pour chaque conduite 13.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, les plaques de l’évaporateur 1 présentent des orifices à l'extrémité supérieure, les orifices étant bordés de collerettes de sorte à former un espace collecteur d'entrée relié au port d'entrée 131 et un espace collecteur de sortie relié au port de sortie 132 lorsque les plaques sont empilées.

Comme le montre la figure 1, le cœur d'évaporateur 10 est divisé en six zones, ou passes, qui sont ici réparties uniformément entre les deux nappes 11, 12.

Par « passe de circulation », on entend le parcours du fluide réfrigérant dans une ou plusieurs conduites 13 d'une nappe.

En d'autres termes, la première nappe 11 et la deuxième nappe 12 comprennent chacune trois passes.

Ainsi, la première nappe 11 est divisée en trois zones dans le sens de la longueur de l’évaporateur 1, définissant d'un bord à un autre trois passes de circulation du fluide réfrigérant.

Selon l'invention, la première passe, dite passe d'entrée du fluide réfrigérant, et la sixième passe, dite passe de sortie du fluide réfrigérant ou dernière passe, 106 de l’évaporateur 1, sont disposées dans la première nappe 11 de l’évaporateur 1.

Plus précisément, l'invention propose de disposer ces passes d'entrée 101 et de sortie 106 de façon adjacente et de placer la passe de sortie 106 du fluide sur un bord de la première nappe 11 (à gauche sur la figure 1), et donc à proximité d'une face latérale de l’évaporateur.

Une deuxième passe 102 est disposée de façon adjacente à la passe d'entrée 101 du fluide, sur l'autre bord de la première nappe 11 (à droite sur la figure 1).

La passe d'entrée 101 est donc disposée au milieu de la première nappe 11, entre la passe de sortie 106 et une deuxième passe 102.

La deuxième nappe 12 est également divisée en trois zones dans le sens de la longueur de l'évaporateur 1, définissant trois passes de circulation du fluide réfrigérant. Cette deuxième nappe présente successivement (de droite à gauche sur la figure 1) une troisième passe 103, une quatrième passe 104 et une cinquième passe 105. La troisième passe 103 est située sur un bord de la deuxième nappe 12 (à droite sur la figure 1) et est en vis-à-vis de la deuxième passe 102 de la première nappe 11. La cinquième passe 105 est située sur l'autre bord de deuxième nappe 12 (à gauche sur la figure 1) et est en vis-à-vis de la passe de sortie 106 du fluide de la première nappe 11. La quatrième passe 104, qui se situe en vis-à-vis de la passe d'entrée 101 du fluide, est disposée au milieu de la deuxième nappe 12, entre la cinquième passe 105 et la troisième passe 103.

L'évaporateur 1 comprend donc six passes successives 101,102,103,104, 105, 106 qui définissent un circuit de circulation du fluide réfrigérant entre l'entrée 131 et la sortie 132 du fluide de l'évaporateur 1, avec une inversion du sens de circulation du fluide à chaque passe successive, comme illustré sur la figure 2.

Plus précisément, le sens de circulation des passes adjacentes (les passes 103 et 105, par exemple) à une passe donnée (la passe 104) est inversé par rapport au sens de circulation du fluide de cette passe (la passe 104).

Par exemple, pour la première passe 101, la circulation du fluide se fait vers le bas tandis que pour toutes les passes adjacentes (les passes 106, 102 et 104) à cette première passe 101, la circulation du fluide se fait vers le haut.

Cette caractéristique est applicable pour toutes les passes de l’évaporateur 1.

Cette configuration particulière des passes de l’évaporateur 1 s'avère être optimale tant pour maximiser l'écart de température entre le flux d'air incident 9A et le flux d'air refroidi 9B après traversée de l’évaporateur 1, que pour conserver une bonne homogénéité de température entre les différentes régions (droite/gauche, haut/bas) de l’évaporateur 1.

En effet, comme illustré sur la figure 8, les inventeurs ont observé que la température du fluide réfrigérant diminuait au fur et à mesure qu'il circulait dans l’évaporateur, du fait de la diminution de la pression (liée aux pertes de charge) du fluide entre l'entrée et la sortie du fluide dans l’évaporateur.

Les passes de circulation de fluide les plus froides sont donc celles qui se situent en dernière dans le circuit de circulation.

Par ailleurs, il est connu de surchauffer la passe de sortie du fluide réfrigérant (comme illustré à droite de la deuxième courbe de la figure 8) afin que le fluide, en sortie de l’évaporateur, se présente uniquement sous phase gazeuse et donc à plus haute température, avant injection dans le compresseur du circuit de climatisation, par exemple.

Partant de ces constats, les inventeurs ont choisi de disposer la passe de sortie 106 de fluide, qui doit être surchauffée, sur la première nappe 11 de l’évaporateur 1, cette première nappe 11 étant en contact avec le flux d'air 9A incident (air chaud).

Les première 101 et deuxième 102 passes, qui sont aussi les plus chaudes puisque situées en début du circuit de circulation du fluide, sont également disposées sur la première nappe 11.

La cinquième passe 105, qui est la passe la plus froide puisque située en fin du circuit de circulation du fluide, est disposée contre la passe la plus chaude, en l'occurrence la dernière passe de sortie 106, sur la deuxième nappe 12 de l’évaporateur 1.

Les troisième passe 103 et quatrième passe 104 de la deuxième nappe 12, qui sont aussi considérées comme des passes froides pour les mêmes raisons que la cinquième passe 105, sont également disposées sur la deuxième nappe 12, respectivement contre (ou en vis-à-vis des) les deuxième passe 102 et première passe 101 de la première nappe 11.

L'invention propose donc une configuration dans laquelle les passes les plus chaudes (à savoir les passes 101, 102 et 106) sont disposées sur la première nappe 11 et les passes les plus froides (à savoir les passes 103, 104 et 105) sur la deuxième nappe 12 de l'évaporateur 1, de façon à maximiser l'écart de température entre le flux d'air incident 9A et le flux d'air refroidi 9B après traversée de l'évaporateur 1.

Par ailleurs, cette configuration des passes dans l'évaporateur 1 permet un équilibrage de la température des passes disposées en vis-à-vis (la passe 106 avec la passe 105, la passe 101 avec la passe 104, la passe 102 avec la passe 103) afin de conserver une bonne homogénéité de température entre les différentes régions de l'évaporateur 1.

L'inversion du sens de circulation du fluide entre deux passes adjacentes (d'une même nappe et de deux nappes distinctes) permet également d'homogénéiser la température au sein de l'évaporateur 1.

Toujours selon l'invention, les passes 102 et 103 et les passes 105 et 106, positionnées sur les bords de l'évaporateur 1, sont formées à partir d'une pluralité de tubes plat d'un premier type, dits tubes en U.

Les plaques formant un tube en U définissent un chemin de circulation en U du fluide réfrigérant au sein du tube.

La figure 3 est une vue de face d'une telle plaque 2.

Une telle plaque 2 en U est constituée de deux canaux 2a et 2b longitudinaux comprenant à leur extrémité supérieure un orifice 21 d'admission et un orifice 23 de sortie du fluide réfrigérant respectivement et, au niveau de leur extrémité inférieure, un passage de retournement 22 permettant au fluide réfrigérant de circuler entre les canaux 2a et 2b de la plaque 2 en U où il circule dans des sens opposés.

Bien entendu, l'orientation de la plaque 2 en U dans la figure 3 est choisie à titre purement illustratif, une telle plaque 2 en U pouvant être positionnée dans un sens comme dans un autre, ou en d'autres termes, avec son passage de retournement 22 orienté vers le bas ou vers le haut.

Un tube en U est ici formé par deux plaques 2 en U disposées l'une contre l'autre, les canaux 2a, 2b des deux plaques en vis-à-vis formant des conduites 13 appartenant chacune à une passe.

La figure 5 est une vue schématique de face, du côté de la deuxième nappe 12, de l’évaporateur 1 selon le premier mode de réalisation de l'invention.

Comme décrit précédemment, l’évaporateur 1 comprend sur chacun de ses bords une paire de passes 102 et 103, et 105 et 106, constituées d'une pluralité de tubes parallèles en U reliant les deux nappes 11 et 12 entre elles.

Les tubes en U de ces passes 102, 103, 105, 106 sont obtenus par assemblage de plaques en U identiques à celle illustrée sur la figure 3.

Au niveau d'un premier bord, les tubes en U constituant les passes 102 et 103 sont agencés de manière à ce que leurs orifices d'admission et de sortie 21, 23 du réfrigérant soient positionnés dans la partie basse des passes, et que leur passage de retournement 22 soit positionné en partie haute.

Selon cette configuration et tel qu'illustré par les flèches directionnelles de la figure 5, le réfrigérant est retourné dans la partie haute des passes 102 et 103, qui est comprise dans la zone utile 3a d'échange thermique entre le réfrigérant et l'air traversant l’évaporateur 1.

Au niveau du bord opposé de l’évaporateur 1, les tubes en U constituant les passes 105 et 106 sont agencés en opposition de sens par rapport aux passes 102 et 103 de l'autre bord.

Ainsi, les tubes en U des passes 105 et 106 sont agencés de manière à ce que leurs orifices d'admission et de sortie 21, 23 du réfrigérant soient positionnés dans la partie haute des passes, et que leur passage de retournement 22 soit positionné en partie basse.

Selon cette configuration et tel qu'illustré par les flèches directionnelles de la figure 5, le réfrigérant est retourné dans la partie basse des passes 105 et 106, qui est comprise dans la zone utile 3a d'échange thermique entre le réfrigérant et l'air traversant l’évaporateur 1.

A la différence des zones utiles 3a d'échange thermique, les portions de surface de l’évaporateur 1 localisées au niveau des moyens de distribution et de collecte du réfrigérant dans les passes ne permettent pas un échange thermique satisfaisant, et forment donc des zones non utiles 3b d'échange thermique.

Une telle configuration de l’évaporateur 1 permet d'équilibrer en permanence les débits d'air au niveau des sorties droites et gauches du circuit de climatisation, du fait de la symétrie centrale observée dans l'agencement de l’évaporateur 1.

Dans les passes 101, 104 centrales, les tubes ne sont pas en U contrairement aux passes latérales, et présentent à leurs extrémités supérieures et inférieures des orifices d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant.

Comme illustré sur la figure 5, les zones non utiles 3b d'échange thermique s'étendent pour ces passes 101, 104 centrales aux extrémités supérieures et inférieures du faisceau.

La figure 4 est une vue schématique d'un évaporateur deux nappes et deux passes (soit une passe par nappe, les passes étant de sens opposé) de l'art antérieur, constitué d’un empilement de plaques en U identiques à celle illustrée sur la figure 3.

Dans la mise en œuvre illustrée, les tubes en U formés à partir de ces plaques permettent le retournement du réfrigérant dans la partie basse des passes.

Une portion de surface « non utile » 3b est localisée à l’extrémité supérieure des passes, au niveau des moyens de distribution et de collecte du fluide réfrigérant. Cette portion de surface 3b de la surface frontale de l'évaporateur est utilisée pour la circulation du fluide réfrigérant et n'est donc pas utile pour l'échange thermique entre l'air et le réfrigérant, ce qui réduit le niveau de puissance thermique de l'évaporateur.

A titre d'exemple, la surface frontale dédiée à la circulation de fluide réfrigérant est de 15%.

Des ailettes, ou intercalaires, s'étendant jusqu'en bas des passes peuvent être disposées entre les tubes en U pour favoriser l'échange thermique entre l'air et le réfrigérant. Ces ailettes ne peuvent toutefois s'étendre dans la partie supérieure des passes.

La portion de surface couverte par ces ailettes est donc qualifiée de « portion de surface utile » 3a pour l'échange thermique entre l'air traversant les ailettes et le fluide réfrigérant.

Comparé à cet évaporateur de l'art antérieur, l'étendue de la portion de surface utile de l'évaporateur 1 du premier mode de réalisation est augmentée de 5%.

En d'autres termes, la surface d'échange thermique entre l'air et le fluide réfrigérant circulant dans l'évaporateur est accrue, et la surface frontale dédiée à la circulation du fluide réfrigérant entre les différentes passes est réduite.

Dans le cas d'un faisceau de hauteur égale 200mm, cette portion de surface utile est augmentée de 6%.

L'évaporateur 1 présente une symétrie centrale de sorte que les débits d'air traversant les parties droites et gauches de l'évaporateur sont équilibrés

En outre, la perte de charge au niveau du flux d'air est réduite puisqu'une partie d'ailette remplace une partie qui ne permettait pas l'écoulement de l'air.

Plus généralement, la surface frontale d'échange thermique entre l'air et le réfrigérant circulant dans l'évaporateur 1 est accrue, en comparaison avec les évaporateurs à deux nappes connus, ce qui permet d'améliorer l'échange thermique.

Sur les figures 1 et 2, les première 11 nappe et deuxième nappe 12 présentent des dimensions identiques.

Les six zones, définissant les six passes de l'évaporateur 1, sont dimensionnées de telle sorte que les sixième passe 106 et cinquième passe 105 comprennent, à elles deux, entre 20% et 40% des conduites totales de l'évaporateur 1.

Plus précisément, sur la figure 1, les zones définissant les différentes passes de l'évaporateur 1 présentent des dimensions telles que les sixième passe 106 et cinquième passe 105 comprennent ensemble environ 40% des conduites totales de l'évaporateur 1, c'est-à-dire environ 20% chacune.

Environ 60% des conduites restantes sont compris dans les première 101, deuxième 102, troisième 103 et quatrième 104 passes, soit environ 15% des conduites totales de l'évaporateur 1 par passe.

Cette répartition des conduites 13 de l'évaporateur 1 dans les différentes passes de ce dernier permet d'obtenir une performance thermique optimale de l'évaporateur 1

En d'autres termes, avec cette répartition, on privilégie l'optimisation de la différence entre la température de l'air incident 9A et la température de l'air refroidi 9B sortant de l'évaporateur 1.

Dans une variante (non illustrée), les zones définissant les différentes passes de l'évaporateur présentent des dimensions telles que les sixième et cinquième passes 106, 105 comprennent ensemble environ 30% des conduites totales de l'évaporateur 1, c'est-à-dire environ 15% chacune.

Les première 101, deuxième 102, troisième 103 et quatrième 104 passes comprennent donc environ 70% des conduites restantes, soit environ 17,5% chacune des conduites totales de l'évaporateur 1.

Cette répartition des conduites 13 de l'évaporateur 1 dans les différentes passes de ce dernier permet d'obtenir un compromis optimal entre la performance thermique et l'homogénéité de la température de l'air refroidi 9B en sortie de l'évaporateur.

On note que, dans ce premier mode de réalisation, chaque passe de l'évaporateur 1 comprend entre trente et cinquante conduites 13.

Selon un aspect particulier de l'invention, au moins une passe latérale comprend plus de conduites parallèles qu'au moins une passe centrale.

L'augmentation relative du nombre de conduites d'une passe latérale, en comparaison d'une passe centrale, permet d'augmenter la surface utile d'échange thermique de la passe latérale, tout en limitant les portions de surface dédiées à la circulation du réfrigérant entre les différentes passes.

Selon un autre aspect particulier de l'invention, pouvant être mis en œuvre alternativement ou en combinaison, les ailettes d'au moins une passe latérale sont plus longues que les ailettes d'au moins une passe centrale.

L'augmentation relative de la longueur des ailettes d'une passe latérale, en comparaison d'une passe centrale, permet également d'augmenter la surface utile d'échange thermique de la passe latérale, tout en limitant les portions de surface dédiées à la circulation du réfrigérant entre les différentes passes.

Selon un aspect particulier de l'invention, non représenté, les zones non utiles à l'échange thermique 3b sont recouvertes d'un revêtement anticorrosion.

5.2 Description d'un deuxième mode de réalisation

Les figures 6 et 7 illustrent un évaporateur 100, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

De façon similaire au mode de réalisation décrit précédemment, l'évaporateur 100 comprend un cœur d'évaporateur 10 constitué de deux nappes 11,12 adjacentes s'étendant dans des plans parallèles.

La première nappe 11 de l'évaporateur 1 est située du côté de l'entrée du flux d'air incident 9A à refroidir, tandis que la deuxième nappe 12 est située derrière la première nappe 11, c'est-à-dire du côté de la sortie du flux d'air refroidi 9B de l'évaporateur 1.

Chaque nappe 11, 12 est formée d'une pluralité de conduites 13 parallèles parcourus par un fluide réfrigérant de manière à refroidir le flux d'air incident 9A traversant successivement les première 11 et deuxième 12 nappes.

Comme le montre la figure 6, le cœur d'évaporateur 10 est divisé en huit zones, ou passes, qui sont ici réparties uniformément entre les deux nappes 11, 12. En d'autres termes, la première nappe 11 et la deuxième nappe 12 comprennent chacune quatre passes.

La configuration des huit passes de l'évaporateur 100 est sensiblement similaire à celle de l'évaporateur 1 décrit ci-dessus.

En effet, l'évaporateur 100 comprend huit passes successives 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 qui définissent un circuit de circulation du fluide réfrigérant entre l'entrée 131 et la sortie 132 du fluide de l'évaporateur 100, avec une inversion du sens de circulation du fluide à chaque passe successive, comme illustré sur la figure 4.

Conformément à l'invention, l'entrée 131 et la sortie 132 de fluide réfrigérant sont disposées dans la première nappe 11 de l'évaporateur 100.

La première nappe 11 comprend donc la première passe 111, dite passe d'entrée du fluide, et la huitième passe 118, dite dernière passe ou passe de sortie du fluide, de l'évaporateur 1.

Plus précisément, l'invention propose de disposer ces passes 111, 118 de façon adjacente et de placer la dernière passe 118 sur un bord de la première nappe 11 (à gauche sur la figure 3).

Cette configuration particulière des passes de l'évaporateur s'avère être optimale tant pour maximiser l'écart de température entre le flux d'air incident 9A et le flux d'air refroidi 9B après traversée de l'évaporateur 100, que pour conserver une bonne homogénéité de température entre les différentes régions (droite/gauche, haut/bas) de l'évaporateur 100.

En effet, la dernière passe 118, qui doit être surchauffée, est disposée sur la première nappe 11 de l'évaporateur 100, cette nappe 11 étant orientée du côté du flux d'air incident 9A (air chaud).

Les première 111, deuxième 112 et troisième 113 passes, qui sont aussi les plus chaudes puisque situées en début du circuit de circulation du fluide, sont également disposées sur la première nappe 11.

La septième passe 117, qui est la passe la plus froide puisque située en fin du circuit de circulation du fluide, est disposée contre la passe la plus chaude, c'est-à-dire la huitième et dernière passe 118, sur la deuxième nappe 12 de l'évaporateur 100.

Les quatrième 114, cinquième 115, et sixième 116 passes, qui sont aussi considérées comme des passes froides pour les mêmes raisons que la septième passe 117, sont également disposées sur la deuxième nappe 12, respectivement contre les troisième 113, deuxième 112 et première 111 passes.

L'invention propose donc une configuration dans laquelle les passes les plus chaudes (les passes 111, 112,113 et 118 en l'occurrence) sont disposées sur la première nappe 11 et les passes les plus froides (les passes 114, 115, 116 et 117 en l'occurrence) sur la deuxième nappe 12 de l'évaporateur 100, de façon à maximiser l'écart de température entre le flux d'air incident 9A et le flux d'air refroidi 9B après traversée de l'évaporateur 100.

Par ailleurs, cette configuration des passes dans l'évaporateur 100 permet un équilibrage de la température des passes disposées en vis-à-vis (la passe 117 avec la passe 118, la passe 116 avec la passe 111, la passe 115 avec la passe 112, et la passe 114 avec la passe 113) afin de conserver une bonne homogénéité de température entre les différentes régions de l'évaporateur 100.

Dans ce deuxième mode de réalisation, le sens de circulation des passes adjacentes à une passe donnée est également inversé par rapport au sens de circulation du fluide de cette passe.

Par exemple, pour la première passe 111, la circulation du fluide se fait vers le bas tandis que pour toutes les passes adjacentes (les passes 118, 112 et 116) à cette première passe 111, la circulation du fluide se fait vers le haut.

Cette caractéristique est applicable à toutes les autres passes de l’évaporateur 100.

L'inversion du sens de circulation du fluide entre deux passes adjacentes permet également d'homogénéiser la température au sein de l’évaporateur 100.

Toujours selon l'invention, les passes 113 et 114, ainsi que les passes 117 et 118, positionnées sur les bords de l’évaporateur 1, sont constituées d'une pluralité de tubes parallèles en U reliant les deux nappes 11 et 12 entre elles.

Ces passes de bord ou latérales présentent les mêmes avantages techniques que ceux mis en évidence dans le cadre d'un évaporateur 10 selon le premier mode de réalisation, tel que décrit ci-dessus.

Les tubes en U de ces passes 113, 114, 117, 118 sont obtenus par assemblage de plaques en U identiques à celle illustrée sur la figure 3.

Au niveau d'un premier bord, les tubes en U constituant les passes 117 et 118 sont agencées de manière à ce que leurs orifices d'admission et de sortie 21, 23 du réfrigérant soient positionnés dans la partie haute des passes, et que leur passage de retournement 22 soit positionné en partie basse.

Au niveau d'un deuxième bord, les tubes en U constituant les passes 113 et 114 sont agencées de manière à ce que leurs orifices d'admission et de sortie 21, 23 du réfrigérant soient positionnés dans la partie haute des passes, et que leur passage de retournement 22 soit positionné en partie basse.

5.3 Autres aspects et variantes

Les deux modes de réalisations décrits précédemment concernent des évaporateurs à deux nappes avec respectivement trois et quatre passes de circulation par nappe.

On comprend bien évidemment que l'invention s'applique aussi à des évaporateurs présentant cinq, six ou un nombre plus important de passes par nappe, sans pour autant s'écarter du principe de l'invention.

L’évaporateur selon l'invention peut être mis en œuvre dans des boîtiers CVC (« Chauffage, Ventilation et/ou Climatisation ») ou HVAC (« Heating,

Ventilation and Air-Conditioning » en anglais) de véhicules automobiles.

A titre d'exemple non limitatif, la fixation de l’évaporateur dans le réceptacle peut être réalisée au moyen d'une liaison de type glissière, dans laquelle les portions supérieures et inférieures de l’évaporateur coulissent dans des rainures correspondantes ménagées dans le réceptacle.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Evaporateur (1), notamment pour un circuit de climatisation de véhicule automobile, comprenant un empilement de tubes plats de circulation d'un fluide réfrigérant, lesdits tubes plats formant deux nappes (11, 12) s'étendant dans des plans parallèles et comprenant chacune au moins trois passes de circulation du fluide réfrigérant, les tubes plats délimitant entre eux des passages d'air de manière à refroidir un flux d'air incident (9A) circulant par lesdits passages à travers les nappes (11, 12) successives de l'évaporateur (1,100), ladite première nappe (11) comprenant une première passe (101, 111), dite passe d'entrée du fluide réfrigérant dans l'évaporateur (1), et une dernière passe (106, 118), dite passe de sortie du fluide réfrigérant de l'évaporateur (1), lesdites passes d'entrée (101, 111) et de sortie (106, 118) étant adjacentes, ladite première nappe (11) étant située du côté du flux d'air incident (9A) à refroidir, et ladite passe de sortie (106, 118) du fluide caloporteur étant située sur un bord de ladite première nappe (11), caractérisé en ce que les tubes plats formant les passes latérales de ladite première nappe (11) et de la deuxième nappe (12) dudit évaporateur (1, 100), situées sur les bords de ce dernier, définissent un chemin de circulation du fluide réfrigérant en U, suivant une direction parallèle audit flux d'air incident (9A) à refroidir.
2. 2. Evaporateur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes plats dudit empilement sont empilés en alternance avec des ailettes, ou intercalaires, traversées par ledit flux d'air incident (9A) à refroidir.
3. 3. Evaporateur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les ailettes ou intercalaires disposées entre les tubes plats des passes latérales (102, 103, 105, 106) sont plus longues que les ailettes disposées entre les tubes plats d'au moins une passe centrale (101,104) située entre les passes latérales.
4. 4. Evaporateur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend six passes de circulation du fluide réfrigérant, lesdites première et deuxième nappes (11, 12) comprenant chacune trois passes de circulation du fluide réfrigérant.
5. 5 5. Evaporateur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tubes en U des passes latérales d'un premier bord de l'évaporateur (1) sont positionnés en sens inverse des tubes plats en U des passes latérales d'un deuxième bord de l'évaporateur (1).
6. 6. Evaporateur (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que 10 chaque nappe (11, 12) est constituée d'une pluralité de conduites (13) parallèles parcourues par le fluide réfrigérant définies par les tubes plats, ladite dernière passe (106) et la cinquième passe (105) positionnée en vis-à-vis de la dernière passe (106) comprennent entre 20% et 40% desdites conduites (13) de l'évaporateur (1).

   15
7. 7. Evaporateur (100) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend huit passes, lesdites première et deuxième nappes (11, 12) comprenant chacune quatre passes de circulation du fluide réfrigérant.
8. 8. Evaporateur (1, 100) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque passe de l'évaporateur (1) comprend entre trente et cinquante conduites

   20 (13).
9. 9. Circuit de climatisation automobile comprenant au moins un évaporateur (1) selon l'une des revendications 1 à 8.