Brevet FR2536522A1 — publié le 19840525

Boite à eau comprenant un passage de dégazage et échangeur de chaleur comprenant une telle boite à eau. L'invention concerne une boite à eau pour un échangeur de chaleur destiné en particulier à former le radiateur d'un cir- cuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, par exemple dans un véhicule automobile, ainsi qu'un échangeur de chaleur comprenant cette boite à eau. On sait que, dans un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, par exemple de véhicule automobile, il est important de dégazer le liquide de refroidissement qui circule dans ce circuit, pour éviter le rassemblement de bulles de gaz ou d'air dans la culasse du moteur, qui se tra- duirait par la formation de "points chauds" et par une dété- rioration ou une usure prématurée du moteur Le dégazage du liquide de refroidissement a lieu, en général, dans l'échan- geur de chaleur qui constitue le radiateur de ce circuit. Quand cet échangeur est du typeà faisceau de tubes parallèles muni à ses deux extrémités de boîtes à eau, les bulles d'air ou de gaz présentes dans le liquide de refroidissement se rassemblent en partie supérieure de l'une des boites à eau, en général celle qui ne comprend pas la tubulure d'entrée du liquide dans l'échangeur Le dégazage est opéré au moyen d'un conduit ou passage de dégazage dont une extrémité débou- che en partie supérieure de cette boîte à eau, dans la zone de rassemblement des bulles d'air ou de gaz et dont l'autre extrémité est reliée à un vase d'expansion associé à l'échan- geur de chaleur, ce qui permet, en raison de la dépression re- lative régnant dans le vase d'expansion, de faire passer dans le vase d'expansion, par aspiration, les bulles d'air ou de gaz rassemblées en partie supérieure de la botte à eau. Les passages ou conduits de dégazage sont formés, soit par un simple trou d'une cloison séparant, dans un même bottier, une boîte à eau d'un vase d'expansion, soit par un petit tube fixé par un moyen quelconque dans la boîte à eau et dont l'extrémité supérieure débouche dans la zone de rassemblement des bulles d'air ou de gaz tandis que son extrémité inférieure débouche dans le vase d'expansion sous le niveau du liquide qui y est contenu dans des conditions normales de fonctionne- ment Cette seconde solution est préférée, car elle évite la reprise d'air ou de gaz dans le circuit de refroidissement à l'arrêt du moteur. Toutefois, la disposition et la fixation d'un tube de dégazage dans une boite à eau d'un échangeur de chaleur compliquent l'assemblage de l'échangeur et augmentent son coût. L'invention a notamment pour but d'éviter cet inconvénient, de façon simple et économique. Elle propose à cet effet une boite à eau pour un échangeur de chaleur propre à former le radiateur d'un circuit de refroidissement de moteur à combustion interne, comprenant un passage de dégazage de liquide débouchant au voisinage d'une extrémité de la boîte à eau et destiné à être relié à un vase d'expansion associé à l'échangeur, caractérisée en ce que, la boite à eau étant formée en une pièce par moulage, le passage de dégazage est formé entre une cloison interne de la boîte à eau, venant de moulage en une seule pièce avec les parois de la botte à eau, et une paroi parallèle correspondante de la botte à eau. Ainsi, selon l'invention, un passage de dégazage est formé dans une boîte à eau d'un échangeur de chaleur à la fabrica- tion par moulage de cette boîte à eau, sans qu'il soit néces- saire de fixer ou de disposer ensuite un tube rapporté dans cette boite à eau En d'autres termes, la boîte à eau est ob- tenue d'une pièce par moulage avec le passage de dégeazage vou- lu et peut être montée telle quelle sur un échangeur de chaleur. L'invention concerne également un échangeur de chaleur, co Mpre- nant un faisceau de tubes dans lesquels circule un liquide et deux boites à eau montées aux extrémités du faisceau, caracté- risé en ce qu'il comprend une boite à eau du type précité. L'invention est applicable quel que soit le mode de circula- tion du liquide dans l'échangeur de chaleur (circulation en I, en U ou en Z) et convient plus particulirement à un échangeur à tubes horizontaux. De façon générale, l'invention permet donc de faciliter la fabrication et l'assemblage d'un échangeur de chaleur à déga- zage de liquide pour véhicule, et de réduire le coût-de cet échangeur. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en élévation d'une première forme de réalisation 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 de dessus de l'échangeur de la figure 1, avec une coupe partielle selon la ligne III-III; la figure 4 est une vue en élévation et arrachement partiel d'un échangeur de chaleur selon une variante de réalisa- tion de l'invention; les figures 5 et 6 sont des vues en coupe selon les lignes V-V et VI-VI respectivement de la figure 4; la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 4. On se réfère d'abord aux figures 1 à 3 qui représentent sché- ma-tiquement une première forme de réalisation de l'invention. L'échangeur de chaleur représenté dans ces figures comprend, de façon classique, un faisceau 10 de tubes 12 horizontaux de circulation d'un liquide, qui sont rectilignes et parallè- les les uns aux autres et sont agencés en deux rangées Ces tubes 12 sont munis d'ailettes transversales 14 sur la majeure partie de leur longueur, et leurs extrémités sont montées à étanchéité dans les trous de deux collecteurs ou plaques à tubes 16 Sur ces collecteurs ou plaques 16 sont fixées, de façon classique, deux boîtes à eau 18, 20 La boîte à eau 18, montée à l'extrémité droite du faisceau 10 en figure 1, pré- sente en partie supérieure une tubulure 22 qui est la tubulure d'entrée de liquide dans l'échangeur L'autre boite à eau 20 présente, en partie inférieure, une tubulure 24 qui est la tubulure de sortie de liquide de l'échangeur Le liquide qui est amené à l'échangeur de chaleur pénètre donc dans la boite à eau 18 par la tubulure 22, circule dans les tubes 12 du faisceau en direction de l'autre boîte à eau 20, et sort de cette boite à eau par la tubulure 24 Le liquide circule donc dans le même sens dans tous les tubes 10, et l'échangeur est du type à circulation "en 1 ". Dans cette forme de réalisation, la boîte à eau 20 est obtenue de moulage en une seule pièce avec un vase d'expansion asso- a 5 cié 26 qui est de forme sensiblement tronconique,et dont la base inférieure 28 est fermée de moulage tandis que sa base supérieure, la plus large, est fermée par une plaque rapportée présentant un embout de remplissage 32 La boîte à eau 20 et le vase d'expansion 26 sont reliés l'un à l'autre, en par- tie inférieure, par un conduit 34 venant de moulage Even- tuellement, un voile mince de matière venant de moulage avec la boîte à eau 20 et le vase d'expansion 26 peut relier ces deux éléments l'un à l'autre sur la majeure partie de leur hauteur. Selon l'invention, un passage de dégazage 36 est formé dans la boite à eau 20, entre une paroi longitudinale ou verticale 38 de celle-ci et une cloison interne 40 venant d'une pièce par moulage avec la boite à eau Cette cloison interne 40 est sensiblement plane et s'étend depuis le tiers ou le quart inférieur de la boîte à eau 20 jusqu'au voisinage de l'extré- mité supérieure de cette boite à eau (figure 2). De façon plus précise, la cloison interne 40 est de forme rec- tangulaire plane et est raccordée aux parois de la boite à eau par un bord transversal inférieur 42 et par un bord longitudinal ou vertical 44 Elle présente un autre bord transversal supé- rieur libre 46, au voisinage du sommet de la boite à eau 20, et un bord longitudinal ou vertical libre 48 (figure 3) qui S étend sensiblement dans le plan de la face ouverte de la botte à eau 20, de telle sorte que ce bord longitudinal libre 48 de la cloison interne 40 est appliqué sensiblement à étan- chéité sur le collecteur ou plaque à tubes 16 sur laquelle est montée la boîte à eau 20 L'extrémité inférieure du passage de dégazage 36, ainsi formé entre la cloison interne 40 et la paroi longitudinale 38 de la boite à eau, est reliée au volume interne du vase d'expansion 26 par un conduit extérieur 50 qui est obtenu d'une pièce par moulage avec la boite à eau 20 et le vase d'expansion 26. En fonctionnement, les bulles d'air ou de gaz transportées par le liquide se rassemblent dans la partie supérieure de la boite à eau 20, d'o elles sont reprises par le passage de dégazage 36 et envoyées dans le vase d'expansion 26, en raison de la dépression relative régnant dans le vase d'expansion 26. Le conduit extérieur 50 reliant le passage de dégazage 36 au vase d'expansion 26 débouche sous le niveau du liquide contenu dans ce vase dans les conditions normales de fonc- tionnement, ce qui évite toute reprise d'air ou de gaz dans le liquide à l'arrêt du moteur associé. D'autre part, ce conduit extérieur de liaison 50 débouche dans le vase d'expansion 26 à distance suffisante du conduit inférieur de liaison 34, de sorte que les bulles d'air ou de gaz arrivant dans le vase d'expansion 26 par le conduit 50 ne peuvent être réaspirées dans la boîte à eau 20 par le con- duit inférieur 34. On se réfère maintenant aux figures 4 à 7, qui décrivent une variante de réalisation de l'invention, dans le cas o l'échan- geur de chaleur test du type à circulation de liquide "en U". Dans ce cas, le faisceau 10 de l'échangeur de chaleur, qui est identique au faisceau 10 représenté dans les figures 1 à 3, est pourvu à ses extrémités longitudinales de deux boîtes à eau 58, 60 dans lesquelles débouchent les extrémités des tubes 12 du faisceau et qui sont fixées sur les collecteurs ou pla- ques à tubes 16 du faisceau La première boîte à eau 58 ne comprend ni la tubulure d'entrée, ni la tubulure de sortie de liquide dans l'échangeur, et présente, comme dans le mode de réalisation précédent, une cloison interne 62, qui vient d'une pièce par moulage avec la boite à eau 58, et qui s'étend sensi- blement parallèlement à une paroi longitudinale 64 de cette boite à eau, à faible distance de celle-ci La cloison interne 62 comprend un bord transversal libre 66 au voisinage de l'ex- trémité supérieure de la boîte à eau 58, un bord longitudinal libre 68 qui s'applique sensiblement à étanchéité sur le collecteur 16 ou plaque à tubes correspondant, ainsi qu'un bord longitudinal 70 raccordé de moulage à la paroi de sommet semi- cylindrique de la boite à eau et un bord transversal inférieur 72 raccordé de moulage à la paroi longitudinale 64 de cette boîte à eau En outre, en partie inférieure, cette cloison interne 62 comprend une partie en saillie 74, en forme de U, propre à entourer sensiblement à étanchéité l'extrémité d'un tube 12 a du faisceau La cloison inxterne 62 et la paroi longi- tudinale 64 de la boîte à eau-58 limitent, entre elles, un passage de dégazage 76 qui relie li partie supérieure de la boite à eau au tube 12 a. L'autre boîte à eau 60 est par exemple adtenue de moulage en une seule pièce avec un vase d'expansion 78, comme dans le mode de réalisation précédent Elle communique avec ce vase d'expansion par un conduit inférieur d'aspiration 80, venant également d'une pièce par moulage avec la boite à eau et le vase d'expansion. Cette boite à eau présente, en partie supérieure, la tubulure d'entrée 82 de liquide dans l'échangeur et, en partie infé- rieure, la tubulure 84 de sortie de liquide de l'échangeur. Le volume intérieur de la boite à eau 60 est-partagé en deux compartiments 86 et 88 par une cloison transversale interne 90 qui vient de moulage en une seule pièce avec la boite à eau. -La tubulure d'entrée 82 débouche dans le compartiment supé- rieur 86, tandis que le compartiment inférieur 88 est relié à la tubulure de sortie 84. En dessous de la cloison interne 90, la boîte à eau 58 com- prend une autre cloison interne 92 à section en U, venant également d'une pièce par moulage avec la boite à eau Cette cloison en U 92, qui est raccordée de moulage à une paroi lon- gitudinale 94 de la boite à eau, entoure sensiblement à étan- chéité l'extrémité correspondante du tube 12 a dont l'autre ex- trémité débouche dans le passage de dégazage 76 Un conduit de liaison 96 entre la boite à eau 60 et le vase d'expansion 78 est obtenu directement de moulage avec ces deux pièces - et débouche dans la boite à eau 60 à l'intérieur de l'espace'- limité par la cloison interne 92 à section en U Ce conduit 96 assure une liaison entre le vase d'expansion 78 et le tube 12 a du faisceau, et est relié par ce tube au passage de déga- zage 76 présenté par la première boîte à eau 58. En fonctionnement, les bulles d'air ou de gaz transportées par le liquide pénétrant dans l'échangeur par la tubulure d'entrée 82, ont tendance à se rassembler en partie supé- rieure de la première boite à eau 58, d'o elles sont reprises par le passage de dégazage 76, le tube 12 a du faisceau et le conduit 96, et amenées de cette façon dans le vase d'ex- pansion 78, en dessous du niveau du liquide qui y est contenu dans des conditions normales de fonctionnement. Les deux modes de réalisation qui ont été décrits en réfé- rence aux figures 1 à 3 et 4 à 7, respectivement, sont ap- plicables à des échangeurs de chaleur du type à circulation en I et à circulation en U respectivement Cette invention est également applicable au cas d'un échangeur à circulation de liquide dite "en Z", simplement en prévoyant une cloison interne du même type que la cloison 90 de la figure 6, dans chacune des boîtes à eau 18 et 20 du premier mode de réalisa- tion Pour la première boîte à eau 18, cette cloison interne sera située sensiblement aux deux tiers de sa hauteur à partir de son extrémité inférieure et, pour l'autre boite à eau 20, cette cloison interne sera située au tiers de sa hauteur à partir de son extrémité inférieure. L'invention permet donc d'obtenir un échangeur de chaleur pour- vu d'un passage de dégazage de liquide interdisant une reprise d'air à l'arrêt du moteur et cela quel que soit le type de cet échangeur à circulation de liquide en I, en U ou en Z, et sans qu'il soit besoin de rajouter ou de rapporter des pièces ou des éléments dans les boîtes à eau de cet échangeur. Revendications. 1 Boîte à eau pour un échangeur de chaleur propre à former le radiateur d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, comprenant un passage de dégazage de liquide débouchant au voisinage d'une extrémité de la boîte à eau et destiné à être relié à un vase d'expansion associé à l'échangeur, caractérisée en ce que, la boîte à eau ( 20, 58) étant formée en une seule pièce par moulage, le passage de dégazage ( 36, 76) est formé entre une cloison interne ( 40), 62) de la boite à eau, venant de moulage en une seule pièce avec les parois de cette boîte à eau, et une paroi parallèle correspondante ( 38, 64) de la boite-à eau O 2 Botte à eau selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite cloison interne ( 40, 62) s'étend parallèlement à une paroi longitudinale ( 38, 64) de la boîte à eau et comprend- un bord longitudinal ( 44, 70) et un bord transversal ( 42, 72) raccordés à des parois de la boîte à eau, un bord transversal ( 44, 66) libre au voisinage d'une extrémité de la boîte à eau, et un bord longitudinal libre ( 48, 68) s'étendant sensiblement dans le plan de la face ouverte de la boîte à eau. 3 Boite à eau selon la revendication 2, caractérisée en ce que le bord longitudinal libre ( 48, 68) de la cloison -interne est destiné à être appliqué sensiblement à étanchéité sur le collecteur ou plaque à tubes ( 16) du faisceau de l'échangeur sur lequel est montée la boite à eau. 4 Boite à eau selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend, venant de moulage, un conduit extérieur ( 50) qui débouche à l'intérieur de la boite à eau ( 20) dans le passage de dégazage ( 36) au voisinage du bord transversal ( 42) de la cloison interne ( 40) raccordé à la paroi de la boîte à eau. Boîte à eau selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle est obtenue de moulage en une seule pièce avec le vase d'expansion ( 26 > et avec le conduit extérieur ( 50),ce dernier reliant le passage de dégazage ( 36) au vase d'expansion ( 26). 6 Boîte à eau selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risée en ce que la cloison interne ( 62) comprend une partie en saillie ( 74) propre à entourer l'extrémité d'un tube ( 12 a) du faisceau ( 10) de l'échangeur, de telle sorte que ce tube ( 12 a) débouche dans le-passage de dégazage ( 76) présenté par la boîte à eau ( 58). 7 Echangeur de chaleur, comprenant un faisceau de tubes dans lesquels circule un liquide et deux bottes à eau montées aux extrémités du faisceau, caractérisé en ce qu'une première des boîtes à eau est du type décrit dans l'une des revendica- tions 1 à 5. 8 Echangeur selon la revendication 7, caractérisé en ce que cette botte à eau ( 20) comporte la tubulure ( 24) de sortie de liquide de l'échangeur dont la tubulure d'entrée ( 22) est présentée par l'autre boîte à eau ( 18). 9 Echangeur de chaleur, comprenant un faisceau de tubes dans lesquels circule un liquide et au moins une boite à eau montée à une extrémité du faisceau, caractérisé en ce que cette boite à eau ( 58) est du type décrit en revendication 6. Echangeur selon la revendication 9, comprenant une seconde boîte à eau, caractérisé en ce que cette seconde botte à eau ( 60) est associée au vase d'expansion ( 78) avec lequel elle forme par exemple une seule pièce venant de moulage, et pré- sente une cloison interne ( 92) qui entoure l'extrémité du tube ( 12 a) du faisceau ( 10) dont l'extrémité opposée débouche dans le passage de dégazage ( 76) présenté par la première boite à eau ( 58) et qui relie ce tube ( 12 a) au vase d'expansion ( 78) par un conduit ( 96) venant par exemple de moulage avec la seconde botte à eau ( 60) et le vase d'expansion ( 78). 1 1 11 Echangeur de chaleur selon la revendication 9 et compre- nant une seconde boîte à eau ou selon la revendication 10, caractérisé en ce que la seconde boîte à eau (GG O} présente les tubulures d'entrée ( 82) et de sortie ( 84) de liquide de l'échangeur et est partagée par une cloison internée trans- versale ( 90) en deux compartiments ( 86, 88), dans Ite des- quels débouche la tubulure d'entrée ( 82) et dans l'aute-Tdes- quels débouche la tubulure de sortie ( 84).