EP0505241A2 - Dispositif de refroidissement en mode diphasique pour moteur à combustion interne - Google Patents

Dispositif de refroidissement en mode diphasique pour moteur à combustion interne Download PDF

Info

Publication number
EP0505241A2
EP0505241A2 EP92400664A EP92400664A EP0505241A2 EP 0505241 A2 EP0505241 A2 EP 0505241A2 EP 92400664 A EP92400664 A EP 92400664A EP 92400664 A EP92400664 A EP 92400664A EP 0505241 A2 EP0505241 A2 EP 0505241A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
fluid
condenser
phase
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92400664A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0505241A3 (en
Inventor
Ngy Srun Ap
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Thermique Moteur SA
Original Assignee
Valeo Thermique Moteur SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Thermique Moteur SA filed Critical Valeo Thermique Moteur SA
Publication of EP0505241A2 publication Critical patent/EP0505241A2/fr
Publication of EP0505241A3 publication Critical patent/EP0505241A3/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • F01P3/2271—Closed cycles with separator and liquid return
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • F01P2003/2214—Condensers
    • F01P2003/2221—Condensers of the horizontal type

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling an internal combustion engine, in which a cooling fluid is used which is brought to a boil in the engine, leaves the latter in the vapor phase and liquid phase states, and is then condensed before returning, in the liquid phase state, to the engine.
  • a cooling device of this type operates in a mode called "two-phase", since the cooling fluid, generally a mixture of water and antifreeze, is present in two distinct phases, one in the state liquid, and the other in the vapor state.
  • Such a two-phase cooling mode is to be distinguished from the conventional cooling mode of internal combustion engines, in which the cooling fluid is present in a single phase, namely a liquid phase.
  • the coolant in the liquid state leaves the engine, is then cooled in a radiator fitted with a fan, and then returns to the engine, the circulation of the fluid taking place by forced convection under the action of a pump.
  • the fluid in the vapor state is condensed in a condenser which is located in the same place as the cooling radiator operating in conventional mode.
  • Cooling devices are already known for internal combustion engines, which operate in two-phase mode.
  • Such devices include an inlet for the vapor phase and liquid phase coolant, an outlet for the liquid phase coolant, a condenser interposed between this inlet and this outlet, a phase separator interposed between the inlet and the condenser, a liquid tank interposed between the condenser and the outlet, as well as a branch for circulation of the liquid connecting the phase separator and the tank liquid.
  • cooling devices operating in two-phase mode have so far remained in the experimental stage and have not yet been truly developed in practice.
  • one of the drawbacks of these cooling devices lies in the fact that they require a large number of components, in particular a phase separator, a condenser, a liquid reservoir acting as a buffer, a circulation pump and , if applicable, an expansion tank.
  • connection of all these components requires conduits of different diameters adapted, as the case may be, to the circulation of the fluid in the vapor state or of the fluid in the liquid state, of the fittings and of the hose clamps. .
  • the object of the invention is in particular to avoid the abovementioned drawbacks.
  • the invention provides for this purpose a cooling device of the type mentioned above, in which the condenser comprises a heat exchange bundle carrying at least one fluid box and in which the phase separator and the liquid reservoir are carried by at least one fluid box.
  • a cooling device of compact structure in which the phase separator and the liquid reservoir form an integral part of the condenser, being carried by at least one fluid box of the latter.
  • Such a device not only offers better compactness than known cooling devices, but also it allows direct communication of the different components, without the need to use connecting pipes, fittings and clamps.
  • the condenser bundle is in general horizontal circulation, being mounted between two fluid boxes, and one of the two fluid boxes carries both the phase separator and the reservoir liquid, while the other fluid box provides fluid communication between two parts of the bundle.
  • phase separator and the liquid tank are grouped together on a single condenser fluid box.
  • this fluid box is generally vertical, and it has an upper part comprising the phase separator and the fluid inlet, as well as a lower part comprising the liquid reservoir and the fluid outlet, the circulation branch.
  • liquid being formed by a liquid communication passage directly connecting the upper part and the lower part.
  • the upper part of the fluid box has a first compartment capable of retaining the separated liquid and opening at its base on the liquid communication passage and a second compartment communicating with the first compartment as well as with part of the bundle of the condenser to introduce the separate steam, while the lower part of the fluid box has a compartment forming a reservoir of liquid and supplied by another part of the bundle of the condenser.
  • the lower part of the fluid box includes a circulation pump capable of circulating the liquid coming from the reservoir towards the outlet.
  • the condenser bundle is in general vertical circulation, being mounted between two fluid boxes, and one of the fluid boxes is arranged in the upper part of the bundle and comprises the separator and the fluid inlet, while the other fluid box is arranged in the lower part of the bundle and comprises the liquid reservoir and the fluid outlet, the branch for the circulation of liquid being formed by a pipe connecting the phase separator and the liquid tank.
  • phase separator is secured to one of the fluid boxes, while the liquid reservoir is secured to the other fluid box.
  • the phase separator comprises a liquid collection compartment which extends the upper fluid box and which is provided with a connector for the connection of one end of the fluid circulation pipe, while the liquid reservoir extends the lower fluid box and is fitted with a connector for the connection of another end of the liquid circulation pipe.
  • the lower fluid box includes a circulation pump capable of circulating the liquid coming from the reservoir in the direction of the outlet.
  • the device also advantageously comprises a sealed expansion vessel connected to the fluid box comprising the phase separator.
  • the condenser comprises a fan and the device comprises temperature or pressure sensors ensuring the control of the fan under given conditions.
  • FIG. 1 represents an internal combustion engine 10 the cooling of which is ensured by a fluid, for example a water / antifreeze mixture, which penetrates through an inlet 12 of the engine to constitute a mass 14 of fluid in liquid phase.
  • a fluid for example a water / antifreeze mixture
  • This fluid is brought to a boil, generally at a temperature of between 100 and 120 ° C., in contact with the engine to form a mass of fluid 16 in the vapor phase.
  • the vapor phase and liquid phase coolant leaves the engine 10 via an outlet 18 to be conveyed to a cooling device operating in two-phase mode and designated as a whole by 20.
  • the coolant leaves the engine via a line 22 to reach the inlet 24 of a phase separator 26, also called liquid-vapor separator, which ensures the separation of the two phases.
  • the vapor phase leaves the separator 26 through an outlet 28 and is conveyed by a pipe 30 to a condenser 32 with which is associated a fan 34 driven by an electric motor 36.
  • an expansion tank 74 intended to absorb the variations in expansion of the cooling fluid.
  • the coolant in the vapor phase is condensed to form a liquid phase which is then directed, via a line 38, to a liquid tank 40, also called a buffer tank.
  • the liquid phase separated by the separator 26 leaves the latter by an outlet 42 to be conveyed to the reservoir 40 via a pipe 44.
  • the liquid phase fluid then leaves the reservoir 40 under the action of a pump circulation 46 whose outlet 48 feeds a pipe 50 which then divides into two branches 52 and 54.
  • the branch 52 directly returns the fluid in the liquid state towards the inlet 12 of the engine via a additional heat exchanger, such as an oil exchanger 56, and a line 58 leading to a line 60.
  • the branch 54 is then divided into two branches 62 and 64.
  • the branch 62 supplies a heat exchanger 66 serving radiator for heating the passenger compartment of the motor vehicle, and with which a motor-fan unit 68 is associated. At the outlet of the heat exchanger 66, the cooling fluid returns to the engine via the pipe 60 .
  • the branch 64 also ensures the return of a part of the cooling fluid to the inlet 12 of the engine by means of another additional heat exchanger, such as an inlet heat exchanger 70 and a pipe 72 opening into the pipe 60.
  • the cooling fluid enters the liquid phase in the engine where it is brought to a boil, thus forming a vapor phase.
  • the fluid in the liquid phase and vapor phase mixture state, then leaves the engine to be cooled and condensed in the condenser 32 which is located in place of the cooling radiator of a conventional cooling device.
  • the invention makes it possible to avoid such drawbacks by proposing the production of the cooling device according to a particularly compact structure.
  • the device comprises a condenser 80 allowing a general horizontal circulation of the cooling fluid.
  • the condenser 80 comprises a bundle 82 formed of a set of tubes (not shown) arranged horizontally, one end of which is connected to a first fluid box 84, and the other end of which is connected to a second fluid box 86.
  • the fluid box 84 is generally vertical and has an upper part 88 provided with an inlet 90 for the introduction of the cooling fluid, in liquid phase and in vapor phase, coming from the engine as shown by arrow F1.
  • the upper part 88 of the fluid box 84 acts as a phase separator and comprises, for this purpose, a first compartment 92 into which the end piece 90 opens and a second compartment 94 adjacent to and communicating with the compartment 92 via a passage orifice 96 located substantially halfway up the two compartments.
  • the compartment 92 forms, at its base, a receptacle 98 suitable for retaining the fluid 100 in the liquid phase which is then conveyed to the lower part 102 of the fluid box 84 through a passage 104 for communicating the liquid which is arranged at the base of receptacle 100.
  • the second compartment 94 is limited, in the lower part, by a partition 106.
  • the compartment 94 collects the fluid in the vapor state and makes it possible to convey this vapor in part of the bundle 82, as shown by the arrows F2.
  • the fluid in the vapor state is condensed to the liquid state under the action of the cooling air which passes through the exchanger and which is possibly accelerated by means of a motor-fan unit 108.
  • the fluid reaches the fluid box 86 and leaves the latter by crossing the other part of the beam 82, as shown by the arrows F3 to gain the lower part 102 of the fluid box 84.
  • the lower part 102 comprises a compartment 110 into which the second part of the beam 82 opens, and which extends downwards by a buffer tank 112 intended to collect both the fluid in the liquid phase conveyed by the communication passage 104 and the fluid in the liquid phase from beam 82.
  • the lower part 102 comprises an electric pump 114 provided with an inlet 116 communicating with the reservoir 112 and with an outlet pipe 118 allowing the evacuation of the coolant in liquid phase in the direction of the engine, as represented by the arrow F4 .
  • the fluid box 84 thus forms a compact module which carries the main components of the cooling device, namely the liquid-vapor separator, the buffer tank, and the circulation pump.
  • This module can also carry a sealed expansion vessel similar to the vessel 74 in FIG. 1.
  • the fluid box 84 can serve as a support for various actuating members of the device, in particular temperature or pressure sensors (not shown) intended to control the fan 108.
  • the device comprises a condenser 120 comprising a bundle 122 allowing a generally vertical circulation of the cooling fluid.
  • the bundle 22 comprises a set of tubes (not shown) in a general vertical direction which open, on the one hand, into an upper fluid box 124 and, on the other hand, into a lower fluid box 126.
  • the upper fluid box 124 includes an inlet 128 for the vapor phase and liquid phase coolant coming from the engine, as shown by arrow F5.
  • the fluid box 124 comprises a compartment 130 which extends over the entire width of the bundle 122 and which communicates, through an orifice 132, with a compartment 134 for collecting liquid.
  • a partial partition 136 arranged near the inlet 128 to force the fluid entering the fluid box 124 to go down.
  • the compartment 134 is provided, in the lower part, with a nozzle 138 used for the connection of one end of a pipe 140 for circulating liquid, the other end of which is connected to a nozzle 142 of the lower fluid box 126 .
  • the liquid phase and vapor phase fluid entering the fluid box 124 is separated into its two constituent phases.
  • the liquid phase is collected by the compartment 134 while the vapor phase enters the compartment 130 and then crosses the bundle 122 over its entire width, as shown by the arrows F6.
  • the coolant in the vapor phase is condensed in the liquid phase by heat exchange with fresh air which passes through the bundle 122, the air flow possibly being accelerated by means of a motor-fan unit 144.
  • the fluid in the liquid state is then collected in the lower fluid box 126.
  • the latter comprises a compartment 146 which extends over the entire width of the bundle 122 and which is intended to collect the fluid in the liquid state coming from the bundle 122.
  • the fluid box 126 is extended laterally by a liquid tank 148, also called a buffer tank, and which is arranged below the compartment 134 of the upper fluid box 124.
  • the tank 148 is provided, in the upper part, end piece 142 already mentioned.
  • the reservoir 148 which is located below relative to the compartment 146, collects both the liquid coming from the compartment 146 and the liquid coming from the compartment 134 via the pipe 140.
  • the liquid reservoir 148 is provided with a pump electric 150 provided with an inlet 152 opening into the reservoir 148 and an outlet 154 for circulating the cooling fluid in the direction of the engine, as shown by arrow F7.
  • the upper fluid box 124 can also be provided with an expansion tank (not shown) similar to the tank 74 in FIG. 1.
  • the upper fluid box 124 and / or the lower fluid box 126 may include different actuators or control members, for example temperature or pressure sensors (not shown) controlling the fan 144.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour le refroidissement d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mode diphasique. Ce dispositif comprend un condenseur (80) interposé entre une entrée (90) pour un fluide de refroidissement en phase vapeur et en phase liquide et une sortie (118) pour le même fluide de refroidissement en phase liquide. Le condenseur (80) comprend un faisceau (82), monté entre deux boîtes à fluide (84 et 86) dont l'une au moins (84) porte un séparateur de phases (92,94) interposé entre l'entrée (90) et le condenseur (80) et porte en outre un réservoir de liquide (112) interposé entre le condenseur (80) et la sortie (118). On obtient ainsi un dispositif de structure compacte qui peut également inclure une pompe (114) de circulation du fluide de refroidissement en phase liquide. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne, dans lequel on utilise un fluide de refroidissement qui est porté à ébullition dans le moteur, quitte ce dernier à l'état de phase vapeur et de phase liquide, et est ensuite condensé avant de retourner, à l'état de phase liquide, vers le moteur.
  • Un dispositif de refroidissement de ce type fonctionne selon un mode qualifié de "diphasique", étant donné que le fluide de refroidissement, généralement un mélange d'eau et d'antigel, est présent sous deux phases distinctes, l'une à l'état de liquide, et l'autre à l'état de vapeur.
  • Un tel mode de refroidissement diphasique est à distinguer du mode de refroidissement classique des moteurs à combustion interne, dans lequel le fluide de refroidissement est présent sous une seule phase, à savoir une phase liquide.
  • Dans les dispositifs de refroidissement classiques, le fluide de refroidissement à l'état liquide quitte le moteur, est refroidi ensuite dans un radiateur muni d'un ventilateur, et retourne ensuite vers le moteur, la circulation du fluide se faisant par convexion forcée sous l'action d'une pompe.
  • Dans les dispositifs de refroidissement fonctionnant en mode diphasique, le fluide à l'état de vapeur est condensé dans un condenseur qui est situé à la même place que le radiateur de refroidissement fonctionnant en mode classique.
  • On connaît déjà des dispositifs de refroidissement pour moteurs à combustion interne, qui fonctionnent en mode diphasique.
  • De tels dispositifs comprennent une entrée pour le fluide de refroidissement en phase vapeur et en phase liquide, une sortie pour le fluide de refroidissement en phase liquide, un condenseur interposé entre cette entrée et cette sortie, un séparateur de phases interposé entre l'entrée et le condenseur, un réservoir de liquide interposé entre le condenseur et la sortie, ainsi qu'une branche de circulation du liquide reliant le séparateur de phase et le réservoir de liquide.
  • Toutefois, les dispositifs de refroidissement fonctionnant en mode diphasique sont restés jusqu'à présent au stade expérimental et n'ont pas encore été véritablement développés dans la pratique.
  • En effet, leur construction à l'échelle industrielle se heurte à de nombreuses difficultés dans la pratique.
  • En particulier, l'un des inconvénients de ces dispositifs de refroidissement réside dans le fait qu'ils nécessitent un grand nombre de composants, notamment un séparateur de phases, un condenseur, un réservoir de liquide faisant office de tampon, une pompe de circulation et, le cas échéant, un vase d'expansion.
  • Jusqu'à présent, la liaison de tous ces composants nécessite des conduits de différents diamètres adaptés, selon le cas, à la circulation du fluide à l'état de vapeur ou du fluide à l'état liquide, des raccords et des colliers de serrage.
  • Il en résulte notamment des risques de fuites du fluide de refroidissement, aussi bien à l'état de vapeur, qu'à l'état de liquide.
  • De plus, la réalisation d'un tel dispositif de refroidissement exige un montage complexe, donc d'un prix élevé, difficilement compatible avec les constructions industrielles à grande échelle.
  • L'invention a notamment pour but d'éviter les inconvénients précités.
  • L'invention propose à cet effet un dispositif de refroidissement du type mentionné plus haut, dans lequel le condenseur comprend un faisceau d'échange de chaleur portant au moins une boîte à fluide et dans lequel le séparateur de phases et le réservoir de liquide sont portés par au moins une boîte à fluide.
  • On obtient ainsi un dispositif de refroidissement de structure compacte, dans lequel le séparateur de phases et le réservoir de liquide font partie intégrante du condenseur, en étant portés par au moins une boîte à fluide de ce dernier.
  • On peut ainsi grouper en un même ensemble le condenseur formé par son faisceau et ses boîtes à fluide, le séparateur de phases, le réservoir de liquide, et le cas échéant d'autres composants faisant partie du dispositif de refroidissement.
  • Un tel dispositif offre non seulement une meilleure compacité que les dispositifs de refroidissement connus, mais aussi il permet une communication directe des différents composants, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des conduits de liaison, des raccords et des colliers de serrage.
  • Il en résulte qu'un tel dispositif minimise les risques de fuites et qu'il peut être monté facilement et à faible prix.
  • Dans une première forme de réalisation de l'invention, le faisceau du condenseur est à circulation générale horizontale, en étant monté entre deux boîtes à fluide, et l'une des deux boîtes à fluide porte à la fois le séparateur de phases et le réservoir de liquide, tandis que l'autre boîte à fluide assure une communication de fluide entre deux parties du faisceau.
  • Cette forme de réalisation est particulièrement avantageuse, étant donné que le séparateur de phases et le réservoir de liquide sont regroupés sur une seule boîte à fluide du condenseur.
  • Avantageusement, cette boîte à fluide est à disposition générale verticale et elle comporte une partie supérieure comportant le séparateur de phases et l'entrée de fluide, ainsi qu'une partie inférieure comportant le réservoir de liquide et la sortie de fluide, la branche de circulation de liquide étant formée par un passage de communication de liquide reliant directement la partie supérieure et la partie inférieure.
  • Avantageusement, la partie supérieure de la boîte à fluide comporte un premier compartiment propre à retenir le liquide séparé et débouchant à sa base sur le passage de communication de liquide et un second compartiment communiquant avec le premier compartiment ainsi qu'avec une partie du faisceau du condenseur pour y introduire la vapeur séparée, tandis que la partie inférieure de la boîte à fluide comporte un compartiment formant réservoir de liquide et alimenté par une autre partie du faisceau du condenseur.
  • On comprendra par conséquent que la circulation du fluide de refroidissement à l'intérieur du faisceau du condenseur s'effectue suivant un trajet en U.
  • Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la partie inférieure de la boîte à fluide comporte une pompe de circulation propre à faire circuler le liquide provenant du réservoir vers la sortie.
  • Dans une seconde forme de réalisation de l'invention, le faisceau du condenseur est à circulation générale verticale, en étant monté entre deux boîtes à fluide, et l'une des boîtes à fluide est disposée en partie supérieure du faisceau et comporte le séparateur et l'entrée de fluide, tandis que l'autre boîte à fluide est disposée en partie inférieure du faisceau et comporte le réservoir de liquide et la sortie de fluide, la branche de circulation de liquide étant formée par un tuyau reliant le séparateur de phases et le réservoir de liquide.
  • Dans cette seconde forme de réalisation de l'invention, le séparateur de phases est solidaire de l'une des boîtes à fluide, tandis que le réservoir de liquide est solidaire de l'autre boîte à fluide.
  • Avantageusement, le séparateur de phases comprend un compartiment de recueil de liquide qui prolonge la boîte à fluide supérieure et qui est muni d'un embout pour le raccordement d'une extrémité du tuyau de circulation de fluide, tandis que le réservoir de liquide prolonge la boîte à fluide inférieure et est muni d'un embout pour le raccordement d'une autre extrémité du tuyau de circulation de liquide.
  • De préférence, la boîte à fluide inférieure comporte une pompe de circulation propre à faire circuler le liquide provenant du réservoir en direction de la sortie.
  • Dans l'une ou l'autre des formes de réalisation précitées, le dispositif comprend en outre avantageusement un vase d'expansion étanche relié à la boîte à fluide comportant le séparateur de phases.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, le condenseur comporte un ventilateur et le dispositif comporte des capteurs de température ou de pression assurant la commande du ventilateur dans des conditions données.
  • Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 montre le schéma de principe du fonctionnement d'un dispositif de refroidissement fonctionnant en mode diphasique pour moteur à combustion interne selon l'art antérieur;
    • la figure 2 est une vue en élévation d'un dispositif de refroidissement selon la première forme de réalisation précitée;
    • la figure 3 est une vue de côté du dispositif de refroidissement de la figure 2;
    • la figure 4 est une vue en élévation d'un dispositif de refroidissement selon la seconde forme de réalisation précitée; et
    • la figure 5 est une vue de côté du dispositif de refroidissement représenté à la figure 4.
  • On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un moteur 10 à combustion interne dont le refroidissement est assuré par un fluide, par exemple un mélange eau/antigel, qui pénètre par une entrée 12 du moteur pour constituer une masse 14 de fluide en phase liquide. Ce fluide est porté à ébullition, généralement à une température comprise entre 100 et 120°C, au contact du moteur pour former une masse de fluide 16 en phase vapeur. Le fluide de refroidissement en phase vapeur et en phase liquide quitte le moteur 10 par une sortie 18 pour être acheminé vers un dispositif de refroidissement fonctionnant en mode diphasique et désigné dans son ensemble par 20.
  • Le fluide de refroidissement quitte le moteur par une conduite 22 pour parvenir à l'entrée 24 d'un séparateur de phases 26, encore appelé séparateur liquide-vapeur, qui assure la séparation des deux phases. La phase vapeur quitte le séparateur 26 par une sortie 28 et est acheminée par une conduite 30 vers un condenseur 32 auquel est associé un ventilateur 34 entraîné par un moteur électrique 36.
  • Sur la conduite 30 reliant le séparateur 26 et le condenseur 32 est raccordé un vase d'expansion 74 destiné à absorber les variations de dilatation du fluide de refroidissement.
  • Dans le condenseur 32, le fluide de refroidissement en phase vapeur est condensé pour former une phase liquide qui est dirigée ensuite, par l'intermédiaire d'une conduite 38, vers un réservoir de liquide 40, encore appelé réservoir tampon.
  • La phase liquide séparée par le séparateur 26 quitte ce dernier par une sortie 42 pour être acheminée vers le réservoir 40 par l'intermédiaire d'une canalisation 44. Le fluide en phase liquide quitte ensuite le réservoir 40 sous l'action d'une pompe de circulation 46 dont la sortie 48 alimente une conduite 50 qui se divise ensuite en deux branches 52 et 54. La branche 52 retourne directement le fluide à l'état liquide en direction de l'entrée 12 du moteur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur additionnel, tel qu'un échangeur d'huile 56, et d'une conduite 58 aboutissant à une conduite 60. La branche 54 se divise ensuite en deux branches 62 et 64. La branche 62 alimente un échangeur de chaleur 66 servant de radiateur de chauffage de l'habitacle du véhicule automobile, et auquel est associé un groupe moto-ventilateur 68. A la sortie de l'échangeur de chaleur 66, le fluide de refroidissement retourne vers le moteur par l'intermédiaire de la conduite 60.
  • La branche 64 assure aussi le retour d'une partie du fluide de refroidissement vers l'entrée 12 du moteur par l'intermédiaire d'un autre échangeur de chaleur additionnel, tel qu'un échangeur de réchauffage de l'admission 70 et d'une conduite 72 débouchant dans la conduite 60.
  • Conformément au schéma de principe de la figure 1, le fluide de refroidissement pénètre en phase liquide dans le moteur où il est porté à ébullition en formant ainsi une phase vapeur. Le fluide, à l'état de mélange de phase liquide et de phase vapeur, quitte ensuite le moteur pour être refroidi et condensé dans le condenseur 32 qui est situé à la place du radiateur de refroidissement d'un dispositif de refroidissement classique.
  • On comprendra que la réalisation du dispositif de refroidissement 20 représentée à la figure 1 nécessite l'utilisation de conduites de types différents ainsi qu'un grand nombre de raccords et de colliers de serrage qui conduisent aux inconvénients mentionnés plus haut.
  • L'invention permet d'éviter de tels inconvénients en proposant la réalisation du dispositif de refroidissement suivant une structure particulièrement compacte.
  • Dans la forme de réalisation des figures 2 et 3, auxquelles on se réfère maintenant, le dispositif comprend un condenseur 80 permettant une circulation générale horizontale du fluide de refroidissement. Le condenseur 80 comporte un faisceau 82 formé d'un ensemble de tubes (non représentés) disposés horizontalement, dont une extrémité est reliée à une première boîte à fluide 84, et dont l'autre extrémité est reliée à une seconde boîte à fluide 86. La boîte à fluide 84 est à disposition générale verticale et comporte une partie supérieure 88 munie d'une entrée 90 pour l'introduction du fluide de refroidissement, en phase liquide et en phase vapeur, en provenance du moteur comme montré par la flèche F1. La partie supérieure 88 de la boîte à fluide 84 joue le rôle de séparateur de phases et comprend, à cet effet, un premier compartiment 92 dans lequel débouche l'embout 90 et un second compartiment 94 adjacent au compartiment 92 et communiquant avec celui-ci par l'intermédiaire d'un orifice de passage 96 situé sensiblement à mi-hauteur des deux compartiments. Le compartiment 92 forme, à sa base, un réceptacle 98 propre à retenir le fluide 100 en phase liquide qui est ensuite acheminé vers la partie inférieure 102 de la boîte à fluide 84 au travers d'un passage 104 de communication de liquide qui est aménagé à la base du réceptacle 100.
  • Le second compartiment 94 est limité, en partie inférieure, par une cloison 106. Le compartiment 94 recueille le fluide à l'état de vapeur et permet d'acheminer cette vapeur dans une partie du faisceau 82, comme montré par les flèches F2. En traversant le faisceau, le fluide à l'état de vapeur est condensé à l'état de liquide sous l'action de l'air de refroidissement qui traverse l'échangeur et qui est éventuellement accéléré grâce à un groupe moto-ventilateur 108. Le fluide gagne la boîte à fluide 86 et quitte cette dernière en traversant l'autre partie du faisceau 82, comme montré par les flèches F3 pour gagner la partie inférieure 102 de la boîte à fluide 84. La partie inférieure 102 comprend un compartiment 110 dans lequel débouche la seconde partie du faisceau 82, et qui se prolonge vers le bas par un réservoir tampon 112 destiné à recueillir à la fois le fluide en phase liquide acheminé par le passage de communication 104 et le fluide en phase liquide provenant du faisceau 82.
  • La partie inférieure 102 comporte une pompe électrique 114 munie d'une entrée 116 communiquant avec le réservoir 112 et d'une tubulure de sortie 118 permettant l'évacuation du fluide de refroidissement en phase liquide en direction du moteur, comme représenté par la flèche F4.
  • Dans la forme de réalisation des figures 2 et 3, la boîte à fluide 84 forme ainsi un module compact qui porte les principaux composants du dispositif de refroidissement, à savoir le séparateur liquide-vapeur, le réservoir-tampon, et la pompe de circulation. Ce module peut porter aussi un vase d'expansion étanche analogue au vase 74 de la figure 1.
  • Par ailleurs, la boîte à fluide 84 peut servir de support à différents organes d'actionnement du dispositif, notamment des capteurs de température ou de pression (non représentés) destinés à assurer la commande du ventilateur 108.
  • Dans la forme de réalisation des figures 4 et 5, le dispositif comprend un condenseur 120 comportant un faisceau 122 permettant une circulation généralement verticale du fluide de refroidissement. Le faisceau 22 comprend un ensemble de tubes (non représentés) à direction générale verticale qui débouchent, d'une part, dans une boîte à fluide supérieure 124 et, d'autre part, dans une boîte à fluide inférieure 126.
  • La boîte à fluide supérieure 124 comprend une entrée 128 pour le fluide de refroidissement en phase vapeur et en phase liquide provenant du moteur, comme représenté par la flèche F5. La boîte à fluide 124 comprend un compartiment 130 qui s'étend sur toute la largeur du faisceau 122 et qui communique, au travers d'un orifice 132, avec un compartiment 134 de recueil de liquide. A l'intérieur de la boîte à fluide 124 est prévue une cloison partielle 136 disposée à proximité de l'entrée 128 pour obliger le fluide pénétrant dans la boîte à fluide 124 à se diriger vers le bas.
  • Le compartiment 134 est muni, en partie inférieure, d'un embout 138 servant au raccordement d'une extrémité d'un tuyau 140 de circulation de liquide, dont l'autre extrémité est raccordée à un embout 142 de la boîte à fluide inférieure 126.
  • Le fluide en phase liquide et en phase vapeur pénétrant dans la boîte à fluide 124 est séparé en ses deux phases constitutives. La phase liquide est recueillie par le compartiment 134 tandis que la phase vapeur pénètre dans le compartiment 130 et traverse ensuite le faisceau 122 sur toute sa largeur, comme représenté par les flèches F6. Lors de la traversée de l'échangeur, le fluide de refroidissement en phase vapeur est condensé en phase liquide par échange de chaleur avec de l'air frais qui traverse le faisceau 122, le flux d'air étant éventuellement accéléré au moyen d'un groupe moto-ventilateur 144.
  • Le fluide à l'état liquide est ensuite recueilli dans la boîte à fluide inférieure 126. Cette dernière comprend un compartiment 146 qui s'étend sur toute la largeur du faisceau 122 et qui est destiné à recueillir le fluide à l'état liquide provenant du faisceau 122. La boîte à fluide 126 est prolongée latéralement par un réservoir de liquide 148, encore appelé réservoir tampon, et qui est disposé en dessous du compartiment 134 de la boîte à fluide supérieure 124. Le réservoir 148 est muni, en partie supérieure, de l'embout 142 déjà cité. Ainsi, le réservoir 148, qui est situé en contrebas par rapport au compartiment 146, recueille à la fois le liquide provenant du compartiment 146 et le liquide provenant du compartiment 134 via le tuyau 140. Le réservoir de liquide 148 est muni d'une pompe électrique 150 munie d'une entrée 152 débouchant dans le réservoir 148 et d'une sortie 154 pour faire circuler le fluide de refroidissement en direction du moteur, comme montré par la flèche F7.
  • La boîte à fluide supérieure 124 peut être en outre munie d'un vase d'expansion (non représenté) analogue au vase 74 de la figure 1.
  • Par ailleurs, la boîte à fluide supérieure 124 et/ou la boîte à fluide inférieure 126 peuvent comporter différents actionneurs ou organes de commande, par exemple des capteurs de température ou de pression (non représentés) assurant la commande du ventilateur 144.
  • Le fonctionnement du dispositif de refroidissement des figures 4 et 5 est identique à celui des figures 2 et 3.
  • Le choix entre le dispositif des figures 2 et 3 et celui des figures 4 et 5 est édicté essentiellement par des considérations d'implantation dans le véhicule automobile considéré.

Claims (8)

1. - Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne, comprenant une entrée (90) pour un fluide de refroidissement en phase vapeur et en phase liquide, une sortie (118) pour le fluide de refroidissement en phase liquide, un condenseur (80) interposé entre cette entrée et cette sortie, un séparateur de phases (92,94) interposé entre l'entrée et le condenseur, un réservoir de liquide (112) interposé entre le condenseur et la sortie, ainsi qu'une branche de circulation de liquide reliant le séparateur de phases et le réservoir de liquide, caractérisé en ce que le condenseur (80) comprend un faisceau d'échange de chaleur (82) à circulation générale horizontale, portant au moins une boite à fluide (84,86) qui comporte une partie supérieure (88) comportant le séparateur de phases (92,94) et l'entrée de fluide (90), ainsi qu'une partie inférieure (102) comportant le réservoir de liquide (112) et la sortie de fluide (118), et en ce que la branche de circulation de liquide est formée par un passage (104) de communication de liquide reliant directement la partie supérieure (88) et la partie inférieure (102).
2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure (88) de la boîte à fluide (84) comporte un premier compartiment (92) propre à retenir le liquide séparé et débouchant à sa base sur le passage (104) de communication de liquide et un second compartiment (94) communiquant avec le premier compartiment (92) et avec une partie du faisceau (82) du condenseur (80) pour y introduire la vapeur séparée, tandis que la partie inférieure (102) de la boîte à fluide (84) comporte le réservoir de liquide (112) alimenté par une autre partie du faisceau (82) du condenseur (80) et par le passage (104) de communication de liquide.
3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie inférieure (102) de la boite à fluide (84) comporte une pompe (114) propre à faire circuler le liquide provenant du réservoir (112) vers la sortie (118).
4.- Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne, comprenant une entrée (128) pour un fluide de refroidissement en phase vapeur et en phase liquide, une sortie (154) pour le fluide de refroidissement en phase liquide, un condenseur (120) interposé entre cette entrée et cette sortie, un séparateur de phases (134,130) interposé entre l'entrée et le condenseur, un réservoir de liquide (148) interposé entre le condenseur et la sortie, ainsi qu'une branche de circulation de liquide reliant le séparateur de phases et le réservoir de liquide, caractérisé en ce que le faisceau (122) du condenseur (120) est à circulation générale verticale en étant monté entre deux boites à fluide et en ce que l'une des boites à fluide (124) est disposée en partie supérieure du faisceau et comporte le séparateur de phases (130,134) et l'entrée de fluide (128), tandis que l'autre boîte à fluide (126) est disposée en partie inférieure du faisceau et comporte le réservoir de liquide (148) et la sortie de fluide (154), et en ce que la branche de circulation de liquide est formée par un tuyau (140) reliant le séparateur de phases et le réservoir de liquide.
5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le séparateur de phases comprend un compartiment (134) de recueil de liquide qui prolonge la boîte à fluide supérieure et qui est muni d'un embout (138) pour le raccordement d'une extrémité au tuyau (140) de circulation de liquide, et en ce que le reservoir, de liquide (148) prolonge la boîte à fluide inférieure (126) et est muni d'un embout (142) pour le raccordement d'une autre extrémité du tuyau (40) de circulation de liquide.
6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la boîte à fluide inférieure (126) comporte une pompe (150) propre à faire circuler le liquide provenant du réservoir (148) vers la sortie (154).
7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un vase d'expansion étanche relié à la boîte à fluide (84,124) comportant le séparateur de phases.
8.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le condenseur (80,120) porte un ventilateur (108,144) ainsi que des capteurs de températeure ou de pression assurant la commande de ce ventilateur.
EP19920400664 1991-03-20 1992-03-13 Device for cooling in a two phase mode for an internal combustion engine Withdrawn EP0505241A3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9103410A FR2674289B1 (fr) 1991-03-20 1991-03-20 Dispositif de refroidissement en mode diphasique pour moteur a combustion interne.
FR9103410 1991-03-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0505241A2 true EP0505241A2 (fr) 1992-09-23
EP0505241A3 EP0505241A3 (en) 1992-11-25

Family

ID=9410956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19920400664 Withdrawn EP0505241A3 (en) 1991-03-20 1992-03-13 Device for cooling in a two phase mode for an internal combustion engine

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5199387A (fr)
EP (1) EP0505241A3 (fr)
FR (1) FR2674289B1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4341927A1 (de) * 1993-12-09 1995-06-14 Bayerische Motoren Werke Ag Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU676244B2 (en) * 1993-02-22 1997-03-06 Thomas, Donald S Improvements in and relating to the roofing of stadium structures and the like
US5752566A (en) * 1997-01-16 1998-05-19 Ford Motor Company High capacity condenser
US5755113A (en) * 1997-07-03 1998-05-26 Ford Motor Company Heat exchanger with receiver dryer
FR2781524B1 (fr) 1998-07-21 2000-09-22 Valeo Thermique Moteur Sa Organe unitaire de distribution et de regulation d'un fluide de refroidissement en mode diphasique pour un moteur a combustion interne
US6481208B1 (en) * 2001-10-01 2002-11-19 Holtec International External steam dump
EP2119993A1 (fr) * 2008-05-14 2009-11-18 ABB Research Ltd. Circuit de refroidissement à deux phases
GB2495932B (en) 2011-10-25 2014-06-18 Perkins Engines Co Ltd Cooling Delivery Matrix
US11592221B2 (en) 2020-12-22 2023-02-28 Deere & Company Two-phase cooling system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1677981A (en) * 1924-08-23 1928-07-24 Harrison Radiator Corp Process of and means for cooling internal-combustion engines
US2614816A (en) * 1947-02-24 1952-10-21 Engineering Controls Inc Condenser
US3096818A (en) * 1959-07-13 1963-07-09 Harry W Evans Integral ebullient cooler
US3223075A (en) * 1964-05-13 1965-12-14 Barlow Vapor Cooling Company Ebullient cooling system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2281091A (en) * 1940-04-26 1942-04-28 Pacific Entpr Products Inc Method and means of vapor phase cooling of fluid jacketed cylinders
US2458609A (en) * 1942-07-20 1949-01-11 Citroen Sa Andre Cooling device by vaporization for internal-combustion engines
US3989103A (en) * 1973-04-19 1976-11-02 White Motor Corporation Method and apparatus for cooling and deaerating internal combustion engine coolant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1677981A (en) * 1924-08-23 1928-07-24 Harrison Radiator Corp Process of and means for cooling internal-combustion engines
US2614816A (en) * 1947-02-24 1952-10-21 Engineering Controls Inc Condenser
US3096818A (en) * 1959-07-13 1963-07-09 Harry W Evans Integral ebullient cooler
US3223075A (en) * 1964-05-13 1965-12-14 Barlow Vapor Cooling Company Ebullient cooling system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4341927A1 (de) * 1993-12-09 1995-06-14 Bayerische Motoren Werke Ag Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem

Also Published As

Publication number Publication date
FR2674289A1 (fr) 1992-09-25
EP0505241A3 (en) 1992-11-25
US5199387A (en) 1993-04-06
FR2674289B1 (fr) 1995-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0915307B1 (fr) Condenseur de climatisation muni d&#39;un réservoir de fluide à cartouche interchangeable
FR2709344A1 (fr) Condenseur pour installation de climatisation de véhicule automobile.
EP0838642B1 (fr) Condenseur à réservoir amovible pour circuit de réfrigération, en particulier de véhicule automobile
EP0505241A2 (fr) Dispositif de refroidissement en mode diphasique pour moteur à combustion interne
FR2947041A1 (fr) Condenseur avec reserve de fluide frigorigene pour circuit de climatisation
EP0774102A1 (fr) Condenseur a reservoir integre pour installation de climatisation de vehicule automobile
EP0197823A1 (fr) Echangeur de chaleur pour véhicule automobile en particulier du type à gaz d&#39;échappement
FR2962199A1 (fr) Condenseur, notamment pour systeme de climatisation d&#39;un vehicule automobile.
FR2514479A1 (fr) Echangeur de chaleur a circulation de liquide, en particulier pour un vehicule automobile
EP0915308A1 (fr) Condenseur de climatisation muni d&#39;un réservoir de fluide interchangeable
EP0290340A1 (fr) Dispositif de boîte à eau pour un radiateur de refroidissement pour un véhicule automobile, contenant un échangeur d&#39;huile
EP0990106B1 (fr) Condenseur de climatisation comprenant un reservoir monte sur une embase
FR2682160A1 (fr) Systeme de refroidissement pour moteur a combustion interne comportant deux parties distinctes de radiateur.
FR2507742A1 (fr) Generateur de vapeur muni d&#39;un dispositif de purge dynamique
FR2661489A1 (fr) Dispositif de boite a eau et de vase d&#39;expansion pour un echangeur de chaleur, tel qu&#39;un radiateur de refroidissement, et echangeur de chaleur comprenant ce dispositif.
FR2588366A1 (fr) Dispositif de boite a eau et de vase d&#39;expansion, et echangeur de chaleur comprenant ce dispositif
EP0290339B1 (fr) Echangeur de chaleur à circulation de liquide, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un passage de dégazage de liquide
FR2521277A1 (fr) Echangeur de chaleur, en particulier pour un circuit de refroidissement de moteur a combustion interne
FR2736385A1 (fr) Dispositif fonctionnant en mode diphasique pour le refroidissement d&#39;un moteur a combustion interne
FR2486814A1 (fr) Dispositif de degazage du liquide d&#39;un circuit de refroidissement a echangeur de chaleur
WO2002063226A1 (fr) Condenseur comprenant un reservoir integre fixe sur une embase
FR2650383A1 (fr) Echangeur de chaleur, notamment echangeur de chaleur de chauffage intercale dans le circuit de refroidissement du moteur d&#39;un vehicule automobile
WO2005054759A1 (fr) Condenseur a circulation verticale de fluide frigorigene, notamment pour vehicule automobile
FR2855254A1 (fr) Dispositif de climatisation, en particulier pour vehicule automobile, comprenant une boucle avec separation liquide/gaz
EP0579553A1 (fr) Dispositif de refroidissement en mode diphasique pour un moteur à combustion interne

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): DE ES FR GB IT

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): DE ES FR GB IT

17P Request for examination filed

Effective date: 19930212

17Q First examination report despatched

Effective date: 19930426

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19940428