Brevet FR3012217A1 — publié le 20150424

Procédé et banc d'essai de corrosion pour échangeurs thermiques La présente invention porte sur un procédé et un banc d'essai de corrosion permettant de réaliser des tests de corrosion sur des échangeurs thermiques, notamment des échangeurs thermiques d'air de suralimentation pour des véhicules automobiles. Il est connu de faire recirculer des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile au niveau du circuit d'air d'admission dudit moteur. Dans le cas de moteurs suralimentés, il est connu d'introduire les gaz d'échappement recirculés en amont d'un refroidisseur d'air de suralimentation. Le refroidisseur d'air de suralimentation est ainsi non seulement traversé par l'air comprimé à refroidir mais également par les gaz d'échappement recirculés. Un tel mélange est susceptible d'être hautement corrosif. De leur côté, les échangeurs sont en métal, plus particulièrement en aluminium. Il existe de la sorte un besoin pour tester et valider la robustesse de ces échangeurs, notamment lorsqu'ils sont soumis à des gaz acides ou basiques. Un objet de l'invention est de pouvoir reproduire les conditions de fonctionnement de ces échangeurs thermiques afin de les tester au plus près de la réalité, ceci de façon fiable et répétée, notamment de manière à pouvoir vérifier leurs performances dans de nombreuses conditions d'utilisations. On parvient à réaliser cet objectif selon l'invention avec un procédé d'obtention d'un fluide corrosif de test pour échangeur thermique, notamment échangeur d'air de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une étape d'injection d'au moins une solution liquide corrosive, pulvérisée, dans un flux d'air de manière à former ledit fluide de test. Selon cette disposition, on reproduit les fluides corrosifs de test, notamment les gaz très corrosifs, parcourant les échangeurs thermiques des moteurs thermiques des véhicules automobiles et l'on peut faire varier les différents fluides de test traversant ces échangeurs, en injectant diverses solutions liquides corrosives, pulvérisées, dans le flux d'air. Ledit procédé est avantageusement configuré pour que ladite solution corrosive passe à l'état de vapeur dans ledit flux d'air comprimé de manière à ce que ledit fluide de test soit un gaz de test, par exemple un gaz à l'état vapeur, en particulier de la vapeur d'eau acide ou basique. Ladite solution liquide est avantageusement un acide, par exemple de l'acide nitrique et/ou de l'acide chlorhydrique ou une base telle qu'une solution sodée, à savoir contenant de la soude. Le procédé comprend avantageusement une étape préalable de chauffage du flux d'air afin de faciliter la vaporisation totale ou non de ladite solution liquide corrosive dans le flux d'air. Ledit chauffage du flux d'air est avantageusement effectué de manière à ce que le fluide de test se trouve dans un intervalle de température compris entre 100 et 300°C., de préférence entre 120 et 260°C, en particulier 130 et 250°C. Il est à noter que la température de l'air en sortie de l'étape de chauffage, idéalement comprise entre 250°C et 450°C, est avantageusement supérieure à la température du fluide de test. Le flux d'air peut également être comprimé, préalablement et /ou à la suite dudit chauffage de manière à favoriser la pulvérisation, voire une atomisation de la solution dans le flux d'air, afin de faciliter ladite vaporisation. La compression du flux d'air atmosphérique est avantageusement réalisée dans un domaine de compression compris entre 0 et 1 bar relatif. Ladite solution liquide est avantageusement pulvérisée à une pression d'atomisation de 1 à 6 bars relatifs, idéalement 3 bars relatifs. Le chauffage du flux d'air et/ou la pression de pulvérisation ou d'atomisation concourent à ladite pulvérisation ou atomisation de la solution dans le flux d'air. Il est également proposé selon l'invention un procédé d'essai de corrosion d'un échangeur thermique, notamment échangeur d'air de suralimentation pour véhicule automobile, utilisant le fluide de test obtenu par le procédé décrit ci-dessus. Un tel procédé comporte une étape d'introduction dudit fluide de test dans l'échangeur sous l'effet du flux d'air comprimé. Ledit procédé pourra comprendre une étape de mesure et/ou de contrôle des conditions de température, débit et/ou pression de ladite étape d'introduction du fluide de test dans l'échangeur. Ces conditions correspondent avantageusement à des conditions de test sélectionnées, notamment proches ou identiques au fonctionnement normal de l'échangeur. Lesdits débit, température et/ou pression du fluide de test à l'entrée de l'échangeur sont par exemple compris, respectivement, entre 0 et 800kg/h, 130 et 250°C et 0 et 1 bar relatif. De même, ledit fluide de test peut sortir de l'échangeur thermique à des valeurs de température, débit et/ou pression qui peuvent être contrôlées pour s'assurer du fonctionnement de l'échangeur. Elles pourront par exemple être comprises, respectivement, entre 10 et 80°C et 0 et 800 kg/h. L'échangeur peut également être soumis à un refroidissement pour refroidir ledit fluide de test, qui peut varier, notamment selon des consignes choisies. Un recueil des condensats est avantageusement réalisé en sortie de l'échangeur afin de capturer les parties nocives du fluide de test. Les valeurs de débit, température et/ou pression mesurés du fluide de test à l'entrée de l'échangeur, et/ou de refroidissement de l'échangeur sont avantageusement asservies à des conditions de test spécifique de l'échangeur, avantageusement 10 préétablies. L'invention concerne également un dispositif ou banc d'essai de corrosion pour échangeur thermique, notamment échangeur thermique d'air de suralimentation de véhicule automobile, destiné à faire circuler un fluide de test, notamment un gaz de test, 15 dans ledit échangeur, ledit banc comportant des moyens d'acheminement d'un flux d'air comprimé, notamment à un débit contrôlé, et des moyens pour l'injection d'au moins une solution liquide corrosive, pulvérisée dans le flux d'air pour obtenir ledit fluide de test. 20 Ledit dispositif ou banc d'essai de corrosion comprend avantageusement : -des moyens de chauffage du flux d'air acheminé dans la conduite, en amont desdits moyens pour l'injection de la solution liquide corrosive, -des moyens pour l'introduction dudit gaz de test dans ledit échangeur thermique à un débit, une température et/ou une pression contrôlés, 25 -des moyens pour permettre le refroidissement dudit échangeur thermique, -des moyens pour contrôler la sortie dudit gaz de test ayant traversé l'échangeur thermique, notamment en température et/ou débit, et/ou pression. -des moyens pour le recueil des condensats émis par ledit gaz de test en sortie de l'échangeur thermique. 30 Lesdits moyens d'acheminement du flux d'air atmosphérique, à un débit contrôlé déterminé, comprennent avantageusement un surpresseur d'air, voire un compresseur d'air, et une conduite d'air reliée audit surpresseur. Ils comprennent également un débitmètre destiné à mesurer et ajuster le débit du flux d'air dans la conduite et/ou une vanne de dérivation, plus particulièrement destinée à la régulation de débits faibles dans la conduite, montés en série à la sortie du surpresseur sur ladite conduite d'air. Lesdits moyens de chauffage du flux d'air comprimé comprennent avantageusement une ou des cannes de chauffage de l'air montées dans ladite conduite. Les cannes de chauffage sont avantageusement des tubes électriques chauffant montés dans l'axe de la conduite. Lesdits moyens de chauffage du flux d'air comprimé peuvent encore comprendre une enceinte de chauffage reliée à ladite conduite et logeant la ou lesdites cannes de chauffage. Lesdits moyens pour l'injection de ladite solution liquide corrosive dans le flux d'air chaud, comprennent avantageusement des moyens de pulvérisation de la solution liquide dans le flux d'air telle qu'une canne d'injection de la solution liquide corrosive reliée à ladite conduite, ladite canne comportant une buse de pulvérisation de la solution sous forme de fines gouttelettes destinées à être vaporisées dans le flux d'air chaud de la conduite . Lesdits moyens pour l'introduction dudit gaz de test dans ledit échangeur thermique comprennent avantageusement un collecteur d'admission du gaz, relié à une conduite de circulation de l'air comprimé ou intégré à cette dernière. Lesdits moyens pour l'introduction dudit gaz pourront également comprendre un débitmètre, un capteur de pression et/ou un capteur de température du gaz, montés sur ledit collecteur. Lesdits moyens pour permettre le refroidissement dudit échangeur thermique 30 comprennent avantageusement un dispositif de mise en circulation d'un fluide caloporteur au sein de l'échangeur, de préférence de l'eau pour un échangeur liquide- gaz ou de l'air pour un échangeur gaz-gaz. Ce dispositif pourra être associé à un dispositif de réglage de débit et/ou de la température dudit fluide caloporteur pour réguler le refroidissement de l'échangeur à une consigne déterminée. Lesdits moyens de recueil des condensats en sortie de l'échangeur sont prévus afin de capturer les parties nocives condensées du flux d'air ayant traversé l'échangeur avant son rejet dans l'atmosphère. Ce recueil est réalisé par exemple dans un maillage métallique froid, refroidi à intervalle régulier par de circulation d'eau. Le gaz épuré, débarrassé de sa partie nocive, peut alors être évacué. L'invention concerne encore une application de ces bancs d'essai de corrosion à la mesure de la résistance à la corrosion d'échangeurs thermiques, notamment d'échangeurs de refroidissement d'air de suralimentation de moteurs thermiques de véhicules automobiles, dans diverses conditions d'utilisation. Des exemples de réalisation, non limitatifs, de l'invention sont décrits ci-après plus en détail, en référence aux figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 montre un schéma bloc d'un premier exemple de réalisation d'un banc 20 d'essai de corrosion pour échangeur thermique de type liquide-gaz conforme à l'invention ; - la figure 2 montre un schéma bloc d'un second exemple de réalisation d'un banc d'essai de corrosion pour échangeur thermique de type gaz-gaz conforme à l'invention; 25 et - la figure 3 montre une vue en coupe longitudinale d'une canne d'injection de solution corrosive de ces bancs de corrosion. La figure 1 montre un banc d'essai de corrosion 1 pour un échangeur thermique 30 eau / air 3, par exemple un refroidisseur d'air de suralimentation pour moteur thermique de véhicule automobile. Un tel échangeur comporte un faisceau d'échange de chaleur muni d'un circuit 5 d'eau refroidie circulant dans ledit échangeur, ce circuit étant destiné à refroidir un flux gazeux chaud 7 le traversant, notamment un flux d'air pour alimenter le moteur thermique. On sait que l'air absorbé par le moteur et traversant lesdits échangeurs peut être chargé d'éléments corrosifs, tels que des gaz d'échappement recirculés pour constituer un mélange d'air et de gaz d'échappement récupérés en sortie du moteur, conformément au système généralement connu sous l'acronyme d'EGR (« Exhaust Gas Recirculation « ), ce qui forme un mélange gazeux corrosif, notamment acide. Le banc d'essai 1 est destiné à reproduire les conditions d'utilisation de l'échangeur 3 au plus près de la réalité, notamment en produisant un mélange gazeux corrosif 7 d'alimentation de l'échangeur qui soit proche du mélange gazeux réel d'alimentation de l'échangeur pour un moteur de véhicule dans diverses conditions d'utilisation. Le banc d'essai 1 comprend selon l'exemple de réalisation, montés successivement en série sur une ligne de conduite d'air 9 menant à l'échangeur 3 : - un surpresseur d'air 11 alimentant en air ladite conduite d'air 9, - une enceinte de chauffage 13 reliée à ladite conduite d'air 9 et destinée à réchauffer l'air acheminé dans la conduite, - une canne d'injection 15 d'une solution liquide corrosive 17, reliée à la conduite 9 pour permettre par addition avec l'air comprimé 12 la formation d'un mélange gazeux de test 7, - un collecteur d'admission 19 du mélange gazeux 7 dans l'échangeur, - un dispositif de refroidissement 21 de l'échangeur, - un dispositif de recueil des condensats 23 à la sortie de l'échangeur, et - une unité de commande UC du banc pilotant ses composants. Un débitmètre 25 et/ou une vanne de dérivation 27 sont montés en série, à la sortie du surpresseur 11, sur ladite conduite d'air 9 de manière à permettre d'obtenir un débit de flux d'air régulier 12, de valeur comprise entre 0 et 800kg/h. La pression d'air du flux d'air 12 peut être comprise entre 0 et 1 bar relatif, étant mesurée en sortie du surpresseur 11 par un capteur de pression dédié non représenté. La vanne de dérivation 27 est utilisée pour des débits faibles d'air, par exemple inférieurs à 60 kg/h. Ladite enceinte de chauffage 13, qui peut être une partie de la conduite 9, comprend une ou des cannes de chauffage 29 de l'air montées dans ladite enceinte en partie médiane de celle ci. Ces cannes 29 ont par exemple un profil tubulaire portant des résistances chauffantes électriques non représentées. Elles se présentent, par exemple, comme des tubes électriques chauffant montés dans l'axe de l'enceinte 13 ou de la conduite 9. L'air 12 est réchauffé à son passage sur les cannes 29. Le chauffage de l'air est avantageusement effectué, comme mentionné précédemment, pour obtenir un mélange gazeux 7 chaud, dans un intervalle de température compris entre 100 et 300°C., de préférence entre 120 et 260°C, en particulier 130 et 250°C. Il est à noter que la température de l'air surchauffé en sortie des cannes chauffantes, idéalement comprise entre 250°C et 450°C sera avantageusement supérieure à la température de la vapeur ou mélange gazeux 7 en entrée de l'échangeur testé. Ceci permet d'assurer une régulation correcte de la température de cette vapeur en entrée de la pièce testée. Ladite canne d'injection 15 de la solution liquide corrosive 17 est reliée à ladite conduite 9 par ses extrémités 31. Elle comporte une buse de pulvérisation 33 de la solution, la projetant sous forme de fines gouttelettes 17 destinées à être vaporisées dans le flux d'air chaud de passage dans la canne. La projection est réalisée en sorte que la totalité de celle-ci soit transformée en vapeur. La pression de pulvérisation ou d'atomisation de la solution liquide acheminée par une pompe 35 depuis un bac 37 de réserve de la solution corrosive est comprise entre 1 et 6 bars relatif. Le profil de ces cannes 15, tel qu'illustré à la figure 3, dont le corps 39 est cylindrique et les extrémités 31 sont tronconiques, permet une optimisation de l'atomisation de la solution liquide 17 dans l'air comprimé chaud. Le mélange gazeux résultant est corrosif, en particulier acide ou basique, fonction de la solution liquide qui l'a produit. Il forme le gaz de test. Son PH peut être compris entre 0,4 et 13,6, notamment entre 0,4 et 6 et/ou entre 8 et 13,6. Un profil de canne d'injection 15 optimale pour la réalisation de la pulvérisation est illustré à la figure 3. Pour que la vaporisation de la solution 17 dans le flux d'air 12 soit totale, le dimensionnement de la canne 15 doit respecter l'inégalité suivante : Longueur de la canne/(débit d'air/ section de la canne) 5000 mm3 h/kg, la longueur L de la canne étant exprimée en mm, le débit d'air en kg/h et la section S de la canne en mm2. Ledit banc d'essai pourra en outre comprendre une pompe 35 d'alimentation de la canne d'injection 15 Le collecteur d'admission 19 des gaz est ici intégré à la conduite 9. Il pourra comprendre un débitmètre 41, un capteur de pression 43 et un capteur de température 45 du gaz 7, montés sur la partie d'extrémité de la conduite 9 reliée à l'échangeur thermique 3. Lesdits débitmètre 41, capteur de pression 43 et capteur de température 45 du gaz mesurent respectivement le débit, la température et la pression du gaz à l'entrée de l'échangeur. Les débit, température et pression du gaz à l'entrée de l'échangeur sont avantageusement compris, respectivement, entre 0 et 800kg/h, 130 et 250°C et 0 et 1 bar relatif. Ledit dispositif de refroidissement 21 dudit échangeur thermique comprend comme indiqué précédemment, le circuit 5 d'eau refroidie formant un fluide caloporteur circulant dans ledit échangeur, ce dispositif étant ici couplé à un dispositif de réglage de débit et/ou de la température dudit fluide caloporteur, non représentés, pour réguler le refroidissement de l'échangeur à une consigne de température déterminée. Le dispositif de refroidissement 21 peut être commandé par ladite unité de commande UC pour refroidir le mélange gazeux 7 traversant l'échangeur en un gaz de sortie 47 à une température déterminée, comprise entre 10 à 80°C, mesurée par un capteur de température 48. 301 2 2 1 7 10 Le recueil des condensats 23 à la sortie de l'échangeur est réalisé, par exemple, dans un maillage métallique froid, refroidi à intervalle régulier par de circulation d'eau non représenté à un débit compris entre 0 et 6 1/h de condensat et contrôlé par l'unité de 5 commande UC. Le gaz épuré 49, débarrassé de sa partie nocive de condensat, pourra être évacué à l'extérieur. Ladite unité de commande UC du banc est reliée aux divers composants du banc, à savoir le débitmètre 25, la vanne de dérivation 27, la ou les cannes chauffantes 29, le 10 débitmètre 41, le capteur de pression 43, le capteur de température 45, le capteur de température 48, le dispositif de recueil des condensats 23, le dispositif de refroidissement 21, et la pompe 35 d'alimentation de la canne d'injection 15. Elle est destinée à piloter, en fonction de valeurs de consigne de débit, température et pression mesurés du gaz de test à l'entrée de l'échangeur, et du refroidissement de l'échangeur 15 de température, le débitmètre 25 et/ou la vanne de dérivation 27 en sortie du surpresseur 11, les cannes de chauffage 29 du flux d'air et/ou la pompe 35 de sorte à moduler le débit de solution injectée 17, et le fonctionnement du dispositif de refroidissement 21 de l'échangeur. Ce pilotage fonctionne selon une boucle générale d'asservissement de ces composants aux consignes de test choisies. 20 Le fonctionnement du banc d'essai de corrosion est à présent décrit. Les étapes successives suivantes sont réalisées. Le surpresseur 11 achemine de l'air atmosphérique12, à un débit contrôlé, dans la 25 conduite d'air 9. Le chauffage de l'air acheminé 12 dans la conduite 9 est alors réalisé dans l'enceinte de chauffage 13, puis la solution liquide corrosive 17, acide, est pulvérisée dans l'air chaud dudit conduit. On obtient alors le gaz de test 7 désiré qui est de la vapeur d'eau acide, de pH compris entre 0,4 et 13,6. Ce gaz est introduit dans ledit échangeur thermique 3 avec les débit, température et pression mesurés, 30 déterminés et contrôlés suivant ladite boucle d'asservissement, tandis que le refroidissement régulé dudit échangeur thermique est opéré. En sortie de l'échangeur thermique, le recueil contrôlé des condensats 23 du gaz de test est effectué. Le gaz de sortie 47 de l'échangeur thermique sort alors de l'échangeur en un gaz épuré 49, aux température et débit contrôlés. En sortie de l'échangeur, la pression du mélange pourra être la pression atmosphérique. Selon une variante de réalisation, l'invention peut être appliquée à un banc d'essai de corrosion 1' pour échangeur thermique de type gaz-gaz 3', tel qu'illustré à la figure 2.. Les composants du banc sont identiques à ceux du banc décrit précédemment. Seul diffère le dispositif de refroidissement 21 de l'échangeur, lequel est réalisé par une circulation d'air dans l'échangeur, par exemple envoyé froid depuis un groupe frigorifique non représenté. Ladite circulation d'air est avantageusement thermo- régulée à l'aide d'un radiateur 51 et assurée par un ventilateur 53, ceci à une température et un débit déterminés en fonction du refroidissement du gaz à réaliser dans l'échangeur. Le fonctionnement est analogue à celui du banc décrit précédemment. L'invention apporte ainsi un procédé et banc d'essai de corrosion d'échangeur thermique, notamment d'échangeur d'air de suralimentation de moteur de véhicule qui permet de tester différentes conditions d'utilisation de ces échangeurs et tester et valider la robustesse de ces échangeurs dans ces conditions. REVENDICATIONS1. Procédé d'obtention d'un fluide corrosif de test (7) pour échangeur thermique (3, 3'), notamment échangeur d'air de suralimentation pour véhicule automobile, comportant une étape d'injection d'au moins une solution liquide corrosive (17), pulvérisée dans un flux d'air comprimé (12) de manière à former ledit fluide de test (7). 2. Procédé selon la revendication 1, configuré pour que ladite solution corrosive (17) passe à l'état de vapeur dans ledit flux d'air comprimé (12), de manière à ce que ledit fluide de test (7) soit un gaz de test. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite solution liquide est un acide, par exemple de l'acide nitrique et/ou de l'acide chlorhydrique. 4. Procédé d'essai de corrosion d'un échangeur thermique, notamment échangeur d'air de suralimentation pour véhicule automobile, utilisant le fluide de test (7) obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Procédé d'essai de corrosion selon la revendication 4, comportant une étape d'introduction dudit fluide de test (7) dans l'échangeur (3, 3') sous l'effet du flux d'air comprimé (12). 6. Procédé d'essai de corrosion selon la revendication 5, comportant une étape de mesure et/ou de contrôle des conditions de température, débit et/ou pression de ladite étape d'introduction du fluide de test (7) dans l'échangeur. 7. Procédé d'essai de corrosion selon la revendication précédente, dans lequel lesdits débit, température et/ou pression du fluide de test (7) à l'entrée de l'échangeur (3, 3') sont compris, respectivement, entre 0 et 800kg/h, 130 et 250°C et 0 et 1 bar relatif. 8. Procédé d'essai de corrosion selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel ledit fluide de test (7) sort de l'échangeur thermique (3, 3') à des valeurs de température et/ou débit comprises respectivement entre 10 et 80°C et 0 et 800 kg/h. 9. Procédé d'essai de corrosion selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel un recueil des condensats (23) est réalisé en sortie de l'échangeur (3, 3'). 10. Procédé d'essai de corrosion selon la revendication 6, dans lequel l'échangeur (3, 3') est soumis à un refroidissement, lesdites valeurs de débit, température et/ou pression du fluide de test (7) à l'entrée de l'échangeur (3, 3'), et/ou de refroidissement de l'échangeur étant asservies à des conditions de test spécifique de l'échangeur. 11. Banc d'essai de corrosion (1, 1') pour échangeur thermique (3, 3'), notamment échangeur thermique d'air de suralimentation de véhicule automobile, destiné à faire circuler un fluide de test (7) dans ledit échangeur, ledit banc comportant des moyens d'acheminement d'un flux d'air comprimé (12) et des moyens (15) pour l'injection d'au moins une solution liquide corrosive (17), pulvérisée dans le flux d'air pour obtenir ledit fluide de test (7). 12. Banc d'essai de corrosion (1, 1') selon la revendication 11, comportant en outre : -des moyens de chauffage (29) du flux d'air (12) en amont desdits moyens (15) pour l'injection de la solution liquide corrosive (17), -des moyens (19) pour l'introduction dudit gaz de test (7) dans ledit échangeur thermique (3, 3') à un débit, une température et/ou une pression contrôlés, -des moyens (21) pour permettre le refroidissement dudit échangeur thermique (3, 3'), -des moyens (48) pour contrôler la sortie dudit gaz de test (47) ayant traversé l'échangeur thermique, notamment en température, débit et/ou pression, et/ou -des moyens (23) pour le recueil, notamment à un débit déterminé, descondensats émis par ledit gaz de test en sortie de l'échangeur thermique. 13. Banc d'essai de corrosion (1, 1') selon la revendication 12, dans lequel lesdits moyens pour l'injection de ladite solution liquide corrosive dans le flux d'air chaud, comprennent une canne d'injection (15) de la solution liquide corrosive (17) reliée à une conduite (9) de circulation de l'air comprimé (12), ladite canne comportant une buse (33) de pulvérisation de la solution (17) sous forme de fines gouttelettes destinées à être vaporisées dans le flux d'air chaud (12) de la conduite. 14. Banc d'essai de corrosion (1, 1') selon la revendication 13, dans lequel lesdits moyens pour l'introduction dudit gaz de test dans ledit échangeur thermique comprennent un collecteur (19) d'admission du gaz, relié à la conduite (9) ou intégré à cette dernière, et un débitmètre (41), un capteur de pression (43) et/ou un capteur de température (45) du gaz, montés sur ledit collecteur. 15. Application d'un banc d'essai de corrosion (1, 1') selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, à la mesure de la résistance à la corrosion d'échangeurs thermiques (3, 3'), notamment d'échangeurs de refroidissement d'air de suralimentation de moteurs thermiques de véhicules automobiles, dans diverses conditions d'utilisation.20