Brevet FR2483798A1 — publié le 19811211

i 2483798 L'invention concerne un dispositif de dégazage d'un liquide circulant dans un échangeur de chaleur et, en par- ticulier, dans un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. On sait que la présence de bulles d'air.dans le liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne peut con- duire à l'apparition de "points chauds" dans la culasse du moteur, se traduisant par des risques de détérioration et de destruction de certaines pièces du moteur par insuffi- sance de refroidissement. Pour éviter ces inconvénients, on a déjà proposé di- vers moyens pour "piéger" ces bulles. d'air et les empêcher de circuler dans le circuit de refroidissement et de se rassembler éventuellement en certains points de la culasse du moteur. En particulier dans un échangeur de chaleur à tubes, l'un de ces moyens connus consiste à distinguer dans une bo te à eau du radiateur, de part et d'autre d'une cloison, une chambre collectrice dans laquelle débouchent les tubes de l'échangeur et une chambre de compensation destinée à être remplie partiellement de liquide et communiquant d'une part avec la chambre collectrice à la partie inférieure de la cloison et, d'autre part, avec l'atmosphère extérieure à sa partie supérieure (remplie de gaz) par l'intermédiaire de clapets de surpression et/ou de dépression. La partie supé- rieure de cette chambre de compensation communique également avec la chambre collectrice par un orifice de dégazage formé dans ladite cloison. En fonctionnement, les bulles d'air ou de gaz transpor- tées par le liquide se rassemblent à la partie supérieure de la chambre collectrice et de là, passent directement par ledit orifice dans la chambre de compensation o elles se trouvent "piégées" en raison de la dépression créée dans cette chambre par la pompe de circulation du liquide de refroidissement. On a toutefois constaté que, lorsqu'on arrête le moteur, les gaz emprisonnés dans la chambre de compensation ont ten- dance à revenir par ledit orifice dans la chambre collectrice et dans les tubes supérieurs du faisceau, et peuvent ensuite gagner la culasse du moteur si celle-ci est placée à un niveau supérieur à celui du radiateur, d'o des risques d'apparition de points chauds" au redémarrage du moteur. De plus, quand la chambre de compensation contient un détecteur de niveau minimal de liquide, l fonctionnement de ce détecteur peut être perturbé par un jet de liquide pénétrant dans cette chambre par ledit orifice. L'invention a pour objet un dispositif de dégazage qui permet d'aboutir à un échangeur de chaleur tel qu'un radiateur de circuit de refroidissement d'un moteur qui ne présente pas ces inconvénients. Cet échangeur de chaleur, comprenant une première boite à eau pourvue d'une tubulure d'entrée de liquide, et une seconde boite à eau dans laquelle sont définies, séparées par une cloison, une chambre collectrice et une chambre de compensation, la chambre collectrice communiquant avec la chambre de compensation par un passage supérieur et un passage inférieur, est caractérisé en ce que le passage supérieur étroit formant siphon part du niveau supérieur de la chambre collectrice d débouche dans la chambre de compensation sous le niveau du liquide qu'elle contient. Le passage étroit contient toujours du liquide, que le moteur fonctionne ou qu'il soit arrêté, et on évite ainsi que les gaz emprisonnés dans la chambre de compensation puissent faire retour à la chambre collectrice et ainsi au reste du circuit. On évite également que le fonctionnement d'un détecteur de niveau minimal de liquide dans la chambre de compensation soit perturbé par un jet de liquide pénétrant dans cette chambre. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: - les figures 1, 2 et 3 sont des vues schématiques, en coupe partielle, de trois radiateurs de types différents, comprenant un dispositif de dégazage selon l'invention; - la figure 4 est une vue schématique en coupe longi- tudinale d'une boite à eau de radiateur comprenant un dispo- sitif de dégazage selon l'invention; - la figure 5 est une vue schématique en coupe trans- versale selon la ligne V-V de la figure 4; - la figure 6 est une vue semblable à la figure 4, mais représentant une autre forme de réalisation de l'invention; - la figure 7 est une vue en coupe transversale selon la ligne VII-VII de la figure 6; - la figure 8 est une vue semblable aux figures 4 et 6, mais pour une autre forme de réalisation de l'invention; - les figures 9 et 10 sont des vues en coupe transver- sale, selon les lignes IX-IX et X-X, respectivement, de la figure 8; - la figure 11 est une vue semblable aux figures 4, 6 et 8, mais pour une autre forme de réalisation de l'invention; - la figure 12 est une vue en coupe selon la 'ligne XII-XII de la figure 11, et - la figure 13 est une vue semblable aux figures 4, 6, 8 et 11, pour une autre forme de réalisation. On se réfère tout d'abord à la figure 1, représentant sché- matiquement le principe d'un dispositif de dégazage selon l'in- vention, appliqué à un échangeur de chaleur formant radiateur d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule auto- mobile, la circulation dans l'échangeur étant du type en S. Le corps 10 de l'échangeur de chaleur est un faisceau de tubes horizontaux à ailettes, associé à ses deux extrémités à deux boites à eau 11 et 12 respectivement. La première boîte à eau 11 comprend la tubulure 13 d'entrée de liquide dans l'échangeur, comme indiqué par la flèche 14, et son espace interne est partagé, par une cloison transversale 15, en deux chambres 16 et 17, la tubulure d'entrée 13 débouchant dans la chambre 16, et la chambre 17 ayant un volume supérieur à celui de la chambre 16. La seconde boite à eau 12, comportant à sa partie infé- rieure la tubulure de sortie 18 de l'échangeur, est partagée par une cloison verticale 19 en une chambre collectrice 20 dans laquelle débouchent les extrémités des tubes formant le corps de l'échangeur, et une chambre de compensation 21 dont la partie inférieure communique par un orifice 22 avec la tubulure de sortie 18, et dont la partie supérieure coimmu- nique avec l'atmosphère extérieure par un système de clapets 23 de surpression et de dépression. L'espace interne de la chambre collectrice 20 est partagé par une cloison transversale 24 en une chambre supérieure 26 et une chambre inférieure 27 ayant un volume inférieur à celui de la chambre 26 et communiquant avec la tubulure de sortie 18. Dans un tel échangeur, le liquide circule de la façon suivante: par la tubulure d'entrée 13, il pénètre dans la première chambre 16 de la première boite à eau 11, circule dans des tubes de l'échangeur dans le sens indiqué par la flèche 28, arrive dans la chambre 26, repart dans des tubes de l'échangeur dans le sens indiqué par la flèche 29, pénètre dans la seconde chambre 17 de la première boite à eau 11, circule à nouveau dans des tubes de l'échangeur dans le sens indiqué par la flèche 30, arrive dans la seconde chambre 27 de la chambre collectrice 20 de la seconde botte à eau 12, et gagne la tubulure de sortie 18. Quand le moteur fonctionne, on peut considérer que les chambres 16 et 17 de la première boite à eau 11 ainsi que les chambres 26 et 27 de la seconde boite à eau sont complètement remplies de liquide et que celui-ci remplit la chambre de compensation 21 jusqu'au niveau désigné par la référence 32. On a constaté que, quand le liquide circulant dans l'é- changeur contient des bulles d'air ou de gaz, ce11es-ci ont tendance à se rassembler dans le coin supérieur-gauche de l'échangeur, c'est-à-dire de la chambre collectrice 20, si aucun moyen n'est prévu pour les éliminer, et peuvent ensuite partir en sens inverse dans le circuit à l'arrêt du moteur pour se rassembler en certains points de la culasse du moteur. Pour éviter cet inconvénient, l'invention a prévu de former un dispositif de dégazage dans la seconde boite à eau 12, comprenant un passage supérieur étroit 33 reliant la partie supérieure de la première chambre collectrice 26 à la partie inférieure (remplie de liquide) de la chambre de compensation 21, l'extrémité inférieure de ce passage étroit 33 débouchant sous le niveau 32 du liquide contenu dans la chambre 21. Ce dispositif fonctionne de la façon suivante: quand le moteur est en marche, la pompe de circulation du liquide de refroidissement, prévue en aval de la canalisation 18 de sortie de l'échangeur, crée une dépression dans la chambre 21 qui a pour effet une aspiration par le passage étroit 33 des bulles d-air ou de gaz rassemblées à la partie supérieure de la pre- mière chambre collectrice 26. Le mélange de liquide et de gaz ainsi aspiré passe par le passage 33 et arrive dans la 2 À p -27 93 248379S chambre de compensation 21 sous le niveau 32 du liquide. Les bulles d'air et de gaz remontent ensuite jusqu'à la surface libre 32 du liquide. A l'arrêt du moteur, le gaz emprisonné à la partie supérieure de la chambre de compensa- tion 21 ne peut retourner dans la première chambre collectrice 26, à cause du siphon qui est formé par le passage étroit 33 et la partie inférieure remplie de liquide de la chambre de compensation 21, même dans le cas o une légère surpression s'établit dans la partie supérieure de la chambre 21. En figure 2, on a représenté schématiquement l'application d'un dispositif de dégazage selon l'invention à un autre échan- geur de chaleur, du type dit à circulation en "U". Comme dans la forme de réalisation de la figure 1, le corps 40 de cet échangeur de chaleur est formé par un faisceau de tubes hori- zontaux à ailettes, et est associé à deux boîtes à eau 41 et 42 dans lesquelles débouchent les tubes à leurs extrémités. La première botte à eau 41, comprenant la tubulure 43 d'entrée de liquide, est partagée en deux chambres 46 et 47 par une cloison transversale 45. La tubulure d'entrée 43 débouche dans la première chambre 46, tandis que la seconde chambre 47 comporte la tubulure 48 de sortie de l'échangeur. La seconde boité à eau 42 est partagée parine cloison verticale 49 en une chambre collectrice 50 dans laquelle débouchent les tubes du corps de l'échangeur, et une chambre de 'cormpensation 51, dont la partie inférieure communique avec la chambre collectrice 50 par un orifice 52 et dont la partie supérieure communique avec l'atmosphère extérieure par un système 53 de clapets de surpression et de dépression. Un passage étroit 54, vertical, relie la partie supé- rieure de la chambre collectrice 50 à la partie Inférieure de la chambre de compensation 51, et débouche dans celle-ci sous le niveau 55 du liquide qu'elle contient. Dans cet échangeur de chaleur, le liquide est amené par la tubulure d'entrée 43 dans la première chambre 46 de la botte à eau 41, circule dans une partie des tubes de l'échan- geur dans le sens indiqué par la flèche 56, pénètre dans la chambre collectrice 50 de l'autre botte à eau 42, circule dans l'autre partie des tubes de l'échangeur dans1b sens indiqué par la flèche 57, pénètre dans la seconde chambre 47 de la première botte à eau 41, et sort par la tubulure'48. Le dispo- 6 2PQ3799 sitif de dégazage fonctionne comme précédemne nt indiqué. Dans une autre forme de réalisation représentée en figure 3, l'échangeur est du type à circulation en "I", dont le corps 60 est formé d'un faisceau de tubes horizon- taux à ailettes. Sa première boite à eau 61 comprenant la tubulure d'entrée 63 est dépourvue de cloison transversale, et la seconde boite à eau 62 comprend la tubulure de sortie 68 à sa partie inférieure. Le liquide pénétrant dans la boite à eau 61 par la tubulure d'entrée 63 circule dans les tubes de l'échangeur dans le sens indiqué par la flèche 64, pénètre dans la chambre collectrice 65 limitée &ns la seconde boite à eau 62 par la cloison de séparation 66, et gagne la tubu- lure de sortie 68. Comme précédemment, le dispositif de dégazage est formé par un passage étroit 67 reliant la partie supérieure de la chambre collectrice 65 à la partie inférieure de la chambre de compensation 69, sous la surface libre 70 du liquide qu'elle contient. Un orifice 72 établit une communica- tion entre la partie inférieure de la chambre de compensation 69 et la partie inférieure de la chambre collectrice 65 ou la tubulure de sortie 68. De manière générale, linvention est applicable à tous les types d'échangeurs de chaleur à tubes horizontaux de circulation de liquide. On comprend également que, si la chambre de compensation 21, 51 ou 69 contient un détecteur de niveau minimal de liquide, le mélange de liquide et de gaz sortant de l'extrémité infé- rieure du passage étroit 33, 54 ou 67, ne peut avoir d'influen- ce perturbatrice sur le fonctionnement dudit détecteur. On se réfère maintenant aux figures 4 et 5, représentant une forme particulière de réalisation dudit passage étroit. La boite à eau 81 est du type de celle représentée en figure 1, et comporte la tubulure de sortie 82 de l'échangeur. Une cloison 83 rapportée à l'intérieur de la boite à eau 81 et venant de moulage avec une partie transversale 84 orientée vers le faisceau de tubes à ailettes, partage l'intérieur de la botte à eau 81, en première et seconde chambres collectri- ces 85 et 86 respectivement et en une chambre de compensation 87 dont la partie inférieure normalement remplie de liquide communique avec la tubulure de sortie 82 par un orifice 88 et Ont la partie supérieure, normalemant remplie de gaz, communique avec l'atmosphère extérieure par un embout 89 7 ?qF79 fermé par un système 90 de clapets de surpression et de dépression. On a schématisé en 91 les tubes de l'échangeur, qui sont pourvus d'ailettes 92 et dont les extrémités sont montées de façon étanche dans une plaque à trous 93, à la périphérie de laquelle est fixée la boite à eau 81, de façon classique. Le passage étroit précédemment décrit est ici constitué par un tube cylindrique 94, de faible section, coupé à lon- gueur, et qui e.t disposé dans la première chambre collectrice 85 et fixé sur la cloison interne 83. De celle-ci dépendent des pattes 95 élastiquement déformables, pour la fixation du tube 94 par clipsage entre les pattes 95. La longueur du tron- çon de tube 94 est légèrement inférieure à la longueur de la chambre collectrice 85, et l'extrémité inférieure du tube 94 est reçue dans un auget 96 formé par-la cloison 83 en saillie dans la chambre- 85. En regard de l'auget 96, la cloison 93 présente un orifice 97 de communication entre l'extrémité inférieure du tube 94 montée en place dans l'auget 96, et la chambre de compensation 87. Les extrémités du tube 94 sont coupées en biais ou en biseau de façon à faciliter le passage des bulles de gaz par l'extrémité supérieure du tube 94, comme représenté par la flèche 98. L'auget 96 est situé légèrement au-dessus de la cloison transversale 84 et l'orifice 97 formé dans la cloison 83 débouche sous la surface libre 99 du liquide contenu dans la chambre de compensation 97. On peut également prévoir, comme représenté en pointillé dans les figures 4 et 5, un auget 100 ouvert vers le haut, formé d'une pièceiavec la cloison interne 83 et entourant dans la chambre de compensation 87 le débouché de l'orifice 97, pour obliger les bulles de gaz sortant de l'orifice 97 à monter vers la surface libre 99 du liquide, comme indiqué par la flèche, et pour éviter que ces bulles de gaz soient aspirées dans la-tubulure de sortie 82 à travers l'orifice 88 et retournent dans le circuit de refroidissement auquel est associé l'échangeur de chaleur. Les figures 6 et 7 représentent une variante de réali- sation dudit passage étroit, selon laquelle la cloison interne 83A de la boite à eau 8lA comprend, de moulage, une rainure verticale sensiblement semi-cylindrique 102 à concavité ?4P5'799 tournée vers la première chambre collectrice 85A, et qui s'étend sur sensiblement toute la longueur de cette chambre depuis la partie supérieure de la cloison 83A jusqu'à une faible distance de la cloison transversale 84A séparant la première chambre collectrice 85A de la seconde chambre col- lectrice 86.A. A son extrémité inférieure, cette rainure semi- cylindrique 102 présente un orifice 103 débouchant dans la chambre de compensation 87A sous la surface libre 99A du liquide. Dans la chambre 85A-, la rainure semi-cylindrique 102 est fermée par une plaque rapportée 104 ménageant un orifice de communication avec la première chambre collectrice A à son extrémité supérieure, et fermant de façon sensible- ment étanche ladite rainure 102 sur tout le reste de sa lon- gueur. La plaque 104 est maintenue en place par clipsage entre des pattes 106 dépendant de la cloison interne 83A. Comme dans la forme de réalisation précédente, le débou- ché de l'orifice 103 peut être entouré, dans'la chambre de compensation 87A, par un auget lOA ouvert vers le haut. Les figures 8 à 1^ représentent une autre forme de réa- lisation du'passage étroit selon l'invention, dans laquelle la cloison 83B rapportée à l'intérieur de la boîte à eau 81B présente une partie latérale plane 110, raccordée à angle droit au reste de ladite cloison, et appliquéede façon sensiblement étanche au moyen de deux joints d'étanchéité 111 sur une paroi latérale plane 112 dela boite à eau 81B. Entre les deux joints d'étanchéité 111 est formée de moulage une rainure 113 rectiligne à section sensiblement rectangu- laire, qui s'étend sensiblement sur toute la longueur de la première chambre collectrice 85B et qui se prolonge légèrement en dessous de la paroi transversale 84B séparant les chambres collectrices 85B et 86B. A son extrémité supérieure, ladite rainure 113 débouche dans la chambre collectrice supérieure B par un orifice 114 de ladite partie 110, et son extrémité inférieure est reliée à un canal 115 horizontal débouchant dans la chambre de compensation 87B sous la surface libre 99B du liquide qu'elle contient. Comme précédemment, on peut prévoir, au débouché du canal 115 dans la chambre de compensation 87.3, des moyens pour guider les bulles d'air vers le haut. 9 7e827589 Les figures 11 et 12 représentent encore me autre variante de réalisation, selon laquelle le passage étroit précité est formé par un conduit cylindrique 120 obtenu directement de moulage avec la cloison interne 83C de la boi- te à eau 81C. Ce conduit 120 s'étend sur toute la longueur de la première chambre collectrice 85C et se prolonge jus- qu'en dessous de la paroi transversale 84C séparant les chambres collectrices 85C et 86C. A son extrémité supérieure, il débouche dans la première chambre collectrice 85C par un orifice 121 de la cloison 83C et son extrémité inférieure ouverte 122 débouche directement dans la chambre de compen- sation 87C, sous la surface libre 99C du liquide contenu dans cette chambre. Comme dans les formes de réalisation précédentes, on peut prévoir, à l'extrémité 122 dudit conduit cylindrique , des moyens de guidage des bulles d'air vers le haut. La figure 13 représente une autre variante de réalisa- tion, selon laquelle le passage étroit est formé par un tube logé dans la chambre de compensation 87D de la boite à eau 81D de l'échangeur. L'extrémité supérieure coudée 126 du tube 125 est émmanchée sur un embout 127 dépendant de la partie supérieure de la cloison interne 83D séparant la première chambre collectrice 85D de la chambre de com- pensation 87D et est fixée sur l'embout 127 par un moyen approprié 128. La partie inférieure 129 du tube 125 est fixée, par tôut moyen approprié 130, par exemple par agrafage, sur la cloison interne 83D et se termine par une extrémité 131 coudée en U, débouchant sous b 'niveau 99D du liquide contenu dans la chambre 87D. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dégazage d'un circuit à liquide de refroidissement comprenant un échangeur de chaleur comportant une première boite à eau pourvue d'une tubulure d'entrée et une seconde boite à eau dans laquelle sont définies, séparées par une cloison, une chambre collectriceet une chambre de compensation qui commuiilue avec l'atmosphère par un bouchon à clapets de surpression et de dépression, la chambre collectrice communiquant avec la chambre de compen- sation par un passage inférieur et un passage supérieur, caractérisé en ce que le passage supérieur part du niveau supérieur de la chambre collectrice et débouche dans la chambre de compensation à un niveau inférieur à celui du liquide présent dans cette chambre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit passage forme un siphon entre la chambre collectrice et la chambre de compensation. 3. Dispositif selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que ledit passage supérieur s'étend verticalement le long de ladite cloison depuis la partie supérieure de celle-ci. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit passage supérieur est formé par un tube rapporté sur la face de ladite cloison tournée versla chambre collec- trice et débouche dans la chambre de compensation à travers un orifice formé dans ladite cloison au niveau de l'extrémité inférieure dudit tube. 5. Dispositif'selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure dudit tube est coupée en biseau. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit tube est fixé sur ladite cloison par clipsage entre des pattes élastiquement déformables dépendant de cette cloison. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, ca- ractérisé en ce que l'extrémité inférieure dudit tube pénètre dans un auget dépendant de ladite cloison. 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit passage supérieur est formé par une rainure de ladite cloison, fermée sur sensiblement toute sa hauteur par une plaque rapportée sur ladite cloison, et communiquant par il son extrémité supérieure avec la chambre collectrice et par son extrémité inférieure avec la chambre de compensation. 9. Dispositif salon la revendication 3, caractérisé en caque ledit passage supérieur est formé par une rainure de la face extern3 d'une partie latérale de ladite cloison, appliquée de façon sensiblement étanche sur une paroi laté- rale de la boite à eau, ladite rainure communiquant à son extrémité supérieure avec la chambre collectrice par un orifice de ladite partie latérale de la cloison et débouchant à son extrémité inférieure dans la chambre de compensation par un canal venu de moulage avec ladite cloison. 10. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit passage supérieur est un canal ou conduit formé de moulage dans l'épaisseur de ladite cloison, débouchant à son extrémité supérieure dans la chambre collectrice par un orifice de ladite cloison et communiquant par son extrémité inférieure ouverte avec la chambre de compensation. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débouché dudit passage supérieur dans la chambre de compensation comprend des moyens de guidage des bulles d'air ou de gaz vers le haut. 12. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit passage supérieur est un tube rapporté dans la chambre de compensation, dont l'extrémité supérieure est montée sur un embout de ladite cloison interne débouchant au niveau supérieur de la chambre collectrice, et dont l'extré- mité inférieure coudée en U est fixée sur cette cloison interne. 13. Echangeur de chaleur, formant notamment le radiateur d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule auto- mobile, caractérisé an ce qu'il comprend un dispositif de dégazage selon l'une des revendications précédentes.