FR2726032A1 - Dispositif d'expansion pour circuit de refroidissement diphasique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'expansion pour un circuit de refroidissement diphasique parcouru par un fluide caloporteur à l'état liquide et à l'état gazeux. Le dispositif comprend une enveloppe déformable (10) de capacité variable comportant deux parois opposées (12, 14) et munie d'une ouverture d'entrée/sortie pour le fluide caloporteur, deux plaques d'appui (28, 30) appliquées respectivement contre les deux parois opposées (12, 14) de l'enveloppe et de part et d'autre de celle-ci, ainsi que des moyens élastiques de rappel (36) interposés entre les deux plaques d'appui et tendant à les rapprocher l'une de l'autre à l'encontre de la pression du fluide caloporteur régnant dans l'enveloppe. Application aux circuits de refroidissement des moteurs thermiques de véhicules automobiles.

Description

Dispositif d'expansion pour circuit de refroidissement diphasique
L'invention concerne un dispositif d'expansion pour un circuit de refroidissement diphasique parcouru par un fluide caloporteur à l'état liquide et à l'état gazeux et destiné à un moteur thermique, notamment de véhicule automobile.

Le mode de refroidissement traditionnel des moteurs thermiques est appelé "monophasique", car le fluide caloporteur, habituellement de l'eau ou une solution aqueuse, est toujours présent en phase liquide. Le fluide caloporteur circule, en effet, entre le moteur qui lui cède de la chaleur et un échangeur de chaleur où le fluide cède la chaleur au milieu extérieur. La circulation du fluide caloporteur s'effectue traditionnellement au moyen d'une pompe entraînée mécaniquement par le moteur, et dont le débit est par conséquent proportionnel à la vitesse de rotation du moteur.

Il existe aussi un mode de refroidissement appelé "diphasique", dans lequel le fluide caloporteur est introduit dans le moteur à l'état liquide, à un débit volumique sensiblement indépendant de la charge et du régime du moteur, le fluide parvenant à l'échangeur de chaleur entièrement à l'état liquide pour les faibles charges, et au moins en partie à l'état gazeux pour les fortes charges. Le débit volumique constant est assuré habituellement par une pompe électrique dont la puissance est sensiblement inférieure à la puissance des pompes mises en oeuvre dans le mode monophasique. Le fluide caloporteur circule de préférence sous une pression inférieure à la pression atmosphérique, ce qui permet de réduire les problèmes d'étanchéité des circuits de refroidissement.En outre, le mode monophasique permet d'améliorer le rendement thermique des échanges de chaleur par l'utilisation de la chaleur latente de vaporisation et de condensation.

Toutefois, dans le mode diphasique, il faut prévoir un dispositif d'expansion propre à accumuler un volume variable du fluide caloporteur à l'état liquide et à l'état gazeux. Ce dispositif d'expansion est nécessaire en raison des différences de volume importantes entre la phase liquide et la phase gazeuse du fluide caloporteur.

Habituellement, ce dispositif d'expansion est réalisé sous la forme d'un vase qui présente un encombrement important et qui est difficile à loger dans le compartiment moteur.

En outre, il est normalement nécessaire de disposer ce vase d'expansion à un niveau supérieur à celui de l'orifice de remplissage du circuit de refroidissement, ce qui pose là encore des problèmes d'implantation dans le compartiment moteur.

L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.

Elle propose à cet effet un dispositif d'expansion du type défini en introduction, lequel comprend une enveloppe déformable de capacité variable comportant deux parois opposées et munie d'une ouverture d'entrée/sortie pour le fluide caloporteur, deux plaques d'appui appliquées respectivement contre les deux parois opposées de l'enveloppe et de part et d'autre de celle-ci, ainsi que des moyens élastiques de rappel interposés entre les deux plaques d'appui et tendant à les rapprocher l'une de l'autre à l'encontre de la pression du fluide caloporteur régnant dans l'enveloppe.

Ce dispositif permet ainsi d'absorber la différence de volume résultant de la dilatation thermique et/ou de la vaporisation du fluide caloporteur.

En outre, ce dispositif peut être placé à tout niveau dans le circuit de refroidissement, et en particulier à un niveau inférieur à celui de l'orifice de remplissage du circuit.

Ce dispositif d'expansion présente une capacité variable, qui est minimale lorsque la pression du fluide caloporteur est faible et au contraire maximale lorsque la pression du fluide caloporteur est élevée.

La capacité du dispositif d'expansion s'adapte ainsi automatiquement à la pression du fluide caloporteur dans le circuit de refroidissement.

Dans une première forme générale de réalisation de l'invention, les deux plaques d'appui sont indépendantes et reliées entre elles par les moyens élastiques de rappel.

Dans une première variante, les deux plaques d'appui sont munies d'une multiplicité de paires de pattes en sorte que les deux pattes d'une même paire dépendent respectivement des deux plaques d'appui en étant disposées en regard l'une de l'autre dans une direction sensiblement perpendiculaire aux plaques, un ressort élastique de rappel étant interposé à chaque fois entre les deux patte d"o même paire.

Ce ressort élastique de rappel est choisi avantageusement parmi une boucle élastique et un ressort hélicoïdal de traction.

Dans une seconde variante, l'une des plaques est munie de deux tiges parallèles espacées et l'autre plaque de deux rouleaux parallèles espacés disposés respectivement en vis-àvis des deux tiges, les moyens élastiques de rappel comprenant une multiplicité de liens élastiques interposés entre les tiges et les rouleaux.

Ces tiges et ces rouleaux sont avantageusement montés amovibles sur des brides solidaires des deux plaques d'appui.

De façon avantageuse, les rouleaux sont des tubes rotatifs et/ou à faible coefficient de frottement.

De façon préférentielle, chaque lien élastique est fixé à une tige, passe autour du rouleau en vis-à-vis, puis de l'autre rouleau avant d'être fixé à l'autre tige.

De façon avantageuse, le lien élastique est formé, au moins en partie, d'un ressort hélicoïdal de traction.

Dans une troisième variante, les moyens élastiques de rappel comprennent une multiplicité de ressorts en forme de C, les deux extrémités d'un ressort s'engageant dans deux encoches prévues respectivement sur les deux plaques d'appui.

Dans une seconde forme générale de réalisation de l'invention, les deux plaques d'appui sont formées d'une seule pièce avec une partie en forme de U, déformable élastiquement, qui constitue les moyens élastiques de rappel.

Dans cette seconde forme de réalisation, les deux plaques d'appui ont avantageusement des extrémités libres respectives qui sont situées à l'opposé de la partie en forme de U et qui sont engagées dans une pièce de réception.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux parois opposées de l'enveloppe sont de forme générale rectangulaire et réunies entre elles par un bourrelet ou soufflet déformable.

Ce bourrelet déformable comprend avantageusement au moins une boutonnière pour la fixation de l'enveloppe, par exemple sur une partie de la carrosserie du véhicule.

L'ouverture d'entrée/sortie pour le fluide caloporteur peut être réalisée sous la forme d'un tuyau formé d'une seule pièce avec l'enveloppe.

Toutefois, dans une forme de réalisation préférentielle, l'enveloppe comporte une face ouverte délimitée par un cordon périphérique maintenu prisonnier entre deux pièces, dont l'une comporte une tubulure définissant l'ouverture d'entrée/sortie pour le fluide caloporteur.

Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'expansion dans une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en coupe du dispositif de la figure 1 au niveau d'une boutonnière; - la figure 3 est une vue en coupe transversale du dispositif de la figure 1 dans une position correspondant à une faible pression du fluide caloporteur; - la figure 4 est une vue partielle correspondant à celle de la figure 3 pour une autre position correspondant à une pression élevée du fluide caloporteur; - les figures 5 et 6 montrent deux formes de réalisation d'un ressort élastique de rappel utilisable dans le dispositif de la figure 1;; - la figure 7 est une vue en coupe transversale d'un dispositif dans une variante de réalisation; - la figure 8 est une vue en perspective d'un rouleau faisant partie du dispositif de la figure 7; - la figure 9 montre l'introduction d'un rouleau dans une bride de fixation; - la figure 10 montre la mise en place d'un tube dans une bride; - les figures 11 à 13 montrent différentes formes de réalisation d'un lien élastique propre à équiper le dispositif de la figure 7; - la figure 14 est une vue en perspective d'un dispositif d'expansion dans une autre variante de réalisation; - la figure 15 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie du dispositif de la figure 14 au niveau d'un ressort élastique de rappel; - la figure 16 est une vue en perspective d'un dispositif d'expansion selon une seconde forme de réalisation de l'invention; et - la figure 17 est une vue en coupe longitudinale du disposés tif de la figure 16.

Le dispositif d'expansion représenté aux figures 1 à 3 comprend une enveloppe déformable 10 de capacité variable, formée par exemple en caoutchouc ou autre matériau élastomère. L'enveloppe 10 comporte deux parois opposées 12 et 14 de forme sensiblement rectangulaire, reliées entre elles, à leur périphérie, par un bourrelet ou soufflet 16 déformable. Les parois 12 et 14 et le bourrelet 15 sont formés d'une seule pièce avec un conduit 18 qui se rattache directement au bourrelet 16 pour former une ouverture d'entrée/sortie pour le fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement diphasique. L'enveloppe 10 comporte par ailleurs trois boutonnières 20 formées d'une seule pièce avec elle et se rattachant au bourrelet 16.Ces boutonnières constituent chacune une patte munie d'un trou 22 pour la fixation de l'enveloppe 10 sur un support 24 (figure 2) qui peut par exemple faire partie de la carrosserie d'un véhicule automobile. La fixation s'effectue à chaque fois au moyen d'un rivet ou analogue 26 qui traverse le trou 22.

Le dispositif d'expansion comprend en outre deux plaques d'appui planes 28 et 30 appliquées respectivement contre les deux parois opposées 12 et 14 de l'enveloppe 10 et de part et d'autre de celles-ci. Les deux parois 12 et 14 se trouvent ainsi prises en sandwich entre les plaques d'appui 28 et 30, tout en laissant subsister le bourrelet 16 à l'extérieur (figures 1 et 3).

Les deux plaques d'appui 12 et 14 sont indépendantes l'une de l'autre. Elles sont munies de quatre paires de pattes 32,34, les pattes 32 étant coudées et fixées à la plaque d'appui 28, tandis que les pattes 34 sont droites et fixées à la plaque d'appui 30. Les pattes 32 et 34 d'une même paire sont disposées en regard l'une de l'autre dans une direction sensiblement perpendiculaire aux plaques d'appui 28 et 30.

Un ressort élastique de rappel 36 est interposé à chaque fois entre les deux pattes 32 et 34 d'une même paire.

Les quatre ressorts 36 tendent ainsi à solliciter l'une vers l'autre les plaques d'appui 28 et 30, qui restent sensiblement parallèles entre elles, pour écraser l'enveloppe 10 à l'encontre de la pression du fluide caloporteur régnant à l'intérieur de l'enveloppe. En d'autres termes, la capacité de l'enveloppe varie en fonction de la pression exercée par le fluide caloporteur.

Lorsque cette pression est faible, par exemple au moment du démarrage du moteur, le dispositif se trouve dans la position représentée à la figure 3, dans laquelle les parois 12 et 14 sont pratiquement en contact entre elles. Dans cette position, la distance entre les pattes 32 et 34 d'une même paire est égale à Lo.

Lorsque la pression du fluide caloporteur augmente, les parois 12 et 14 tendent à s'écarter l'une de l'autre à l'encontre de la force de rappel exercée par les ressorts 36.

Lorsque la pression dans l'enceinte devient élevée, la distance entre les deux pattes 32 et 34 d'une même paire devient égale à Lo + AL (figure 4).

Ainsi, l'enceinte 10 peut absorber la différence de volume résultant de la dilatation thermique et/ou de la vaporisation du fluide caloporteur.

Dans la forme de réalisation des figures 1, 3 et 4, le ressort élastique de rappel 36 est une boucle élastique qui, comme montré à la figure 5, entoure les pattes 32 et 34.

Dans la forme de réalisation de la figure 6, on utilise un ressort hélicoïdal de traction 38 dont les deux extrémités sont fixées respectivement aux deux pattes 32 et 34.

Dans la forme de réalisation de la figure 7, à laquelle on se réfère maintenant, la plaque d'appui 28 est munie de deux rouleaux parallèles espacés 40 qui se situent dans un plan parallèle à celui de la plaque 28. Chacun des rouleaux 40 est monté entre deux brides 42 de forme coudée qui se rattachent à la plaque d'appui 28.

Chacun des rouleaux 40 est formé d'un tube rotatif 44 (figure 8) monté autour d'une tige 46 dont chaque extrémité s'engage, de façon amovible, dans une fourche 48 de la bride correspondante 42 (figures 8 et 9). Il est possible, en variante, de prévoir un rouleau non rotatif comportant un faible coefficient de frottement.

La plaque d'appui 30 est munie de deux tiges parallèles et espacées 50 disposées respectivement en vis-à-vis des deux rouleaux 40. Les deux tiges 50 sont situées sensiblement dans le même plan que la plaque 14.

Chacune des tiges 50 est engagée de façon amovible, par ses deux extrémités, dans deux brides 52 (figures 7 et 10) que porte la plaque d'appui 30. Chacune des brides 52 est munie d'un évidement 54, en forme de fourche, recevant de façon amovible l'extrémité d'une tige 50.

Le dispositif de la figure 7 comprend en outre des moyens élastiques de rappel constitués ici par au moins deux liens élastiques 56 interposés entre les tiges 50 et les rouleaux 40.

Chaque lien élastique 56 est fixé à une tige 50, passe autour du rouleau 40 en vis-à-vis, puis de l'autre rouleau 40, avant d'être fixé à l'autre tige 50. Le lien élastique peut être constitué par un fil en caoutchouc ou analogue ou bien être formé, au moins en partie, d'un ressort hélicoïdal de traction.

Dans la forme de réalisation de la figure 11, on utilise un lien élastique 58 formé d'un ressort de traction dont les deux extrémités sont fixées aux deux tiges 50, ce ressort passant autour des deux rouleaux 40.

Dans la forme de réalisation de la figure 12, le lien élastique 60 comprend un ressort de traction 62 dont les deux extrémités sont fixées à chaque fois à un brin non élastique 64 qui passe autour d'un rouleau 40 et est fixé à une tige 50.

Dans la forme de réalisation de la figure 13, on utilise une multiplicité de ressorts hélicoïdaux de traction 38, analogues à celui de la figure 6, chaque ressort étant fixé à une tige 50 et à un rouleau 40.

On se réfère maintenant aux figures 14 et 15 qui montrent une autre variante de réalisation dans laquelle les moyens élastiques de rappel interposés entre les plaques d'appui 28 et 30 comprennent une multiplicité de ressorts 66 en forme de C. Dans l'exemple, le dispositif comprend cinq ressorts 66. Les deux extrémités 68 et 70 de chaque ressort 66 s'engagent dans deux encoches ou rainures 72, 74 prévues respectivement sur les deux plaques d'appui 28, 30. Les ressorts 66 tendent également à solliciter les deux plaques d'appui l'une vers l'autre. Ils sont d'une ampleur suffisante pour contourner le bourrelet 16 (figure 15).

On se réfère maintenant aux figures 16 et 17 montrant une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle les deux plaques d'appui 28 et 30, au lieu d'être indépendantes comme dans les variantes précédentes, sont formées d'une seule pièce avec une partie 76, en forme de U, déformable élastiquement. Cette partie 76 constitue un moyen élastique de rappel pour solliciter l'une vers l'autre les plaques 28 et 30 qui restent dans une position sensiblement parallèle.

Les plaques d'appui 28 et 30 ont des extrémités libres respectives 78, 80 situées à l'opposé de la partie 76 en forme de U.

Les extrémités 78 et 80 sont recourbées et s'engagent dans deux gorges en vis-à-vis 82 et 84 formées dans une pièce réceptrice 86. Sur cette pièce 86 est fixée une pièce 88 munie d'un embout 90 formant ouverture d'entrée/sortie pour le fluide caloporteur.

Dans cet exemple de réalisation, l'enveloppe 10 comporte une face ouverte délimitée par un cordon périphérique 92 qui est maintenu comprimé entre les deux pièces 86 et 88
Il n'est alors plus nécessaire de prévoir un conduit 18 comme dans les réalisations précédentes.

Il est bien entendu possible, quelle que soit la forme de réalisation choisie, de remplacer le conduit 18 par deux pièces 86 et 88 définissant un embout 90.

On comprendra que le dispositif d'expansion de l'invention peut être implanté facilement sur un véhicule automobile dont le moteur est refroidi en mode diphasique.

Le dispositif est peu encombrant et peut être placé à tout niveau par rapport à l'orifice de remplissage du circuit. En particulier, il peut être placé à un niveau inférieur à celui de l'orifice de remplissage.

Dans tous les cas, le dispositif permet d'absorber la différence de volume résultant de la dilatation thermique et/ou de la vaporisation du fluide caloporteur.

Claims (15)

Revendications

1.- Dispositif d'expansion pour un circuit de refroidissement diphasique parcouru par un fluide caloporteur à l'état liquide et à l'état gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe déformable (10) de capacité variable comportant deux parois opposées (12,14) et munie d'une ouverture (18;90) d'entrée/sortie pour le fluide caloporteur, deux plaques d'appui (28,30) appliquées respectivement contre les deux parois opposées (12,14) de l'enveloppe (10) et de part et d'autre de celles-ci, ainsi que des moyens élastiques de rappel (36;38;56;58;60;66;76) interposés entre les deux plaques d'appui (28,30) et tendant à les rapprocher l'une de l'autre à l'encontre de la pression du fluide caloporteur régnant dans l'enveloppe (10).

2.- Dissitif selon la revendicaLion 1, caractérisé en ce que les deux plaques d'appui (28,30) sont indépendantes et reliées entre elles par les moyens élastiques de rappel (36;38;56;58;60;66).

3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux plaques d'appui (28,30) sont munies d'une multiplicité de paires de pattes (32,34) en sorte que les deux pattes (32,34) d'une même paire dépendent respectivement des deux plaques d'appui (28,30) en étant disposées en regard l'une de l'autre dans une direction sensiblement perpendiculaire aux plaques, et en ce qu'un ressort élastique de rappel (36,38) est interposé à chaque fois entre les deux pattes d'une même paire.

4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ressort élastique de rappel est choisi parmi une boucle élastique (36) et un ressort hélicoïdal de traction (38).

5.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une (30) des plaques d'appui est munie de deux tiges parallèles espacées (50) et l'autre plaque d'appui (28) de deux rouleaux parallèles espacés (40) disposés respectivement en vis-à-vis des deux tiges (50), et en ce que les moyens élastiques de rappel comprennent une multiplcité de liens élastiques (56;58;60;38) interposés entre les tiges (50) et les rouleaux (40).

6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tiges (50) et les rouleaux (40) sont montés amovibles sur des brides (52;42) solidaires des deux plaques d'appui.

7.- Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que chaque rouleau (40) comprend un tube rotatif (40) et/ou à faible coefficient de frottement.

8.- Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque lien élastique (56;58;60) est fixé à une tige (50), passe autour d-- rouleau (40) en vis-à-vis, puis de l'autre rouleau (40), avant d'être fixé à l'autre tige (50).

9.- Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le lien élastique (58;60) est formé au moins en partie d'un ressort hélicoïdal de traction.

10.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel comprennent une multiplicité de ressorts (66) en forme de C, les deux extrémités (68,70) d'un ressort s'engageant dans deux encoches (72,74) prévues respectivement sur les deux plaques d'appui.

11.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plaques d'appui (28,30) sont formées d'une seule pièce avec une partie (76) en forme de U, déformable élastiquement, qui constitue les moyens élastiques de rappel.

12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les deux plaques d'appui (28,30) ont des extrémités libres respectives (78,80) situées à l'opposé de la partie en forme de U et engagées dans une pièce réceptrice (86).

13.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les deux parois opposées (12,14) de l'enveloppe (10) sont de forme générale rectangulaire et réunies entre elles par un bourrelet ou soufflet déformable (16).

14.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le bourrelet (16) comprend au moins une boutonnière (20) pour la fixation de l'enveloppe sur un support (24).

15.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'enveloppe (10) comporte une face ouverte délimitée par un cordon périphérique (92) maintenu prisonnier entre deux pièces (86,88) dont l'une comporte une tubulure (90) constituant l'ouverture d'entrée/3,rtir pour le fluide caloporteur.