Brevet FR2506001A1 — publié le 19821119

L'invention concerne un dispositif de boîte à Se 9 OQ et vase d'expansion pour un échangeur de chaleur, notamment pour un radiateur faisant partie du circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Dans un tel dispositif, le vase d'expansion et la boîte à eau sont en général reliés par un conduit de dégazage partant de l'extrémité supérieure de la boîte à eau et de 5 bou- chant dans le vase d'expansion Il est avantageux que ce conduit débouche sous le niveau normal du liquide contenu dans le vase d'expansion, ce qui permet de réduire les risques de reprise d'air ou de gaz par ce conduit, à l'arrêt du moteur. Il est avantageux également que le conduit de dégazage débouche tangentiellement dans le vase d'expansion (c:jui est, en général, à section sensiblement circulaire) ou sous un angle faible par rapport à la paroi du vase, car il se forme alors un tourbillon ou vortex dans le vase, ce qui allonge le temps de parcours des bulles de gaz dans le liquide et est favorable à une bonne séparation du gaz et du liquide, d'o il résulte un bon dégazage du liquide. Toutefois, on a constaté qu'en pratique l'efficacité du dégazage dans un tel dispositif de boîte à eau et vase d'expan- sion n'était pas aussi grande qu'on le prévoyait, essentiellement en raison d'une reprise des bulles d'air ou de gaz dans le cir- cuit par l'orifice d'aspiration qui est formé en général au fond du vase d'expansion et qui débouche soit dans la tubulure de sortie de l'échangeur, soit dans la boîte à eau. L'invention vise précisément à éviter cet inconvénient. Elle y parvient de façon simple, efficace et économique grâce à un dispositif de boîte à eau et vase d'expansion dans lequel le vase d'expansion et la boîte à eau sont reliés l'un à l'autre par un conduit ou orifice de dégazage débouchant sous le niveau normal de liquide dans le vase d'expansion, un orifice d'aspiration étant formé par exemple au fond du vase d'expansion, caractérisé en ce qim'il comprend des moyens propres à freiner un mouvement tourbillonnaire du liquide dans le vase d'expansion au voisinage de l'orifice d'aspiration. Ainsi, en évitant la formation d'un tourbillon de liquide au fond du vase d'expansion, on empêche les bulles d'air ou de gaz présentes dans le licuide de se rassembler au-dessus de l'orifice d'aspiration formé dans le fond du vase d'expansion et de passer dans le circuit de l'échangeur lors d'une aspiration brusque, par exemple lors d'une accélération du moteur. De façon avantageuse, on ne freine pas le mouvement tourbillonnaire du liquide dans le vase d'expansion à une certaine distance de l'orifice d'aspiration, car ce mouvement tourbillonnaire est favorable à la séparation gaz-liquide, donc au dégazage du liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits moyens pour freiner le mouvement tourbillonnaire du liquide comprennent des nervures ou ailettes sensiblement verticales dépendant de la paroi du vase d'expansion et s'étendant à l'intérieur de celui-ci. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue partielle en coupe longitudi- nale d'un dispositif de boite à eau et vase d'expansion selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de 1, figure 1; et la figure 3 est une vue partielle en coupe selon la ligne l II-TII de la figure 1. Dans la forme de réalisation représentée au dessin, le dispositif selon l'invention est du type comprenant une boite à eau 10 et un vase d'expansion 11 qui sont moulés en une seule pièce et sont réunis l'un à l'autre par un voile mince 12 venant de moulage La boite à eau 10 est à section sensiblement semi- circulaire, tandis que le vase d'expansion 11 est cylindrique à section sensiblement circulaire. De la partie inférieure de la boite à eau 10 part la tubulure 13 de sortie de l'échangeur qiui communique avec le vase d'expansion 11 par un orifice 14 du fond 15 de celui-ci. L'ensemble boite à eau 1 O, vase d'expansion 11 est monté sur un faisceau 16 de tubes à ailettes d'un échangeur de chaleur, au moyen d'un collecteur 17 dont les bords forment, de façon classique, des griffes ou pattes rabattues sur un bord p 6 riphérique 18 de la boîte à eau 1 O. L'espace interne de cette boite à eau est partagé en deux chambres 20 et 21 par une cloison transversale 22 La - chambre supérieure 20 loge un tube vertical 23 de dégazage dont l'extrémité supérieure 24 taillée en biseau débouche à l'extré- mité supérieure de la chambre 20 et dont l'extrémité in ë- rieure coudée 25 est emboîtée de façon sensiblement étanche dans une extrémité d'un conduit 26 dont l'autre extrémité 27 débouche dans le vase d'expansion 11, sous le niveau normal du liquide contenu dans celui-ci Dans cette forme de réalisa- tion, le conduit 26 est formé d'une pièce par moulage avec la boîte à eau 10 et le vase d'expansion i 1 et s'étend sensiblement horizontalement. En fonctionnement, les bulles d'air ou de gaz qui sont véhiculées par le liquide circulant dans l'échangeur de chaleur ont tendance à se rassembler à l'extrémité supérieure de la boîte à eau 10 (quand le liquide circule dans cette boite à eau comme indiqué par les flèches 30) Un mélange de gaz et de liquide est ainsi capté par l'extrémité supérieure 24 du tube 23, circule dans ce tube comme indiqué par la flèche 31, et sort dans le vase d'expansion par l'extrémité 27 du conduit 26, en raison de l'aspiration développée dans le vase d'expansion 11 par la circu- lation de liquide dans la tubulure de sortie 13 de l'échangeur de chaleur. Dans cette forme de réalisation, le conduit 26 débouche dans le vase d'expansion 11 sensiblement tangentiellement à la paroi interne de celuici, de sorte que l'éjection du gaz et du liquide par le débouché 27 du conduit 26 crée un mouvement tour- billonnaire du liquide dans le vase d'expansion 11, la surface libre du liquide formant un ménisque 32 comne représenté en figure 1 Ce mouvement tourbillonnaire du liquide dans le vase d'expansion 11 a pour conséquence que les bulles d'air ou de gaz sortant du conduit 26 ont tendance à se rassembler au centre de ce tourbillon, c'est-à-dire sur l'axe vertical du vase d'expansion 11 tout en tendant à remonter vers la surface libre du liquide. Le liquide présent dans le vase d'expansion 11 est en même temps entraîné à travers l'orifice 14 du fond 15 du vase d'expansion dans la tubulure de sortie 13 de l'échangeur de sorte qu'il se forme une zone de concentration de bulles de gaz dans le liquide, qui a la forme sensiblement d'un cône dont le contour est représenté en 33 en figure 1, et dont la pointe est orientée vers le bas en direction de l'orifice d'aspiration 14. On a constaté, en pratique, une reprise de bulles d'air ou de gaz par l'orifice d'aspiration 14, notamment lors des accé- lérations du moteur. Pour éviter cet inconvénient, l'invention a prévu des moyens pour freiner ou empêcher, au voisinage du fond 15 du vase d'expansion 11, la formation du mouvement tourbillonnaire du liquide qui, combiné à l'aspiration par l'orifice 14, provoque la formation du cône 33 et la reprise d'air dans le circuit. Dans la forme de réalisation représentée, ces moyens sont constitués par des ailettes ou nervures verticales 35 dépendant radialement de la paroi du vase d'expansion 11 et s'étendant en saillie à l'intérieur de celui-ci, sensiblement depuis le fond 15 jusqu'à une certaine distance en dessous du débouché 27 du conduit 26. Ces nervures ou ailettes radiales 35, par exemple au nombre de deux et diamétralement opposées comme représenté, freinent ou empêchent la mise en rotation du liquide autour de l'axe vertical du vase d'expansion 11, dans toute la partie inférieure de ce vase d'expansion et empêchent donc la concen- tration des bulles d'air au-dessus ou au voisinage de l'orifice d'aspiration 14. Ces nervures 35 pourraient s'étendre jusqu'au débouché 27 du conduit 26, mais il est avantageux qu'elles s'arrêtent à une certaine distance en dessous de ce débouché 27, pour que le liquide se trouvant au-dessus de ces ailettes 35 puisse prendre un mouvement tourbillonnaire, améliorant la séparation gaz-liquide. La largeur radiale et la hauteur des ailettes sont déter- minées en fonction des conditions d'utilisation de l'échangeur de chaleur et, en particulier, il n'est pas nécessaire que la largeur radiale des ailettes soit égale au rayon du vase d'expansion. On remarquera que le conduit 26 pourrait être légèrement incliné vers le haut, au lieu d'être horizontal, de façon à guider les bulles de gaz vers la surface libre du liquide conte- nu dans le vase-d'expansion 11, et que l'orifice d'aspiration 14 n'est pas nécessairement centré sur l'axe de symétrie du cylindre formant le vase d'expansion 11 ou qu'il peut être formé non dans le fond 15 du vase 11, rniais au voisinage de ce fond. REVEKN Di CATIOIS 1 Dispositif de boîte a eau et vase d'expansion pour échanveur de chaleur, en particulier pour radiateur de xéhicule automobile, dans lequel le vase d'expansion et la boite à eau sont reliés l'un à l'autre par un conduit ou orifice de dégazage, un orifice d'aspiration étant formé dans le vase d'expansion, caractérisé par des moyens ( 35) propres à freiner ou empêcher un mouvement tourbillonnaire du liquide dans le vase d'expailn- sion 11), au voisinage de l'orifice d'aspiration ( 14). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce Éue l'orifice d'aspiration ( 14) est formé dans le fond ( 15) du vase d'expansion ( 11) ou au voisinage de ce fond. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que le conduit de dégazage ( 23, 26) débouche sous le niveau normal ( 32) de liquide dans le vase d'expansion ( 11). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, le vase d'expansion ( 11) étant à section circulaire et le conduit de dégazage ( 23, 26) débouchant tan- gentièllement dans le vase d'expansion, lesdits moyens compren- nent des nervures ou ailettes ( 35) radiales sensiblement verti- cales dépendant de la paroi du vase d'expansion ( 11). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites nervures ou ailettes ( 35) s'étendent à partir du fond ( 15) du vase d'expansion ( 11) jusqu'à une distance prédéterminée en dessous du débouché ( 27) du conduit de dègazage ( 23, 26). 6 Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la dimension radiale des ailettes ( 35) est inférieure au rayon du vase d'expansion ( 11). 7 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdites ailettes ou nervures ( 35) sont au nombre de deux et sont diamétralement opposées.