Brevet FR2514484A1 — publié le 19830415

Boîte à eau pour un échangeur de chaleur à circulation de liquide comprenant un passage de dégazage du liquide et échangeur de chaleur comprenant cette boîte à eau L'invention concerne une boîte à eau pour un échangeur de chaleur à circulation de liquide, en particulier un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, ainsi que l'échangeur de chaleur comprenant cette boîte à eau. On sait qu'une boîte à eau d'un tel échangeur peut comprendre une permière chambre, ou chambre collectrice, dans laquelle débouchent les tubes du faisceau de l'échangeur, et une seconde chambre, ou chambre d'expansion, propre à être remplie partiellement de liquide et comportant un orifice fermé par un bouchon à clapets tarés de surpression et de dépression. On prévoit en général, dans une telle boite à eau, un passage de dégazage du liquide, qui relie une partie, le plus souvent l'extrémité supérieure, de la chambre collectrice à la chambre d'expansion, de façon telle que les bulles d'air ou de gaz véhiculées par le liquide et qui se rassemblent dans cette partie de la chambre collectrice lors du fonctionnement de l'échangeur, peuissent être évacuées par ce passage de dégazage dans la chambre d'expansion, ce qui évite la formation de "points chauds" dans la culasse du moteur associé à l'échangeur, provoqués par la présence de poches d'air. Quand cet échangeur est du type à circulation de liquide en U ou en S, la chambre collectrice de ladite bolte à eau est partagée en deux compartiments par une cloison transversale et le passage de dégazage relie à la chambre d'expansion l'un de ces compartiments (le compartiment supérieur, lorsque la boîte à eau est à disposition générale verticale et les tubes du faisceau de l'échangeur à disposition horizontale). On a constaté toutefois que, dans ce cas, le dégazage du liquide circulant dans l'échangeur n'est pas parfait, ce qui présente un inconvénient, notamment lorsque le moteur associé à l'échangeur est un moteur diesel, qui est plus sujet à l'apparition de points chauds dans la culasse. L'invention a pour objet un échangeur de chaleur permettant de réaliser un dégazage complet du liquide qui y circule. Elle propose à cet effet une boîte à eau pour un échangeur de chaleur à circulation de liquide, comprenant une chambre d'expansion et une chambre collectrice partagée par une cloison en deux compartiments, et un passage de dégazage de liquide reliant un premier desdits compartiments de la chambre collectrice à la chambre d'expansion, caractérisée en ce que le second compartiment de la chambre collectrice est également relié à la chambre d'expansion par un autre passage de dégazage du liquide. On a en effet constaté que, lors du fonctionnement de l'échan- geur, des bulles d'air ou de gaz se rassemblaient, non seulement dans le premier compartiment de la chambre collectrice pourvu du passage de dégazage permettant de les évacuer dans la chambre d'expansion, mais également dans le second compartiment de la chambre collectrice, d'où elles étaient susceptibles de repartir dans le circuit de refroidissement pour gagner la culasse du moteur. La disposition d'un autre passage de dégazage dans le second compartiment de la chambre collectrice permet d'évacuer ces bulles dans la chambre d'expansion. Selon une autre caractéristique de l'invention, cet autre passage de dégazage débouche dans le second compartiment de la chambre collectrice au voisinage immédiat de la cloison séparant les deux compartiments. En effet, c'est en général sous cette cloison que les bulles d'air ou de gaz avaient tendance à se rassembler dans le second compartiment. Cette cloison est le plus souvent horizontale, mais elle peut également être oblique pour faciliter le guidage des bulles vers ledit autre passage de dégazage. L'invention propose également un échangeur de chaleur, tel en particulier qu'un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidissement de moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte à eau du type qui vient d'être décrit. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un échangeur de chaleur comprenant une boite à eau selon l'invention les figures 2 et 3 sont des vues semblables à la figure 1, mais pour d'autres formes de réalisations de l'invention la figure 4 est une vue schématique en vue longitudinale d'une autre forme de réalisation d'une boite à eau selon l'invention ; et, les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe transversale selon les lignes V-V et VI-VI de la figure 4, respectivement. On se réfère tout d'abord à la figure 1, représentant de fa çon schématique un échangeur de chaleur pourvu d'une boîte à eau selon l'invention. L'échangeur de chaleur comprend un faisceau 10 de tubes à disposition générale horizontale, dans lequel le liquide, par exem ple le liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, circule en S, comme indiqué par les flèches 11. A l'une des extrémités du faisceau 10 est montée une boîte à eau 12, à disposition générale verticale, partagée par une cloison transversale 13 en deux compartiments 14 et 15 de taille différente, la cloison 13 étant prévue au tiers inférieur de la boîte à eau 12. A l'autre extrémité du faisceau 10 est montée une boîte à eau 16 selon l'invention, formant une chambre d'expansion 17 et une chambre collectrice partagée en deux compartiments 18 et 19 verticalement superposés et séparés l'un de l'autre par une cloison transversale 20 prévue au tiers supérieur de la chambre collectrice. Le compartiment supérieur 18 de la chambre collectrice est pourvu d'une tubulure 21 d'entrée de liquide dans 11 échangeur, la tubulure de sortie 22 étant présentée par le compartiment inférieur 15 de l'autre boîte à eau 12. De la façon habituelle, un passage de dégazage 23 relie la partie supérieure du compartiment supérieur 18 à la chambre d'expansion 17 et est par exemple formé par un orifice de la paroi 24 séparant la chambre collectrice de la chambre d'expans ion. La chambre d'expansion comprend, en partie supérieure, un embout 25, qui peut former orifice de remplissage et qui est fermé par un bouchon 26 à clapets tarés de surpression et de dépression. A son extrémité inférieure, la chambre d'expansion 17 est reliée aux tubes inférieurs du faisceau par un conduit 27 présenté par la boîte à eau. En fonctionnement, le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne associé pénètre par la tubulure d'entrée 21 dans le compartiment supérieur 18 de la chambre collectrice de la boîte à eau 16, circule dans les tubes du faisceau 10 comme indiqué par la flèche 11 pour gagner le compartiment supérieur 14 de l'autre boîte à eau 12, repasse en sens inverse dans le faisceau 10 pour gagner le compartiment inférieur 19 de la chambre collectrice de la boîte à eau 16, puis circule à nouveau dans les tubes inférieurs comme indiqué par la flèche 11 inférieure, pour gagner le compartiment inférieur 15 de la boîte à eau 12 et retourner vers le moteur à combustion interne par la tubulure de sortie 22.Les bulles d'air ou de gaz véhiculées par le liquide circulant dans l'échangeur ont tendance à se rassembler au sommet du compartiment supérieur 18 de la chambre collectrice de la boîte à eau 16 et, en raison de la légère dépression relative régnant dans la chambre d'expansion 17, sont aspirées dans cette chambre par le passage de dégazage 23. On a constaté toutefois que des bulles d'air ou de gaz se rassemblaient également dans le compartiment inférieur 19 de la chambre collectrice, sous la cloison transversale 20 et, pour cette raison, l'invention prévoit un second passage de dégazage 28 reliant la partie supérieure du compartiment 19 à la chambre d'expansion 17, On assure ainsi un dégazage complet du liquide circulant dans l'échangeur. L'échangeur de chaleur représenté en figure 2 est également à circulation de liquide en S, et diffère de celui représenté en figure 1 par la disposition des tubulures d'entrée et de sortie de liquide dans l'échangeur. En figure 2, le faisceau 10 de l'échangeur est pourvu, à une extrémité, d'une boite à eau 32 de type usuel, partagée en deux compartiments 33 et 34 par une cloison transversale 35 située au tiers supérieur de la boite à eau. La tubulure 36 d'entrée de liquide dans l'échangeur débouche dans le compartiment supérieur 33. L'autre boîte à eau 37 de l'échangeur est partagée, comme dans la forme de réalisation précédente, en une chambre d'expansion 38 et une chambre collec trice elle-même partagée en un compartiment supérieur 39 et un compartiment inférieur 40 par une cloison transversale 41 située au tiers inférieur de la chambre collectrice. La tubulure 42 de sortie de liquide est présentée par le compartiment inférieur 40 de la chambre collectrice.La cloison ou paroi 43 séparant la chambre d'expansion 37 de la chambre collectrice s'arrête au voisinage de la paroi inférieure de la boite à eau 37 et forme ainsi un orifice de liaison entre la partie inférieure de la chambre d'expansion 37 et la tubulure de sortie 42. Un passage de dégazage 44 relie la partie supérieure du compartiment 39 à la chambre d'expansion 38 etr selon l'invention, un second passage de dégazage 45 relie la partie supérieure de l'autre compartiment 40 à la chambre d'expansion 38. Le fonctionnement de cet échangeur est identique à celui précédemment décrit. On notera simplement que, dans la forme de réalisation de la figure 1, le second passage de dégazage 28 est formé à un niveau supérieur à la surface libre du liquide normalement contenu dans la chambre d'expansion 17, tandis que, dans la forme de réalisation de la figure 2, le second passage de dégazage 45 est formé à un niveau inférieur à la surface libre du liquide dans la chambre d'expansion 38. Dans la forme de réalisation représentée en figure 3, lé- changeur est du type à circulation en U, comme indiqué par les flèches 51. Sur une extrémité du faisceau 10 de l'échangeur est montée une boîte à eau 52 qui n'est pas partagée en deux ou plusieurs compartiments par une cloison transversale. L'autre boîte à eau 53 de l'échangeur présente, comme dans les formes de réalisations précédentes, une chambre d'expansion 54 et une chambre collectrice, qui est partagée en deux compartiments 55 et 56 par une cloison transversale 57 située dans la partie médiane de la boite à eau. La tubulure 58 d'entrée de liquide dans l'échangeur débouche dans le compartiement supérieur 55 de la chambre collectrice, tandis que la tubulure de sortie 59 débouche dans le compartiment inférieur 56.Comme dans la forme de réalisation de la figure 2, la paroi 60 séparant la chambre d'expansion de la chambre collectrice dans la boîte à eau ménage, en partie inférieure de la boîte à eau, un passage ou orifice 61 de liaison entre la chambre d'expansion 54 et la tubulure de sorite 59. Un premier passage de dégazage 62 est formé, à la façon habituelle, entre la partie supérieure du compartiment 55 de la chambre collectrice et la chambre d'expansion, et un autre passage de dégazage 63 est formé entre la chambre d'expansion 54 et le second compartiment 56 de la chambre collectrice, immédiatement en dessous de la cloison transversale 57. Dans cette forme de réalisation, le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne pénètre dans le compartiment 55 de la chambre collectrice par la tubulure d'entrée 58, circule dans le faisceau comme indiqué par la flèche 51 supérieure et gagne la boîte à eau 52, circule en sens inverse dans le faisceau comme indiqué par la flèche 51 inférieure et gagne l'autre compartiment 56 de la chambre collectrice, puis la tubulure de sortie 59. Les bulles d'air et de gaz rassemblées en partie supérieure des compartiments 55 et 56 sont évacuées dans la chambre d'expansion 54 par les passages de dégazage 62 et 63. Dans les formes de réalisations des figures 1, 2 et 3, la boîte à eau peut être obtenue d'une pièce par moulage avec la paroi séparant la chambre d'expansion et la chambre collectrice et avec la cloison transversale partageant la chambre collectrice en deux compartiments. Les passages de dégazage peuvent être des simples orifices de la paroi, ou des conduits venant de moulage, ou encore des tubes rapportés. La paroi séparant la chambre d'expansion de la chambre collectrice peut être formée par un boîtier interne rapporté à l'intérieur de la boîte à eau, et c. En figure 4, on a représenté une forme de réalisation de la boîte à eau selon l'invention, qui est une variante de celle représentée en figure 3 et dans laquelle la chambre d'expansion 70 et la chambre collectrice 71 sont obtenues de moulage en une seule pièce, mais sont des enceintes séparées, l'une de forme sensiblement cylindrique et l'autre sensiblement semi-cylindrique. Ces deux enceintes sont reliées par un voile 72 venant de moulage. La chambre collectrice 71 comprend une paroi ou cloison transversale 73 la partageant en deux compartiments 74 et 75 dont l'un présente la tubulure d'entrée 76 et l'autre la tubulure de sortie 77. Les passages de dégazage 78 et 79, correspondant aux passages 62 et 63 de la figure 3 sont des conduits cylindriques venant de moulage. Revendications 1. Boîte à eau pour un échangeur de chaleur à circulation de liquide, en particulier pour un véhicule automobile, comprenant une chambre d'expansion et une chambre collectrice partagée par une cloison en deux compartiments, et un passage de dégazage de liquide reliant un premier desdits compartiments de la chambre collectrice à la chambre d'expansion, caractérisée en ce que le second compartiment (19, 40, 56, 75) de la chambre collectrice est relié à la chambre d'expansion (17, 38, 54, 70) par un autre passage (28, 45, 63, 79) de dégazage du liquide. 2. Boîte à eau selon la revendication 1, caractérisée en ce que ce passage de dégazage (28, 45, 63, 79) débouche dans le second compartiment (19, 40, 56, 75) de la chambre collectrice au voisinage immédiat de ladite cloison (20, 41, 57, 73). 3. Boite à eau selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit autre passage de dégazage (28, 45, 63) est un orifice d'une paroi (24, 43, 60) séparant la chambre collectrice de la chambre d'expansion. 4. Boîte à eau selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit autre passage de dégazage (79) débouchant dans le second compartiement (75) de la chambre collectrice est un conduit venant de moulage avec la chambre collectrice (71) et la chambre d'expansion (70). 5. Boite à eau selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est à disposition générale verticale et en ce que ledit passage de dégazage (28, 45, 63, 79) débouche dans le second compartiment (19, 40, 56, 75) immédiatement en dessous de la cloison (20, 41, 57, 73) séparant les deux compartiments de la chambre collectrice. 6. Boîte à eau selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite cloison (20, 41, 57, 73) est sensiblement horizontale ou oblique. 7. Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte à eau selon l'une des revendications précédentes.