Brevet FR2683028A1 — publié le 19930430

La présente invention concerne un échangeur de chaleur comportant plusieurs tubes, disposés parallèlement entre un collecteur supérieur et un collecteur inférieur, ainsi qu'un raccord d'admission et un raccord de décharge, au moins le raccord de décharge étant disposé sur le collecteur inférieur et la zone la plus haute, parcourue par le fluide de refroidissement de l'échangeur de chaleur, est située dans le collecteur supérieur. Un échangeur de chaleur de ce genre est connu par exemple d'après le brevet FR-1 286 713. Cet échangeur de chaleur, se composant d'un ensemble de tubes ailetés, est pourvu d'un collecteur supérieur et d'un collecteur inférieur, le raccord d'admission pouvant être placé dans des zones différentes et le raccord de décharge étant prévu en principe sur le collecteur inférieur. Pour différentes applications, il est nécessaire que les tubes occupent dans l'essentiel une position verticale de sorte que la zone la plus haute qui est parcourue par le fluide de refroidissement est située dans le collecteur supérieur. Dans cette zone est collecté l'air entraîné de façon non intentionnelle dans le fluide de refroidissement, ce qui est cependant indésirable pour plusieurs raisons - entre autres à cause du bruit. produit. Dans le brevet FR-1 286 713 précité, l'air séparé dans le collecteur supérieur est aspiré par des tubes prévus spécialement à cet effet qui pénètrent dans le raccord de décharge, la pression relativement basse qui règne dans ce raccord de décharge produisant l'effet d'aspiration. L'objet de la présente invention est de créer un échangeur de chaleur du type défini dans le premier paragraphe et dans lequel on obtienne une désaération correcte également sans conduits tubulaires additionnels. Ce problème est résolu, dans un échangeur de chaleur du type défini ci-dessus, en ce que le collecteur supérieur est profilé de telle sorte que la zone la plus haute est située à proximité et au-dessus de l'extrémité d'au moins un des tubes d'échangeur qui sont parcourus par le fluide de refroidissement dans la direction s'étendant du collecteur supérieur vers le collecteur inférieur A cet égard, les avantages essentiels de l'invention consistent en ce qu'aucun composant additionnel n'est nécessaire pour assurer la dés aération mais simplement le profil du collecteur supérieur et le choix du sens d'écoulement dans les tubes déterminés produisent l'effet désiré. Conformément à une autre caractéristique avantageuse, le collecteur inférieur est divisé en deux chambres, et dans une première chambre débouche le collecteur d'admission à partir duquel un premier groupe de tubes d'échangeur s'étendent jusqu'au collecteur supérieur, qui est lui-même relié par l'intermédiaire d'un second groupe de tubes d'échangeur avec la seconde chambre dans laquelle est prévu le raccord de décharge. Cet agencement est prévu dans des cas où l'espace d'installation et la disposition des conduits de raccordement sont prédéterminés, comme cela est le cas par exemple pour des radiateurs de véhicules automobiles. La disposition des tubes d'échangeur de chaleur dans un premier et dans un second groupe offre en outre la possibilité de produire, pour des sections de tubes unitaires, différentes vitesses d'écoulement agissant sur le nombre des tubes qui sont associés aux différents groupes. Un même effet peut également être obtenu en utilisant des tubes ayant des sections différentes. Pour produire une action d'aspiration particulièrement efficace pour éliminer des bulles d'air, il est judicieux que la section totale de tous les tubes d'échangeur du premier groupe soit plus grande que la section totale de tous les tubes d'échangeur du second groupe, afin d'obtenir ainsi une plus grande vitesse d'écoulement et d'assister l'action d'aspiration. Pour des raisons basées sur les techniques de fabrication et en vue d'une normalisation des composants, il est avantageux d'utiliser des tubes d'échangeur ayant les mêmes formes de section et les mêmes grosseurs, auquel cas au maximum 75 % de tous les tubes de l'échangeur font partie du premier groupe. Il s'est avéré particulièrement avantageux d'utiliser une répartition dans laquelle le rapport entre les nombres des tubes du premier groupe et du second groupe est de 5:3. La zone la plus haute pour le fluide de refroidissement peut être constituée d'une manière simple par un canal s'étendant dans la direction longitudinale du collecteur correspondant. Ce canal est alors situé au-dessus des extrémités du second groupe de tubes d'échangeur. Il est alors en outre possible de créer dans une zone centrale - en considérant la direction longitudinale du collecteur - une chambre dans laquelle pénètre un des tubes d'échangeur et qui est reliée, par l'intermédiaire d'orifices latéraux, avec le canal s'étendant des deux côtés de la chambre. Dans une autre forme de réalisation, le collecteur supérieur comporte plusieurs parties bombées qui constituent chacune la zone la plus haute. Ces parties bombées sont avantageusement disposées avec un espacement qui correspond à l'espacement des tubes d'échangeur - ou bien d'un multiple entier desdits tubes situés dans une rangée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la Figure I représente un échangeur de chaleur comportant un raccord d'admission et un raccord de décharge sur le collecteur inférieur la Figure 2 représente séparément le collecteur supérieur la Figure 3 est une vue en élévation faite dans la direction de la flèche III de la Figure 2 la Figure 4 est une vue en coupe faite selon la ligne IV-IV de la Figure 2 la Figure 5 est une vue en coupe faite selon la ligne V-V de la Figure 2 la Figure 6 représente une variante de réalisation du collecteur supérieur la Figure 7 est une vue en coupe faite selon la ligne VII-VII de la Figure 6, et la Figure 8 est une vue en coupe faite selon la ligne VIII-VIII de la Figure 7. Sur la Figure 1 est représenté un échangeur de chaleur 10 agencé sous la forme d'un radiateur pour un véhicule automobile et qui se compose d'un ensemble de tubes ailetés 11, d'un collecteur inférieur 12 et d'un collecteur supérieur 13. Dans une partie arrachée de l'ensemble de tubes ailetés 11, on a représenté les tubes 14 de l'échangeur de chaleur, dont les extrémités - comme cela sera encore décrit de façon détaillée dans la suite - sont engagées dans les fonds des collecteurs 12 et 13. Sur le collecteur inférieur 12 sont formés un raccord d'admission 15 et un raccord de décharge 16, lesdits raccords étant reliés respectivement à des chambres séparées situées à l'intérieur du collecteur inférieur 12. La Figure 2 représente séparément le collecteur supérieur 13. Ce collecteur supérieur comporte un grand nombre de parties bombées 17 dirigées vers le haut et, entre celles-ci, des parties de paroi déformées vers le bas en créant un genre de creux 18. Comme le montre la Figure 3, ces parties bombées 17 et ces creux 18 s'étendent seulement sur environ 1/3 de la profondeur totale du collecteur 13 de telle sorte que ces parties bombées sont prévues seulement dans la zone qui est située au-dessus des extrémités des tubes d'échangeur dans lesquels le fluide de refroidissement s'écoule en retour vers le collecteur inférieur 12 pour être canalisé jusque dans le raccord de décharge 16. La représentation de la Figure 4 est une vue en coupe faite suivant la ligne IV-IV de la Figure 2, en montrant additionnellement cependant une partie de l'échangeur de chaleur 10. L'ensemble de tubes ailetés 11 comporte trois - en considérant le sens 20 d'écoulement de l'air - rangées de tubes d'échangeur 14' et 14" qui sont disposées l'une après l'autre. Les extrémités des tubes d'échangeur 14' et 14" débouchent dans un fond 21, sur lequel est fixé le collecteur supérieur 13 de façon étanche au liquide. Le collecteur 13 comporte les parties bombées 17 sur le côté qui est situé au-dessus des extrémités des tubes d'échangeur 14" tandis que, sur le côté opposé, ce collecteur 13 est pourvu d'une surface plane.Sur le côté extérieur, le collecteur 13 comporte une saillie profilée , qui sert à l'appui et/ou la fixation dans un carter de chauffage ( non représenté sur les dessins ). La référence 22 désigne les flèches qui indiquent le sens d'écoulement du fluide de refroidissement dans les tubes 14' de l'échangeur de chaleur. En correspondance aux flèches 23, le fluide de refroidissement est soumis à un renvoi dans le collecteur 13 et il est canalisé dans les tubes 14" de l'échangeur de chaleur, où il s'écoule à nouveau vers le collecteur inférieur, en correspondance à la flèche 24, pour arriver ainsi au raccord de décharge. Les tubes 14', dans lesquels passe le fluide de refroidissement dans la direction des flèches 22, forment un premier groupe de tubes d'échangeur 14' alors que par contre les tubes 14" qui canalisent le fluide de refroidissement dans le sens de la flèche 24 forment un second groupe.Du fait que le nombre de tubes 14' du premier groupe est plus grand que le nombre de tubes 14" du second groupe, on obtient que, pour une même section de tous les tubes, la section totale du premier groupe soit plus grande que la section totale du second groupe. I1 en résulte une plus grande vitesse d'écoulement dans les tubes 14", avec un effet correspondant d'aspiration par lequel l'air, qui a tendance à être collecté dans les parties bombées 17 du collecteur supérieur 13, est soumis à un entrainement et est canalisé vers le raccord de décharge 16. La Figure 5 représente une vue en coupe du collecteur supérieur 13, suivant la ligne V-V de la Figure 2. Cette coupe traverse un creux 18, en arrière duquel est visible le contour de la partie bombée 17. Cette représentation montre nettement que les parties de paroi qui forment les creux 18, sont refoulées vers le bas en direction du fond 21 de collecteur représenté sur la Figure 4 de sorte qu'on évite un écartement latéral de l'air à partir de la direction d'écoulement du fluide de refroidissement. La Figure 6 représente une autre forme de réalisation d'un collecteur supérieur 33, qui est représenté de la même façon que le collecteur 13 de la Figure 2, sans le fond à tubes et les autres parties de l'échangeur de chaleur. Du collecteur 33 fait saillie une nervure de soutien 34, qui sert à l'appui de l'échangeur de chaleur contre une paroi intérieure d'un carter, et simultanément également à assurer une étanchéité contre de l'air parasite. Comme le montre la Figure 7, l'échangeur de chaleur 10 comporte un ensemble 31 de tubes d'échangeur 32 et 35, le sens d'écoulement du fluide de refroidissement dans les tubes correspondants de l'échangeur étant indiqué par les flèches 22 et 24. Les tubes 32 et 35 de l'échangeur de chaleur sont maintenus par leurs extrémités dans un fond 21, sur lequel est fixé le collecteur supérieur 33 de façon étanche au liquide. La zone la plus haute du trajet d'écoulement du fluide de refroidissement est constituée par un canal 36 qui s'étend au-dessus de l'extrémité des tubes 35 de l'échangeur de chaleur. Comme le montrent les Figures 6 et 8, le collecteur supérieur 33 comporte, dans une zone du canal 36, une paroi 37 qui délimite une chambre 38, qui définit seulement le volume du canal 36 au-dessus d'un seul tube 35 de l'échangeur de chaleur. Dans la zone la plus haute de la paroi 37, il est prévu - en considérant la direction longitudinale du canal 36 -, de chaque côté, des orifices 39 par l'intermédiaire desquels de l'air se trouvant dans le fluide de refroidissement est amené intentionnellement dans la chambre 38, à partir de laquelle il est évacué par l'effet d'aspiration produit dans le tube 35 de l'échangeur de chaleur. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur (10) comportant plusieurs tubes (14), disposés parallèlement entre un collecteur supérieur et un collecteur inférieur (12, 13, 33), ainsi qu'un raccord d'admission (15) et un raccord de décharge (16), au moins le raccord de décharge (16) étant disposé sur le collecteur inférieur (12) et la zone la plus haute, parcourue par le fluide de refroidissement de l'échangeur de chaleur (10), est située dans le collecteur supérieur (13, 33), caractérisé en ce que le collecteur supérieur (13, 33) est profilé de telle sorte que la zone la plus haute est située à proximité et au-dessus de l'extrémité d'au moins un des tubes d'échangeur (14", 35) qui sont parcourus par le fluide de refroidissement dans la direction (24) s'étendant du collecteur supérieur (13, 33) vers le collecteur inférieur (12). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur inférieur (12) est divisé en deux chambres et dans une première chambre débouche le raccord d'entrée (15) à partir duquel un premier groupe de tubes d'échangeur (14', 32) s'étendent jusqu'au collecteur supérieur, et le collecteur supérieur (13, 33) est relié par l'intermédiaire d'un second groupe de tubes d'échangeur (14", 35) avec la seconde chambre dans laquelle est prévu le raccord de décharge (16). 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section totale de tous les tubes d'échangeur (14', 32) du premier groupe est plus grande que la section totale de tous les tubes d'échangeur (14", 35) du second groupe. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que tous les tubes d'échangeur (14 14', 14", 32, 35) ont la même forme de section et la même grosseur et en ce que le nombre des tubes d'échangeur (14', 32) du premier groupe est plus grand que le nombre de tubes d'échangeur (14", 35) du second groupe. 5. Echangeur de chaleur selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la zone la plus haute est constituée par un canal (36) s'étendant dans la direction longitudinale du collecteur correspondant. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que - en considérant la direction longitudinale du collecteur (33) - il est prévu dans une zone centrale une chambre (38) dans laquelle pénètre un des tubes (35) de l'échangeur de chaleur et qui est reliée, par l'intermédiaire d'orifices latéraux (39), avec le canal (36) s'étendant des deux côtés de la chambre. 7. Echangeur de chaleur selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le collecteur supérieur (13) comporte plusieurs parties bombées (17) qui forment chacune la zone la plus haute. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les parties bombées (17) sont disposées avec un espacement qui correspond à l'espacement du tube d'échangeur situé dans une rangée - ou bien d'un multiple entier desdits tubes 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au maximum 75 % de tous les tubes d'échangeur (14) font partie du premier groupe. 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rapport entre les nombres des tubes d'échangeur (14) du premier groupe et du second groupe est de 5 : 3.