Brevet FR2705406A1 — publié le 19941125

La présente invention concerne un procédé de refroidissement d'un moteur thermique, en particulier un moteur de voiture automobile. Le procédé de l'art antérieur consiste à faire circuler un fluide caloporteur, tel que de l'eau ou une solution aqueuse, par exemple de l'eau glycolée, entre le moteur qui lui cède la chaleur, et un radiateur où il cède la chaleur au milieu extérieur. Selon une première variante, le fluide est maintenu sous pression de façon à rester à l'étant liquide par une pompe entraînée mécaniquement par le moteur thermique. Selon une deuxième variante décrite dans le brevet français n091.15.173 de la demanderesse, 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 a l'échangeur de chaleur entièrement à l'étant liquide pour les faibles charges, et au moins en partie à l'état gazeux pour les fortes charges. Le débit volumique constant est assuré par une pompe électrique dont la puissance est sensiblement inférieure à la puissance des pompes mises en oeuvre dans la première variante. Le fluide caloporteur circule de préférence sous une pression inférieure a la pression atmosphérique, ce qui permet de réduire les problèmes d'étanchéité des circuits de refroidissement. Cette variante permet d'améliorer le rendement thermique des échanges de chaleur par l'utilisation de la chaleur latente de vaporisation et de condensation. Le procédé conforme à l'art antérieur relatif à cette deuxième variante présente toutefois l'inconvénient de nécessiter un vase d'expansion propre à accumuler un volume variable de fluide à l'étant liquide et à l'étant gazeux, et des organes de dégazage pour éviter la présence de bulles dans le fluide. Ce vase d'expansion est nécessaire en raison des différences de volumes importantes entre la phase liquide du fluide caloporteur, et la phase gazeuse de ce fluide. Ce vase d'expansion présente un encombrement important, et il peut être difficile a loger dans l'habitacle du moteur. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de refroidissement d'un moteur thermique consistant a faire circuler un fluide caloporteur thermodilatable entre ledit moteur et un échangeur de chaleur au moins en partie dans un conduit du circuit de circulation constitué par un organe creux à volume variable présentant un volume intérieur variant entre un volume minimal au repos correspondant au volume du fluide à basse température, et un volume d'expansion correspondant au fluide à haute température. L'organe creux présente une double fonction: il assure d'une part le raccordement entre deux éléments du circuit de refroidissement, et d'autre part, il absorbe la différence de volume résultant de la dilatation thermique et/ou la vaporisation du fluide caloporteur. La suppression du vase d'expansion permet de réduire non seulement l'encombrement du système de refroidissement, mais encore le prix de fabrication et d'assemblage du circuit de refroidissement. Avantageusement, l'un au moins des conduits de circulation du fluide caloporteur est constitué par un élément tubulaire dont la section varie entre une section de repos minimale et une section supérieure sous l'effet de la pression exercée par le fluide caloporteur. L'invention concerne également un dispositif comprenant un échangeur de chaleur pour extraire la chaleur d'un fluide caloporteur, une pompe pour faire circuler le fluide entre le moteur et l'échangeur de chaleur, un moyen propre à accumuler un volume variable de fluide a l'étant d'expansion et l'étant gazeux, et des conduits pour le fluide caloporteur, reliant le moteur, l'échangeur de chaleur et la pompe, le moyen propre a accumuler un volume variable de fluide étant constitué par l'un au moins des conduits constitué par un organe creux de contenance variable. Avantageusement, l'organe creux est constitué par un conduit tubulaire de section variable. De préférence, l'organe creux est constitué par un conduit tubulaire délimité par une enveloppe déformable, la section dudit conduit tubulaire étant variable entre une section de repos minimale, et une section d'expansion sensiblement circulaire. Selon une première variante, le conduit à volume variable est entouré par une enveloppe élastique dont le périmètre au repos est inférieur au périmètre dudit conduit. Selon une deuxième variante, le conduit à volume variable est pincé par une baguette présentant une section en "C", ladite baguette présentant une fente longitudinale dont l'ouverture varie entre une ouverture au repos inférieure à racine de P sur Pi, où P désigne le périmètre extérieur du conduit déformable, et une ouverture maximale correspondant sensiblement au diamètre extérieure du conduit lorsqu'il prend une section forme circulaire, les bords de la fente s'appuyant sur le conduit selon deux lignes opposées par rapport à l'axe longitudinal médian du conduit. Selon une troisième variante, le conduit à volume variable est constitué par un conduit présentant au repos une section comportant au moins un secteur concave faisant saillie vers l'intérieur. Selon une variante particulière, le conduit à volume variable est réalisé par extrusion à travers une filière présentant une fente fermée sur elle-même et constituée par une alternance de courbes concaves et de courbes convexes. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins annexés où: - la figure 1 représente un schéma du dispositif de refroidissement; - les figures 2 & 6 représentent des vues en coupe transversale de variantes de réalisation de conduits à section variable. La figure 1 représente une vue schématique du circuit de refroidissement destiné a la thermorégulation d'un moteur 1 d'une voiture automobile. I1 comprend une conduite de sortie du moteur formé d'un premier tronçon 2 s'étendant d'un orifice de sortie 3 du moteur à un point de dérivation 4, sur lequel sont raccordés deux conduits 5, 6. Le premier conduit 5 est raccordé a son autre extrémité sur un échangeur de chaleur 7 représenté de façon schématique par un rectangle. Le deuxième conduit 6 est raccordé a son autre extrémité A l'une des deux entrées 8 d'une vanne a trois voies 9. Lorsque le moteur est chaud, le fluide caloporteur provenant à l'étant partiellement gazeux du moteur 1 traverse le conduit 5 pour arriver ensuite dans l'échangeur de chaleur 7 formé par un condenseur. Le fluide condensé qui en ressort par la sortie 11 pouvant être à une température encore proche de la température d'ébullition, circule dans un conduit 12 à volume variable dont l'autre extrémité est raccordée sur la deuxième entrée 13 de la vanne à trois voies 9. La sortie 14 de la vanne à trois voies 9 est raccordée à un conduit 15 dont l'autre extrémité est raccordée à l'entrée 16 d'un dispositif de dégazage 17 comportant une conduite de dégazage propre à laisser échapper la phase vapeur, mais pas la phase liquide du fluide caloporteur. Un tel dispositif de dégazage est connu dans l'art antérieur, et on pourra en particulier se reporter au brevet français FR. 2 640 36 pour plus de détails concernant la structure d'un tel dispositif. La sortie 18 du dispositif de dégazage 17 communique avec l'entrée d'une pompe 19 dont la sortie est reliée au moteur 1 par un conduit 20. Suivant la température du moteur, la vanne à trois voies 9 assure la communication entre la première entrée 8 dans laquelle le fluide provient directement du moteur et la sortie 14, ou entre le seconde entrée 13 où le fluide caloporteur arrive après passage dans l'échangeur de chaleur 7, et ladite sortie 14. Les figures 2 et 3 représentent une vue en coupe du conduit à volume variable 12 selon un premier mode de réalisation. Le conduit 12 est constitué par un élément tubulaire déformable 21 réalisé en un matériau étanche souple résistant aux températures limites du fluide caloporteur, notamment à la température d'ébullition dudit fluide. Cet élément tubulaire 21 est enserré au moins sur une partie de sa longueur dans une baguette 22 présentant une section dont la forme évoque un "C". Cette baguette est réalisée en un matériau déformable élastiquement, par exemple en acier, ou en une matière plastique élastique. Elle présente une fente longitudinale délimitée par deux lèvres 25, 26 longitudinales. Au repos, ces lèvres longitudinales 25, 26 sont écartées d'une distance légèrement supérieure à l'épaisseur des parois du conduit 21, de façon à provoquer la déformation du conduit 21. Cette distance sera par exemple comprise entre 2,5 fois l'épaisseur de la paroi du conduit 21, et 0,5 fois racine de P, ou P désigne le périmètre du conduit mesuré selon une coupe transversale. Le conduit 21 présente alors deux chambres tubulaires 23, 24 communiquant entre elles par un canal rétréci 27. La section du conduit 21 est dans ce cas inférieur à la section maximale, correspondant à une section circulaire. Lorsque le fluide circulant a l'intérieur du conduit 21, il exerce une pression repoussant les lèvres 25, 26 de la baguette élastique 22. La force exercée radialement par les lèvres 25, 26 est alors compensée par la force exercée radialement, en sens opposée par le fluide caloporteur, et le conduit 21 reprend une forme correspondant a une section circulaire maximisant la section, et donc le volume intérieur du conduit 21 comme visible sur la figure 3. Le coefficient d'élasticité du matériau formant la baguette 22 est choisi de façon à ce que la force exercée par le conduit 21 soit inférieure à la force exercée par le fluide caloporteur à sa température maximale. Les lèvres 25, 26 sont collées sur les parois du conduit 21, ou sont engagées dans des brides, ou encore sont solidarisées avec le conduit 21 selon tout procédé connu dans l'art antérieur. La figure 4 représente une deuxième variante de réalisation selon laquelle le conduit 12 est constitué par un matériau à mémoire de forme. I1 est formé par un élément tubulaire déformable élastiquement, dont la forme au repos correspond à la forme précédemment décrite lorsque la baguette provoque la déformation du conduit. Un tel élément tubulaire peut par exemple être réalisé par extrusion d'un matériau plastique élastique à travers une filière qui présente une fente de sortie formant une boucle fermée offrant alternativement des segments concaves 30, 31, et des segments convexes 32, 33. Lorsque le fluide caloporteur exerce une pression radiale sur les parois intérieures du conduit, celui ci prend une forme permettant de minimiser les forces, à savoir une forme correspondant à une section circulaire, correspondant à un volume intérieur maximal. Les figures 5 et 6 représentent des vues en coupe du conduit 12 selon une troisième variante, en position respective de repos et de dilatation. Le conduit 12 est constitué par un élément tubulaire 40 déformable, enserré dans une enveloppe élastique 41. Le périmètre, mesuré selon un plan de coupe transversale, de l'enveloppe extérieure 41, est inférieur au périmètre de l'élément tubulaire 40, qui est de ce fait déformé. Lorsque le fluide caloporteur circulant à l'intérieur du conduit exerce une pression radiale sur les parois intérieures de l'élément tubulaire 40, celuici se déploie et exerce sur l'enveloppe élastique 41 dont le périmètre augmente jusqu'à atteindre un périmètre correspondant au diamètre extérieur de l'élément intérieur 40, l'ensemble prenant alors une forme circulaire comme représenté en figure 6. Afin d'éviter des contraintes de cisaillement néfastes, l'élément tubulaire 40 et l'enveloppe élastique 41 sont réunis en deux zones diamétralement opposées 42, 43, par exemple par coextrusion ou par collage. L'invention a été décrite dans ce qui précède à titre d'exemples non limitatifs. I1 est bien entendu que l'Homme de Métier sera à même de réaliser différentes variantes, notamment en ce qui concerne les différents éléments constitutifs du circuit de refroidissement ou de la configuration du conduit à volume variable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de refroidissement d'un moteur thermique consistant a faire circuler un fluide caloporteur thermodilatable entre ledit moteur (1) et un échangeur de chaleur par l'intermédiaire de conduits (2,5,6,12,15,20), caractérisé en ce que l'un au moins des conduits du circuit de circulation de fluide caloporteur est constitué par un organe creux étanche (12) présentant un volume intérieur variant entre un volume minimal au repos correspondant au volume du fluide à basse température, et un volume d'expansion correspondant au fluide à haute température. 2 - Procédé de refroidissement d'un moteur (1) thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un au moins des conduits de circulation du fluide caloporteur est constitué par un élément tubulaire (12) dont la section varie entre une section de repos minimale et une section supérieure sous l'effet de la pression exercée par le fluide caloporteur. 3 - Procédé de refroidissement d'un moteur (1) thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit à volume variable (12) est disposé entre la sortie de l'échangeur de chaleur (7), et l'entrée du système de dégazage (17). 4 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un échangeur de chaleur (7) pour extraire la chaleur d'un fluide caloporteur, une pompe (19) pour faire circuler le fluide entre le moteur (1) et l'échangeur de chaleur (7), un moyen propre à accumuler un volume variable de fluide, et des conduits pour le fluide caloporteur, reliant le moteur (1), l'échangeur de chaleur (7), le système de dégazage (17) et la pompe (19), caractérisé en ce que le moyen propre à accumuler un volume variable de fluide est constitué par l'un au moins des conduits constitué par un organe creux de contenance variable disposé entre l'échangeur de chaleur (7) et le système de dégazage (17). 5 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'organe creux est constitué par un conduit tubulaire (12) de section variable. 6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'organe creux est constitué par un conduit tubulaire délimité par une enveloppe déformable, la section dudit conduit tubulaire étant variable entre une section de repos minimale, et une section d'expansion sensiblement circulaire. 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le conduit à volume variable est constitué par un élément tubulaire intérieur (40) déformable entouré par une enveloppe élastique (41) dont le périmètre au repos est inférieur au périmètre dudit élément tubulaire intérieur (40). 8 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le conduit à volume variable est constitué par un élément tubulaire (21) est pincé par une baguette (22) présentant un section en "C", ladite baguette (22) présentant une fente longitudinale dont l'ouverture varie entre une ouverture minimale au repos, et une ouverture maximale correspondant sensiblement au diamètre extérieure de l'élément intérieur (21) lorsqu'il prend une section de forme circulaire, les bords de la fente s'appuyant sur le conduit selon deux lignes opposées par rapport à l'axe longitudinal médian de l'élément tubulaire (21). 9 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le conduit & volume variable est constitué par un élément tubulaire à mémoire de forme présentant au repos une section comportant au moins un secteur concave (30, 31) faisant saillie vers l'intérieur. 10 - Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le conduit à volume variable est réalisé par extrusion à travers une filière présentant une fente fermée sur elle-même et constituée par une alternance de courbes concaves (30, 31) et de courbes convexes (32, 33).