Brevet FR2469685A1 — publié le 19810522

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur et plus particulierement les échangeurs de chaleur utilisés dans le circuit de refroidissement des moteurs thermiqués. On utilise de plus en plus des échangeurs ou radiateurs dont les tubes sont disposés horizontalement et débouchent dans des plaques collectrices recouvertes par des boites à eau. I1 est fréquent, compte tenu de la place dont on dispose, notamment sous le capot d'un véhicule, que certains des tubes horizontaux de l'échangeur constituent la partie la plus haute du circuit de refroidissement et, par conséquent, si le circuit de refroidissement contient de l'air, celui-ci se trouve dans les tubes des rangées- su- périeures. Outre que cet air réduit la capacité d'échange thermique de l'échangeur, il en résulte des inconvénients plus graves encore. En effet, lorsque du liquide chaud est amené à l'échangeur, ceux des tubes qui sont parcourus par le liquide sont brutalement dilatés, notamment au niveau de leur jonction avec la plaque collectrice, tandis que ceux qui contiennent de l'air ne sont pas soumis en même temps à la dilatation et les dilatations différentielles qui en résultent peuvent entraîner fréquemment la rupture de la liaison entre les tubes et les plaques collectrices. La présente invention crée un nouvel échangeur qui remédie aux inconvénients ci-dessus et qui présente, supplémentairement, l'avantage de ne pas nécessiter l'installation d'un vase d'expansion ou nourrice indépendant dans le circuit de circulation du liquide de refroidissement. De plus, l'échangeur de l'invention assure un dégazage permanent du circuit sans qu'il y ait aucune opération à effectuer après une première mise en route. Conformement à l'invention, l'échangeur autopurgeur pour circuits de refroidissement de moteurs du type dans lequel les tubes sont disposés hotizontalement et reliés par des plaques collectrices recouvertes par des boîtes à eau est caractérisé en ce que la boîte à eau de sortie est divisée dans le sens vertical en deux compartiments, le pre mier communiquant avec les tubes et le second avec une embase de remplissage disposée à la partie supérieure et avec une tubulure de reprise de liquide disposée à la partie inférieure, la cloison étant percée d'une ouverture présentant une section de passage introduisant une perte de charge au moins égale à la hauteur d'eau dans la boite pour le liquide circulant de l'un à l'autre compartiment, cette ouverture ouvrant en dessous du niveau de liquide se trouvant dans le second compartiment et un tuyau ouvert à ses deux extrémités s'étendant depuis la partie la plus haute du premier compartiment jusqu'à un niveau du deuxième compartiment situé en dessous du niveau du liquide dans ce compartiment. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une élévation,enparLiearrachée, d'un échangeur autopurgeur à nourrice incorporée faisant application de l'invention. La fig. 2 est une coupe éclatée illustrant un mode de réalisation d'une boîte à eau formant nourrice. La fig. 3 est une coupe-élévation éclatée illustrant une variante de réalisation de la boite à eau formant nourrice. La fig. 4 est une coupe vue sensiblement suivant la ligne IV-IV de la fig. 3. La fig. 5 est une coupe-élévation illustrant une variante de réalisation de la boite à eau formant nourrice. La fig. 6 est une coupe-élévation schématique d'une autre variante de réalisation. La fig. 1 illustre un échangeur refroidisseur pour véhicule qui comporte des tubes 1 disposés horizontalement et débouchant dans deux plaques collectrices 2 et 3. D'une manière connue, les tubes sont relies les uns aux autres par des dissipateurs 4 constitués, dans l'exemple représenté, par des intercalaires ondulés. Les plaques collectrices 2 et 3 sont recouvertes et reliées de façon étanche par des boites à eau 5, 6. La boîte à eau 6 est réalisée selon l'invention pour constituer à la fois une nourrice et un dispositif autopurgeur. Le dessin montre, en effet, que la boite à eau 6 comporte intérieurement une cloison 7 qui la sépare dans le sens vertical en deux compartiments 8 et 9. Le compartiment 8 communique avec les différents tubes 1 et est destiné à être toujours rempli de liquide de refroidissement. Le compartiment 9 constitue une nourrice et un compartiment de reprise du liquide refroidi qui est dirigé vers les chemises de refroidissement d'un moteur par une tubulure 10 prévue à la partie basse dudit compartiment 9. En outre, le compartiment 9 communique, à sa partie supérieure, avec une embase de remplissage 11 normalement fermée par un bouchon 12 qui est avantageusement du type incorporant des clapets de surpression et de dépression. La cloison 7 présente une lumière ou ouverture de passage 13 qui est de préférence pratiquée dans sa partie basse. La section de passage de la lumière 13 est choisie pour créer une perte de charge dont la mesure est au moins égale à la pression correspondant à la hauteur d'eau entre ladite lumière 13 et la partie la plus haute du compartiment 8. La cloison 7 présente, à sa partie supérieure et à un niveau au moins égal à celui du tube 1 situé le plus haut, un trou 14 dans lequel est disposée l'entrée d'un conduit 15 qui ouvre à l'intérieur du compartiment 9, de préférence à la partie basse de celui-ci pour que l'embou- chure du tuyau 15 soit toujours située en dessous du ni eau 16 du liquide se trouvant dans ledit compartiment 9. Il est avantageux, ainsi que l'illustre le dessin, que le tuyau 15 soit coudé à sa partie inférieure en 17 pour que l'embouchure de ce tuyau soit dirigée vers le haut. Le liquide à refroidir provenant des chemises du moteur est amené par exemple par une durite à une tubulure 18 prévue dans la boîte à eau d'entrée 5 qui répartit le liquide à refroidir dans les tubes 1. La boîte à eau 5 comporte également un bouchon de mise à l'air libre 19 placé à sa partie supérieure. Pour procéder au remplissage de l'échangeur et du circuit dont il fait partie, le bouchon de mise à l'air libre 19 est ouvert ainsi que le bouchon de remplissage 12. Du liquide est versé par l'embase 11 et remplit progressivement l'échangeur et le circuit en passant du compartiment 9 par la lumière 13 et le compartiment 8. Le bouchon de mise à l1air libre 19 est alors remis en place ainsi que le bouchon 12. On fait ensuite chauffer le moteur jusqu'à la température-de fonctionnement normal, par exemple jusqu'à l'enclenchement du ventilateur de refroidissement qui est normalement prévu avec le radiateur de refroidissement et qui peut être commandé par une cartouche thermostatique 20 placée dans le compartiment 9. Une grande partie de l'air encore contenu dans le circuit de refroidissement s'accumule dans le compartiment 9 dans lequel le niveau du liquide baisse. Cela est dû à la perte de charge créée par l'ouverture 13 qui oblige le liquide à monter jusqu'au tube le plus haut de l'échangeur en refoulant l'air dans le compartiment 8 au sommet duquel cet air tend a s'accumuler mais à partir duquel il est refoulé par le trou 14 et le tuyau 15. Après arrêt du moteur, on complète le remplissage par le bouchon 12 sans ouvrir à nouveau le bouchon 19 et cela en laissant juste un peu d'air au-dessus du niveau 16 du liquide. Par exemple le niveau 16 est amené environ à 5 cl de l'embase 11 sur laquelle est fixé le bouchon 12. Le véhicule est alors prêt à rouler. Ensuite, en fonctionnement normal, le liquide passe nécessairement par tous les tubes 1 v compris celui setrouvant au niveau le plus élevé car la circulation s'établit toujours, d'une part, à travers l'ouverture 13 et, d'autre part, à travers le trou 14 et le tuyau 15, de sorte qu'on est assuré qu'il n'existe jamais d'air dans les tubes 1 se trouvant au niveau le plus élevé. Après arrêt prolongé du moteur, l'eau se refroidit naturellement, les tubes 1 et le compartiment 8 restent ce pendant pleins d'eau car le tuyau 15 aspire de l'eau dans le compartiment 9 et ainsi l'échangeur se trouve toujours dans les meilleures conditions possibles de fonctionnement. Les boîtes à eau 5 et 6 peuvent être réalisées de différentes façons et, en particulier, la boîte à eau 6 formant nourrice peut, par exemple, être réalisée comme illustré par les fig. 2 à 5. A la fig. 2, elle est constituée par deux pièces complémentaires 21 et 22, la pièce 21 formant la cloison 7 dans laquelle sont pratiqués l'ouverture 13 et le trou 14. Les deux pièces 21 et 22 peuvent être réalisées en matière synthétique moulée ou en métal et elles sont réunies par tout moyen approprié connu de la technique. La liaison entre les deux pièces est exécutée après la mise en place du tuyau 15 qui peut être métallique ou en matière synthétique et il est alors collé ou réuni par un autre moyen, par exemple par friction, par ultra-sons, etc. A la fig. 3, la pièce 22 est réalisée comme à la fig. 2 mais la pièce 21a présente, à partir de la cloison 7, des pinces 23 bien visibles à la fig. 4. En outre, le trou 14 est supprimé. Dans cette réalisation, on met en place un tuyau 15a dont l'extrémité coudée 17a passe par l'ouverture 13 lorsque ce tuyau est maintenu dans les pinces 23. L'extrémité supérieure du tuyau 15a est taillée en biseau et ouvre à la partie supérieure de la pièce 21a qui est destinée à délimiter le compartiment 8. Ce mode de réalisation permet de mettre en place le tuyau 15a après la réunion des deux pièces 21a et 22 constituant la boîte à eau 6. Dans le mode de réalisation des fig. 2 et 3, il est avantageux, comme cela est déjà expliqué dans ce qui précède, de réaliser la boîte à eau 6 en matière moulée mais elle peut évidemment être fabriquée également en métal, notamment en métal embouti, les deux pièces étant reliées soit par des brasures, soit par des sertissages comme l'enseigne la technique en cette matière. A la fig. 5, la boîte à eau est réalisée en matière moulée de façon tout à fait analogue à une boîte à eau or dinaire et on dispose dans cette boîte à eau une grille 24 comportant des entretoises 25 pour la maintenir à distance du fond de la boîte à eau et délimiter ainsi le compartiment 9. Dans ce cas, on réalise un joint 26 destiné à assurer l'étanchéité entre la boîte à eau et la plaque collectrice 3 de façon que ce joint forme en même temps un diaphragme 27 dans lequel est pratiquée l'ouverture 13. Le diaphragme 27 forme également les pattes 23 qui servent à la mise en place du tuyau 15a. A la fig. 6, la boîte eau 6 est réalisée en matière moulée, de préférence une résine synthétique, nour délimiter les deux compartiments 8 et 9 ainsi que la cloison 7, mais elle est ouverte à l'extrémité formant l'embase de remplissage. Les pattes 23 pour le tuyau 15a peuvent ainsi venir facilement de moulage. On forme de même manière par moulage un couvercle 28 comportant l'embase 11 et le couvercle est ensuite réuni à la boîte à eau par ultra-sons ou par un autre procédé connu de la technique. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car divers modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. RE7ENDICATIONS 1 - Echangeur autopurgeur pour circuits de refroidissement de moteurs du type dans lequel les tubes sont dispo sés horizontalement et reliés par des plaques collectrices recouvertes par des boîtes à eau, caractérisé en ce que la boîte à eau de sortie est divisée dans le sens vertical en deux compartiments, le premier communiquant avec les tubes et le second avec une embase de remplissage disposée à la partie supérieure et avec une tubulure de reprise de liquide disposée à la partie inférieure, la cloison étant percée d'une ouverture présentant une section de passage introduisant une perte de charge au moins égale à la hauteur d'eau dans la boîte pour le liquide circulant de l'un à l'autre compartiment, cette ouverture ouvrant en dessous du niveau de liquide se trouvant dans le second compartiment et un tuyau ouvert à ses deux extrémités s'étendant depuis la partie la plus haute du premier compartiment jusqu'à un niveau du deuxième compartiment situé en dessous du niveau du liquide dans ce compartiment. 2 - Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tuyau présente, à sa partie basse, une partie coudée dont l'extrémité est dirigée vers le haut à l'intérieur du deuxième compartiment. 3 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du tuyau est montée dans un trou prévu dans la cloison à un niveau au moins égal à celui auquel débouchent le ou les tubes de I'échangeur placés les plus haut. 4 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le tuyau s'étend en partie dans le premier compartiment, l'une de ses extrémités ouvrant à la partie supérieure de ce premier compartiment et une partie coudée dudit tuyau passant par l'ouverture introduisant une perte de charge entre les deux compartiments. 5 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la boîte à eau d'entrée présente au moins une tubulure pour l'amenée du liquide etv à sa partie supérieure un bouchon de mise à l'air libre 6 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la boîte à eau est constituée par deux pièces complémentaires, l'une était conformée pour être assemblée de façon étanche à une plaque collectrice et présentant un fond dans lequel est pratiquée l'ouverture, et l'autre étant constituée sous la forme d'une boite ouverte formant la tubulure pour l'évacuation du liquide ainsi qu'une embase de remplissage destinée à être fermée par un bpuchon de préférence du type à clapet pression et dépression. 7 - Echangeur suivant l'une des revendications-l à 6, caractérisé en ce que la boîte à eau comportant la cloison est fabriquée en matière moulée. 8 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la boîte à eau est fabriquée en ma tière moulée pour délimiter près de son fond destiné à s'étendre dans une direction approximativement verticale une embase de remplissage et, pres de sa partie inférieure, une tubulure d'évacuation, le bord libre de la boîte a eau formant un talon d'appui pour déformer un joint d'étan chéité destiné à être interposé entre la boîte à eau et la plaque collectrice, ce joint d'étanchéité formant un diaphragme dans lequel est pratiquée l'ouverture introduisant une perte de charge, ce diaphragme prenant appui contre une grille maintenue à distance du fond de la boite à eau par des entretoises. 9 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par des pinces formées à partir de la cloison, ou du diaphragme en tenant lieu, pour la fixation du tube ouvrant à la partie haute de la boite à eau et passant par l'ouverture introduisant une perte de charge. 10 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le second compartiment est prévu de capacité suffisante pour former une nourrice. 11 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la boite à eau est fabriquée en matière synthétique moulée pour délimiter les deux compartiments et la cloison qui les sépare, cette boite à eau étant ouverte à sa partie supérieure et recevant un couvercle également en matière synthétique moulée et fixé par ultra-sons ou un autre procédé de la technique.