Brevet FR2706531A1 — publié le 19941223

Vase d'expansion pour circuit de refroidissement de moteur thermique L'invention concerne un vase d'expansion pour un circuit de refroidissement de moteur thermique, notamment de véhicule automobile. Un tel circuit est parcouru par un fluide de refroidissement, généralement de l'eau additionnée d'un antigel, qui est réchauffé par le moteur puis refroidi dans un échangeur de chaleur balayé par un flux d'air, la circulation du fluide étant assurée par une pompe. Dans un mode de fonctionnement classique, appelé "monophasique", le fluide de refroidissement reste en permanence en phase liquide. Son refroidissement est alors assuré par un échangeur de chaleur du type radiateur muni d'un ventilateur. Il existe aussi un mode de fonctionnement appelé "diphasique", selon lequel le fluide de refroidissement peut être présent sous deux phases distinctes, une phase liquide et une phase vapeur. En ce cas, le fluide à l'état de vapeur est condensé dans un condenseur qui est situé à la même place que le radiateur de refroidissement dans le mode de fonctionnement classique. Quel que soit le mode de fonctionnement, il est prévu habituellement une vanne à commande thermostatique qui détecte la température du fluide dans le circuit pour le faire passer, soit dans une branche principale contenant l'échangeur de chaleur, soit dans une branche dérivée courtcircuitant l'échangeur de chaleur, en fonction du niveau de température détectée. Lorsque la température détectée est inférieure à un seuil donné, la vanne fait circuler le fluide dans la branche dérivée, sans traverser l'échangeur de chaleur, ce qui facilite la montée en température du moteur. Dès que la température détectée atteint ou dépasse ce seuil, la vanne fait circuler le fluide à travers l'échangeur de chaleur, sans passer par la branche dérivée, ce qui assure le refroidissement du moteur qui est ainsi maintenu à sa température idéale de fonctionnement. Au cours du fonctionnement, il peut se créer au sein du fluide liquide des bulles d'air ou de gaz qui, si elles s'accumulent sur la culasse du moteur, y créent des points chauds susceptibles d'endommager le moteur. Il est connu de prévoir un passage de dégazage reliant l'échangeur de chaleur et le vase d'expansion prévu pour absorber les variations du volume du fluide en fonction de la température. Cette solution permet d'assurer le dégazage lorsque le fluide circule dans la branche principale contenant l'échangeur de chaleur, mais pas lorsque le fluide circule dans la branche dérivée. Pour éviter pareil inconvénient, il a été prévu, comme enseigné par exemple par le document FR-2 640 364, de prévoir un réservoir annexe alimenté par la branche dérivée et communiquant avec le vase d'expansion par l'intermédiaire d'un clapet automatique. Cette solution permet un dégazage efficace pendant la phase de démarrage du moteur lorsque le fluide liquide circule dans la branche dérivée. Mais comme le débit de circulation au travers de la branche dérivée est faible, le temps nécessaire au dégazage est relativement long. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient. C'est en particulier un but de l'invention de procurer un vase d'expansion qui permet un dégazage rapide et efficace du circuit de refroidissement, quelle que soit la température du liquide, et cela avec un débit élevé. C'est encore un but de l'invention de procurer un tel vase d'expansion qui peut être utilisé aussi bien dans un circuit fonctionnant en mode monophasique que dans un circuit fonctionnant en mode diphasique. L'invention propose à cet effet un vase d'expansion pour un circuit de refroidissement d'un moteur thermique, du type comprenant une entrée et une sortie pour un fluide de refroidissement parcourant ledit circuit. Conformément à l'invention, le vase d'expansion comprend un tamis pourvu d'une multiplicité d'ouvertures de passage de dimensions limitées, ce tamis étant placé à l'intérieur du vase d'expansion sur un parcours de circulation du fluide s 'étendant entre l'entrée et la sortie, de manière à briser les bulles d'air ou de gaz éventuellement présentes dans le fluide. Il en résulte que le liquide est obligé de passer à travers ce tamis, ce qui brise les bulles d'air ou de gaz et facilite leur évacuation. Si certaines bulles sont réaspirées, il s'agira de bulles de très faibles dimensions ayant traversé le tamis. Leur effet sur la pompe ou tout autre élément du circuit sera alors moins préjudiciable que dans le cas de bulles de grandes dimensions. Avantageusement, le vase d'expansion comprend au moins une cloison interne qui, en combinaison avec le tamis, délimite au moins une chambre communiquant avec l'entrée ou la sortie du vase. Dans une première variante de réalisation, la chambre communique directement avec l'entrée du fluide de refroidissement. Dans une autre variante, cette chambre communique directement avec la sortie du fluide de refroidissement. Au sens de l'invention, on entend par le terme "tamis" tout organe possédant une multiplicité d'ouvertures de passage de faibles dimensions, par exemple de l'ordre du dixième de millimètre, et pouvant aller jusqu'au millimètre, susceptible d'être traversé par le liquide pour briser les bulles d'air ou de gaz éventuellement présentes dans celui-ci. Le tamis est avantageusement constitué par une grille ou un grillage, par exemple réalisé en métal ou en matière plastique. Il pourrait s'agir aussi d'une tôle perforée, d'une structure fibreuse imputrescible, etc. Dans le cas où le vase d'expansion est destiné à un circuit de refroidissement en mode monophasique, il est muni d'un bouchon à clapets tarés de dépression et surpression. Dans le cas où il est destiné à un circuit de refroidissement en mode diphasique, il est également muni d'un bouchon à clapets tarés de dépression et surpression. Il comporte en outre une membrane déformable pour absorber les variations du volume de gaz et de liquide contenu dans le circuit. Dans une forme de réalisation de l'invention, où le vase est destiné à un fonctionnement en mode diphasique, celui-ci comprend une première cloison située près de l'entrée et une deuxième cloison située près de la sortie et s'étendant toutes deux partiellement à l'intérieur du vase à partir de deux parois opposées, le tamis s'étendant transversalement à la première et à la seconde cloison pour définir une première chambre communiquant avec l'entrée, une deuxième chambre communiquant avec la première chambre au travers du tamis, une troisième chambre communiquant avec la seconde chambre au travers du tamis et une quatrième chambre communiquant avec la troisième chambre au travers du tamis et communiquant avec la sortie. Ainsi, le liquide contenant de la vapeur et/ou d'autres gaz est obligé de passer à travers le tamis, si bien que la vapeur est parfaitement mélangée au liquide et se condense complètement. En même temps, le tamis permet d'égaliser la surface du liquide dans le vase d'expansion, ce qui facilite la séparation des gaz non condensables. Dans cette forme de réalisation, le tamis est avantageusement constitué d'un faisceau d'ailettes parallèles délimitant entre elles une multiplicité de passages de faibles dimensions. Ces ailettes peuvent comporter des organes facilitant la turbulence et donc le mélange. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un circuit de refroidissement en mode monophasique comprenant un vase d'expansion selon l'invention; - la figure 2 représente le vase d'expansion du circuit de la figure 1; - la figure 3 représente un vase d'expansion pour circuit monophasique dans une variante de réalisation; - la figure 4 représente un vase d'expansion pour circuit diphas ique; - la figure 5 représente un autre vase d'expansion pour circuit diphasique; - la figure 6 représente un vase d'expansion pour circuit diphasique dont le tamis est formé d'un faisceau d'ailettes; et - la figure 7 est une vue partielle en perspective du faisceau d'ailettes du vase de la figure 6. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un vase d'expansion 10 selon l'invention comprenant une entrée 12 et une sortie 14 pour un fluide de refroidissement, ici un liquide, destiné à assurer le refroidissement d'un moteur thermique 16. Le fluide de refroidissement quitte le moteur 16 par une canalisation 18 pour aboutir à une vanne 20 à commande thermostatique contrôlant, en fonction de la température du fluide, l'accès, soit à une branche principale 22 contenant un échangeur de chaleur 24, soit à une branche dérivée 26. L'échangeur de chaleur 24 est un radiateur propre à être parcouru par un flux d'air et auquel est associé un ventilateur 28. Les branches 22 et 26 aboutissent à une conduite commune 30 reliée à l'entrée 12 du vase d'expansion 10. Le circuit comprend en outre une canalisation 32 reliant la sortie 14 du vase d'expansion 10 à l'entrée du moteur 16, et sur laquelle est montée une pompe 34. Le fluide de refroidissement circule en circuit fermé sous l'action de la pompe 34. Lorsque la température du fluide, telle que détectée par la vanne 20, est inférieure à un seuil déterminé, le fluide circule par la branche dérivée 26 en court-circuitant l'échangeur de chaleur 24, ce qui facilite la montée en température du moteur. Lorsque la température détectée atteint ou dépasse ce seuil, la vanne 20 fait circuler le liquide à travers l'échangeur de chaleur 24, sans passer par la branche dérivée 26, ce qui assure le refroidissement du moteur qui est ainsi maintenu à sa température de fonctionnement idéale. En fonctionnement, des bulles d'air ou de gaz peuvent être générées au sein du liquide, ce qui risque de créer des "points chauds" sur la culasse du moteur. Dans la forme de réalisation des figures 1 et 2, le vase d'expansion 10 comprend un fond 36 dont dépendent les entrées 12 et 14, constituées ici par des tubulures. Le vase d'expansion 10 comprend au moins une paroi latérale 38, ainsi qu'une paroi supérieure 40 possédant un embout 42 muni d'un bouchon 44 à clapets tarés de dépression et de surpression. Le vase d'expansion 10 comprend au moins une cloison interne 46 située proche de l'entrée 12 pour délimiter dans le vase une chambre interne 48 communiquant directement avec l'entrée 12. Le vase d'expansion 10 comprend en outre un tamis 50 rattaché notamment à la paroi de fond 36 et à la cloison 46. Le tamis 50 est, dans l'exemple, constitué par une grille en métal ou en matière plastique ayant des ouvertures de faibles dimensions, par exemple de l'ordre du dixième de millimètre. Le fluide à l'état liquide entre dans la chambre 48 par l'entrée 12 et quitte celle-ci au travers des ouvertures de la grille 50 pour quitter ensuite le vase par la sortie 14. Si des bulles d'air ou de gaz sont présentes dans le fluide, ces bulles sont brisées par la grille 50. Les bulles peuvent être complètement brisées ou bien être réduites en bulles de plus faibles dimensions qui, si elles sont réaspirées dans le circuit, ne risquent pas de poser des problèmes de cavitation avec la pompe 34 ou de créer des "points chauds" sur la culasse du moteur. On obtient ainsi un dégazage rapide et efficace aussi bien pendant la phase de démarrage du moteur lorsque le fluide circule par la branche dérivée 26 que pendant la phase de fonctionnement normal du moteur lorsque le fluide passe par la branche principale 22. Dans tous les cas, le dégazage s'effectue sur le débit entier ou sur une grande partie du débit du fluide parcourant le circuit de refroidissement. Dans la forme de réalisation de la figure 3, le vase d'expansion 52 est semblable au vase d'expansion 10 des figures 1 et 2, sauf que les entrées 12 et 14 sont prévues sur la paroi latérale 38 du vase et que c'est la sortie 14 qui communique directement avec la chambre 48. Le fonctionnement du vase 52 est semblable à celui du vase 10. On se réfère maintenant à la figure 4 qui représente un vase d'expansion 54 destiné à faire partie d'un circuit de refroidissement en mode diphasique, qui s'apparente au circuit représenté à la figure 1. Le vase d'expansion 54 reprend la structure générale du vase d'expansion 10 des figures 1 et 2. L'embout 42 portant le clapet 44 est ici prévu sur une paroi latérale 36 du vase. Par ailleurs, le vase 54 comprend une membrane interne déformable 56 permettant de s'adapter aux variations de volume du fluide L en phase liquide et du fluide V en phase vapeur contenus dans le vase. La paroi supérieure 40 du vase comporte un orifice 58 communiquant à l'air libre pour permettre la déformation de la membrane. Dans le volume situé sous la membrane 56, le vase d'expansion 54 reçoit le fluide de refroidissement à la fois en phase liquide L et en phase vapeur V. Le dégazage s'effectue de façon semblable à celui décrit précédemment pour les figures 2 et 3. Le vase d'expansion 62 représenté à la figure 5 s'apparente à celui de la figure 4, sauf que la position de l'entrée 12, de la sortie 14 et de la chambre 48 sont comme dans le cas du vase de la figure 3. Les entrées 12 et 14 sont prévues sur la paroi latérale 38 et la chambre 48 communique directement avec la sortie 14. Dans la forme de réalisation de la figure 6, le vase d'expansion 64 est réalisé sous la forme d'un boîtier de forme générale parallélépipédique comprenant une paroi de fond 66, une paroi supérieure 68 et deux parois latérales 70 et 72 dont dépendent respectivement deux tubulures constituant les entrées 12 et 14 pour le fluide de refroidissement. Le vase 64 comprend une cloison 74 située près de l'entrée 12 et s'étendant partiellement à l'intérieur du vase à partir de la paroi supérieure 68. I1 comprend également une cloison 76 située près de la sortie 14 et s'étendant partiellement à l'intérieur du vase à partir de la paroi de fond 66. Les parois 74 et 76 sont situées dans des plans parallèles entre eux. Le vase 64 comprend un tamis 78 constitué, dans l'exemple, d'un faisceau d'ailettes 80 qui s'étendent parallèlement entre elles et parallèlement aux parois 70 et 72. Ce faisceau d'ailettes est réalisé suivant la technique connue des ailettes de refroidissement d'échangeurs de chaleur. Ces ailettes ont une forme générale rectangulaire (figure 7) et sont disposées de telle façon que leurs grands côtés soient généralement parallèles aux parois 66 et 68. Le faisceau 78 vient en appui sur les extrémités libres respectives des parois 74 et 76. Le faisceau 78 délimite ainsi, en combinaison avec les cloisons 74 et 76, quatre chambres à l'intérieur du vase 64 une première chambre 82 communiquant avec l'entrée 12, une seconde chambre 84 communiquant avec la chambre 82 au travers du faisceau 78, une troisième chambre 86 communiquant avec la seconde chambre 84 au travers du faisceau 78 et une quatrième chambre 88 communiquant avec la troisième chambre 86 au travers du faisceau 78 et communiquant directement avec la sortie 14. Les ailettes 80 définissent entre elles des passages ou ouvertures de très faibles dimensions qui permettent de briser ou éclater les bulles d'air ou de gaz éventuellement présentes dans le liquide. Les ailettes 80 comprennent des éléments 90 générateurs de turbulences et constitués par des emboutis de la tôle constitutive des ailettes. Le liquide contenant de la vapeur ou d'autres gaz est obligé de passer à travers les ailettes 80, les éléments 90 améliorant la turbulence. Entre les ailettes, la vapeur est bien mélangée au liquide et se condense complètement. Simultanément, les ailettes contribuent à l'obtention d'une surface lisse de liquide 92 facilitant la séparation des gaz non condensables. L'invention n' est pas limitée aux modes de réalisation spécifiquement décrits et représentés. Revendications 1.- Vase d'expansion pour un circuit de refroidissement d'un moteur thermique, comprenant une entrée (12) et une sortie (14) pour un fluide de refroidissement parcourant ledit circuit, caractérisé en ce qu'il comprend un tamis (50;78) pourvu d'une multiplicité d'ouvertures de passage de dimensions limitées, ce tamis étant placé à l'intérieur du vase d'expansion (10;52;54;62;64) sur un parcours de circulation du fluide s'étendant entre l'entrée (12) et la sortie (14), de manière à briser les bulles d'air ou de gaz éventuellement présentes dans le fluide. 2.- Vase d'expansion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cloison interne (46;74;76) qui, en combinaison avec le tamis (50;78) délimite au moins une chambre (48;82;88) communiquant avec l'entrée (12) ou la sortie (14) du vase d'expansion. 3.- Vase d'expansion selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre (48) communique directement avec l'entrée (12) du fluide de refroidissement. 4.- Vase d'expansion selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre (48) communique directement avec la sortie (14) du fluide de refroidissement. 5.- Vase d'expansion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tamis (50) est une grille ou un grillage. 6.- Vase d'expansion selon l'une des revendications 1 à 5, destiné à un circuit de refroidissement en mode monophasique, caractérisé en ce qu'il est muni d'un bouchon (44) à clapets tarés de dépression et surpression. 7.- Vase d'expansion selon l'une des revendications 1 à 5, destiné à un circuit de refroidissement en mode diphasique, caractérisé en ce qu'il comprend un bouchon (44) à clapets tarés de dépression et surpression, ainsi qu'une membrane déformable (56). 8.- Vase d'expansion selon l'une des revendications 1 et 2, destiné à un circuit de refroidissement en mode diphasique, caractérisé en ce qu'il comprend une première cloison (74) située près de l'entrée (12) et une seconde cloison (76) située près de la sortie (14) et s'étendant toutes deux partiellement à l'intérieur du vase à partir de deux parois opposées (68;66) et en ce que le tamis (78) s'étend transversalement à la première cloison (74) et à la seconde cloison (76), pour définir une première chambre (82) communiquant avec l'entrée (12), une seconde chambre (84) communiquant avec la première chambre au travers du tamis (78), une troisième chambre (86) communiquant avec la seconde chambre (84) au travers du tamis (78) et une quatrième chambre (88) communiquant avec la troisième chambre (86) au travers du tamis (78) et communiquant directement avec la sortie (14). 9.- Vase d'expansion selon la revendication 8, caractérisé en ce que le tamis (78) est un faisceau d'ailettes parallèles (80) délimitant entre elles une multiplicité de passages. 10.- Vase d'expansion selon la revendication 9, caractérisé en ce que les ailettes (80) comportent des organes (90) générateurs de turbulences.