Brevet FR2514479A1 — publié le 19830415

Aff 213 25144-79 Echangeur de chaleur à circulation de liquide, en particulier pour un véhicule automobile L'invention concerne un échangeur de chaleur à circulation de liquide, notamment un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidissement de moteur à combustion interne, qui com- prend un faisceau de tubes dans lesquels circule le liquide, des bottes à eau montées aux extrémités du faisceau et com- portant les tubulures d'entrée et de sortie de liquide dans l'échangeur, l'une de ces bottes à eau formant une chambre collectrice, dans laquelle débouchent les extrémités corres- pondantes des tubes, et une chambre d'expansion qui communi- que à sa partie inférieureavec la chambre collectrice et/ou avec la tubulure de sortie du liquide et est pourvue en par- tie supérieure d'un orifice fermé par un bouchon à clapets tarés de surpression et de dépression. Il est déjà connu de prévoir un passage de dégazage entre la partie supérieure-de la chambre collectrice et la chambre d'expansion, de telle sorte que les bulles d'air ou de gaz véhiculés par le liquide et qui se rassembleraient à la par- tie supérieure de la chambre collectrice puissent être éva- cués par ce passage vers la chambre d'expansion. Toutefois, lorsque la tubulure d'entrée de liquide dans l'échangeur débouche à la partie supérieure de la chambre collectrice, il se produit dans cette zone des turbulences qui empochent les bulles d'air ou de gaz de s'y rassembler, de sorte que le passage de dégazage n'a pratiquement plus aucune efficacité. L'invention a pour but d'apporter une solution simple, écono- mique et efficace à ce problème. &lle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type indiqué plus haut, comprenant un faisceau de tubes à au moins une extrémité duquel est montée une botte à eau formant cham- bre collectrice, caractérisé en ce qu'un passage de dégazage du liquide relie, à travers le faisceau de tubes, cette botte à eau à une chambre d'expansion. Ainsi, selon l'invention, la liaison entre une botte à eau et une chambre d'expansion peut être réalisée à travers le faisceau de tubes de l'échangeur, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas cité plus haut, o la tubulure d'en- trée du liquide dans l'échangeur débouche dans celle des bottes à eau qui forme la chambre d'expansion On a en effet constaté que les bulles d'air ou de gaz transportées par le liquide tendent alors à se rassembler dans l'autre botte à eau de l'échangeur, qui est séparée de la chambre d'expansion par le faisceau de tubes. Bien évidemment, l'invention s'applique également aux cas o la chambre d'expansion est indépendante d'une des boites à eau de l'échangeur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le passage de dégazage comprend un tube du faisceau de l'échangeur, qui est réservé à cette fonction et qui, avantageusement, est situé dans la partie médiane du faisceau. 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 longitudinale, selon la ligne I-I de la figure 2, d'un échangeur de chaleur selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 4, pour une variante-de réalisation. La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. La figure 5 est une vue semblable aux figures 1 et 3, pour une variante de réalisation de l'invention. On se réfère d'abord aux figures 1 et 2, représentant une première forme de réalisation de l'invention. L'échangeur de chaleur selon l'invention comprend un faisceau de tubes à disposition générale horizontale, aux extrémi- tés duquel sont montées des bottes à eau il et 12 dans les- quelles débouchent les extrémités des tubes du faisceau 10. L'échangeur de chaleur est à circulation en I, c'est-à-dire que le liquide circule dans les tubes du faisceau 10 dans le sens indiqué par les flèches 13. La botte à eau 12 est partagée par une paroi interne 14 en une chambre collectrice 15 dans laquelle débouchent les extrémités correspondantes des tubes du faisceau 10, et une chambre d'expansion 16 dans laquelle peut être prévu un détecteur de niveau 17 situé par exemple légèrement audessus du plan horizontal médian de la botte à eau 12 La tubulure 18 d'entrée de liquide dans l'échangeur débouche à la partie supérieure de la chambre collectrice 15, tandis que la tubu- lure 19 de sortie de liquide débouche à la partie inférieure de l'autre botte à eau 11 Selon l'invention, un passage de dégazage désigné dans son ensemble par la référence 20 relie la partie supérieure de la botte à eau Il à la chambre d'ex- pansion 16 Ce passage 20 est avantageusement formé par un tube 21 du faisceau 10, prolongé à son extrémité débouchant dans la botte à eau il par un tube vertical 22 et, à son extrémité opposée, par un conduit 23 reliant cette extrémité du tube 21 à la chambre d'expansion 16. Comme on le voit en figure 2, le conduit 23 est obtenu d'une pièce, par moulage, avec la paroi de la botte à eau 12 et traverse la paroi 14 séparant la chambre collectrice et la chambre d'expansion Ce conduit 23 s'étend entre ladite paroi interne 14 et la plaque collectrice 24 dans les trous de laquelle sont montées les extrémités correspondantes des tubes 25 du faisceau 10, ainsi que l'extrémité du tube 21. Le conduit 23 entoure l'extrémité du tube 21 et la sépare, de façon étanche, des extrémités des autres tubes 25 du faisceau. On peut, bien entendu, sélectionner l'un quelconque des tubes du faisceau pour former le passage de dégazage 20, mais, de préférence, on choisit un tube situé dans la partie médiane du faisceau, sous le niveau du liquide contenu dans la cham- bre d'expansion 16 dans les conditions normales de fonction- nement de l'échangeur Le conduit 23, qui est axialement aligné avec le tube 21, débouche ainsi sous la surface libre du liquide dans la chambre d'expansion 16, ce qui évite tout risque de reprise d'air par le passage de dégazage 20, par exemple lorsqu'on arrête le moteur à combustion interne. Cet échangeur de chaleur fonctionne de la façon suivante: le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne pénètre dans la chambre collectrice de la botte à eau 12 par la tubulure d'entrée 18, et circule dans tous les tubes du faisceau, à l'exception du tube 21, dans le sens indiqué par les flèches 13, arrive dans la botte à eau il et sort de l'échangeur par la tubulure 19 Les -bulles d'air ou de gaz véhiculées par le liquide ont tendance à se' rassembler alors en partie supérieure de la botte à eau 11, d'o elles sont reprises par le passage dé dégazage 20 et évacuées dans la botte à eau 16, en raison de la dépression relative régnant dans cette chambre d'expansion 'La vitesse de circulation du liquide est uniforme et relativement faible dans la partie supérieure de la botte à eau Il, ce qui permet un bon dégazage. On se réfère maintenant aux figures 3 et 4, représentant une variante de réalisation de l'invention. Dans cette variante, deux boites à eau sont montées aux extrémités du faisceau de tube 30, dont l'une 31 ne comprend ni-la tubulure d'entrée, ni la tubulure de sortie de liquide dans l'échangeur et dont l'autre 32 est partagée par une cloison interne 33 en une chambre collectrice 34, dans la- quelle débouchent les extrémités correspondantes des tubes du faisceau, et une chambre d'expansion 35, la chambre collec- trice 34 étant elle-même partagée en un compartiment supé- rieur 36 et un compartiment inférieur 37 par une cloison interne transversale 38 La tubulure 39 d'entrée de liquide dans l'échangeur débouche en partie supérieure du comparti- ment supérieur 36, tandis que la tubulure de sortie 40 'débou- che en partie inférieure du compartiment inférieur 37 de la chambre collectrice. Comme dans la forme de réalisation précédente, la cloison interne 33 s'arrête à distance du c 8 té horizontal inférieur de la botte à eau 32 et permet ainsi une liaison entre la chambre d'expansion et la partie inférieure de la chambre collectrice, ainsi qu'avec la tubulure de sortie 40. Cet échangeur de chaleur est à circulation de liquide dite en U, c'est-àdire que le liquide de refroidissement du moteur pénètre dans le compartiment supérieur 36 de la cham- bre collectrice 34 par la tubulure d'entrée 39, circule dans les tubes de la moitié supérieure du faisceau comme indiqué par la flèche 41 et gagne l'autre botte à eau 31, puis cir- cule an sens inverse, comme indiqué par la flèche 42, dans les tubes de la moitié inférieure du faisceau, gagne le compartiment inférieur 37 de la chambre collectrice 34 et sort de l'échangeur par la tubulure 40. Le passage de dégazage 43 selon l'invention est formé, comme dans le mode de réalisation précédent, d'un tube 44 du fais- ceau 30, prolongé à son extrémité débouchant dans la boite à eau 31 par un tuyau vertical 45 orienté vers le haut et, à son extrémité opposée, par un conduit 46 débouchant dans la chambre d'expansion 35 sous le niveau du liquide qui y est- normalement contenu Selon une réalisation avantageuse de l'invention, ce conduit 46 est obtenu de moulage en une pièce avec la paroi de la boite à eau 32 et la cloison transversale 38 et débouche dans la chambre d'expansion 35 par un orifice correspondant de la paroi interne 33 On voit en figure 4 que le conduit 46 sépare, de façon étanche, l'extrémité du tube 44 des extrémités des autres tubes 47 du faisceau 30. Le fonctionnement de cet échangeur de chaleur est identique à celui précédemment décrit. On se réfère maintenant à la figure 5 qui représente une réalisation avantageuse de l'échangeur de la figure 3. Dans cette réalisation, la botte à eau 50 formant chambre collectrice et chambre d'expansion est obtenue de moulage en une seule pièce dans laquelle la chambre collectrice 51 et la chambre d'expansion 52 sont des enceintes séparées, reliées par un voile 53 venant de moulage La chambre collec- trice 51 est partagée en deux compartiments 54 et 55 par une cloison transversale interne 56 dont dépend le conduit 57 séparant de façon étanche des extrémités des autres tubes, l'extrémité du tube 58 du faisceau qui fait partie du passage de dégazage Le conduit 57 est prolongé par un conduit cylin- drique horizontal 59, venant de moulage, qui débouche dans la chambre d'expansion 52 sous le niveau du liquide qui y est normalement contenu. L'autre botte à eau 60 contient un tube ou tuyau vertical coudé 61 dont l'extrémité supérieure est voisine du sommet de la botte à eau 60 et dont l'extrémité inférieure coudée 62 pénètre de façon sensiblement étanche dans l'extrémité cor- respondante du tube 58 du faisceau Le tuyau 61 peut être simplement disposé aà l'intérieur de la botte à eau 60 ou bien, comme représenté au dessin, peut être maintenu par clipsage dans des pattes élastiquement déformables 63 dépen- dant de la paroi de la botte à eau 60. Revendications 1 Echangeur de chaleur à circulation de liquide, en parti- culier pour un véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes à au moins une extrémité duquel est montée une botte à eau formant chambre collectrice, caractérisé en ce qu'un passage ( 20,43,57,58,59,61) de dégazage du liquide relie, à travers le faisceau de tubes ( 10,30), cette boite à eau ( 11, 31,60) à une chambre d'expansion ( 16,35,52). 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, comprenant une autre botte à eau à l'autre extrémité du faisceau, carac- térisé en ce que la tubulure ( 18,39) d'entrée de liquide dans l'échangeur débouche dans ladite autre botte à eau ( 12,32,50). 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, carac- térise en ce que la botte à eau ( 12, 32,50), montée à l'autre extrémité du faisceau ( 10,30) forme ladite chambre d'expan- sion ( 16,35,52) et une chambre collectrice ( 15,34,51). 4 úchangeur de chaleur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le passage de dégazage comprend un tube ( 21,44,58) du faisceau de V'échangeur. 5 Achangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit tube ( 21,44,58) est situé dans la partie médiane du faisceau ( 10,30) - 6 Echangeur de chaleur selon la revendication 4 ou 5, carac- térisé en ce que ledit tube ( 21,44,58) débouche dans ladite autre botte à eau ( 12,32,50) et est relié par un conduit ( 23, 46,57,59) à la chambre d'expansion ( 16,35,52). 7 Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit conduit ( 23,46,57) est obtenu de moulage en une seule pièce avec la paroi de la chambre collectrice - ( 15,34,51) de ladite autre boite à eau ( 12,32,50). 8 lchangeur de chaleur selon la revendication 6 ou 7, carac- térisé en ce que ledit conduit ( 46,57) dépend d'une cloison transversale ( 38,56) partageant la chambre collectrice ( 34, 51) en deux compartiments ( 36,37,54,55). 9 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit conduit ( 23,46,57,59) débouche dans la chambre d'expansion ( 16,35,52) sous le niveau du liquide contenu dans cette chambre dans les conditions norma- les de fonctionnement de l'échangeur. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le passage de dégazage ( 20,43) com- prend un tuyau coudé ( 22,45,61) disposé dans la première botte à eau ( 11,31,60) et dont une extrémité est reliée à l'extrémité correspondante dudit tube ( 21,44,58) du faisceau. 11 i changeur de chaleur selon la revendication 10, carac- térisé en ce que la botte à eau ( 11,31,60) étant à disposi- tion générale verticale, l'autre extrémité du tuyau coudé ( 22,45,61) débouche au voisinage du sommet de cette botte à eau. 12 Echangeur de chaleur selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que ledit tuyau coudé ( 61) est fixé, par exemple par clipsage, sur la paroi interne de la botte à eau ( 60).