Echangeur de chaleur à circulation de liquide, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un passage de dégazage de liquide

Abstract

 Echangeur de chaleur comprenant un faisceau (10) de tubes dans lequel circule un liquide de refroidissement, au moins une boîte collectrice (20) montée à une extrémité du faisceau, une chambre d'expansion (22) communiquant avec ladite boîte collectrice à sa partie inférieure et un passa­ge de dégazage de liquide reliant la boîte collectrice (20) à la chambre d'expansion (22), ce passage de dégazage compre­nant au moins un tube (54) du faisceau (10) situé à un ni­veau inférieur à celui d'une paroi transversale de la boîte collectrice (20) ainsi qu'un conduit (60) qui débouche dans la chambre d'expansion (22) et dans la boîte collectrice (20) en regard et à distance de l'embouchure (58) du ou des tubes (54).

Description

[0001] L'invention concerne un échangeur de chaleur à circulation de liquide, notamment un radiateur faisant partie d'un cir­cuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile.

[0002] Elle concerne plus précisément un tel échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes dans lequel circule le liquide, au moins une boîte collectrice montée à une extrémité du faisceau, une chambre d'expansion communiquant avec la boîte collectrice à sa partie inférieure et un pas­sage de dégazage de liquide reliant la boîte collectrice à la chambre d'expansion, la boîte collectrice comportant au moins une paroi transversale située au-dessus du niveau du passage de dégazage.

[0003] Un échangeur de chaleur de ce type est connu en particu­lier par la Demande de Brevet français N^o 81 19 272, publiée sous le N^o 2 514 479, au nom de la Demanderesse. Cet échan­geur de chaleur connu comprend un faisceau de tubes dans lequel circule le liquide, une première boîte collectrice montée à une extrémité du faisceau, une deuxième boîte col­lectrice montée à l'autre extrémité du faisceau, une chambre d'expansion communiquant avec la deuxième boîte collectrice à sa partie inférieure et un passage de dégazage de liquide reliant à travers le faisceau de tubes la première boîte collectrice à la chambre d'expansion, la deuxième boîte collectrice comportant une paroi transversale, ici une cloi­son transversale, située au-dessus du niveau du passage de dégazage et permettant au fluide de circuler suivant un parcours en U à travers les tubes du faisceau.

[0004] Dans cet échangeur de chaleur connu, le passage de dégazage a pour but d'évacuer vers la chambre d'expansion les éven­tuelles bulles d'air qui sont prisonnières du liquide de refroidissement et en particulier les bulles d'air éventuel­lement présentes dans la première boîte collectrice.

[0005] On sait en effet que de telles bulles qui circulent dans le circuit de refroidissement du moteur ont tendance à se rassembler en certains points de la culasse du moteur en entraînant des risques d'apparition de "points chauds" pou­vant détériorer éventuellement certaines pièces du moteur par insuffisance de refroidissement.

[0006] Dans l'échangeur de chaleur connu par la Demande de Brevet français précitée, la paroi transversale est une cloison transversale qui est prévue dans la deuxième boîte collectri­ce, qui divise cette boîte en deux compartiments, à savoir un compartiment inférieur et un compartiment supérieur, et qui oblige ainsi le liquide de circuler dans un sens depuis la deuxième boîte collectrice vers la première boîte collectrice et dans l'autre sens depuis la première boîte collectrice vers la deuxième boîte collectrice. Le liquide circule ainsi dans le faisceau de tubes suivant un parcours ou circuit en U, encore appelé "bi-circuit".

[0007] Cependant, cet échangeur connu présente un inconvénient majeur étant donné que des bulles d'air ont tendance à se regrouper sous ladite cloison transversale dans le comparti­ment inférieur de la deuxième boîte collectrice, sans pou­voir être évacuées correctement vers la chambre d'expansion.

[0008] Au surplus, la réalisation de ce passage de dégazage est relativement complexe car elle nécessite notamment un tube coudé dont une extrémité doit être en communication étanche avec la chambre d'expansion.

[0009] On connaît, par ailleurs, d'après la Demande de Brevet fran­çais N^o 81 19179, publiée sous le N^o 2 514 484, au nom de la Demanderesse, la réalisation d'un passage de dégazage entre une boîte collectrice et une chambre d'expansion qui communiquent entre elles et sont situées à une extrémité d'un faisceau de tubes. Toutefois, ce passage ne permet pas de résoudre efficacement le problème du dégazage de la boîte coilectrice située à l'autre extrémité du faisceau de tubes.

[0010] L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvé­nients des passages de dégazage des échangeurs connus dans la technique antérieure.

[0011] L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur à circulation de liquide, en particulier pour véhicule auto­mobile, comprenant un faisceau de tubes dans lequel circule le liquide, au moins une boîte collectrice montée à une extrémité du faisceau, une chambre d'expansion communiquant avec la boîte collectrice à sa partie inférieure et un pas­sage de dégazage de liquide reliant la boîte collectrice à la chambre d'expansion, la boîte collectrice comportant au moins une paroi transversale située au-dessus du niveau du passage de dégazage.

[0012] Selon la caractéristique essentielle de l'invention, ce passage de dégazage comprend, en combinaison, au moins un tube du faisceau situé à un niveau inférieur à celui de la paroi transversale ainsi qu'un conduit qui débouche d'une part dans la chambre d'expansion et d'autre part dans la boîte collectrice, en regard et à distance de l'embouchure du ou des tubes du faisceau précités.

[0013] Ainsi, selon l'invention, le ou les tubes faisant partie du passage de dégazage sont constitués par des tubes du faisceau dans leur fonction normale de circulation du liqui­de. Ce passage de dégazage permet d'évacuer vers la chambre d'expansion les éventuelles bulles de gaz qui se rassemblent sous la paroi transversale de la boîte collectrice, c'est-à-­dire la paroi supérieure de ladite boîte à eau et cela par un effet d'aspiration du liquide circulant d'abord à travers le ou les tubes du faisceau et ensuite à travers le conduit, les bulles étant aspirées vers ce conduit à travers l'espace ménagé entre le conduit et l'embouchure du ou des tubes du faisceau.

[0014] Suivant une autre caractéristique, la paroi transversale est une cloison transversale située dans la boîte collectri­ce en divisant celle-ci en deux compartiments.

[0015] Au surplus, ce passage de dégazage permet d'enlever effica­cement les bulles se rassemblant éventuellement dans la boîte collectrice.

[0016] Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le passage de dégazage comprend un seul tube du faisceau, ce tube étant de forme générale cylindrique, et le conduit présente alors également une forme générale cylindrique, le tube et le conduit étant alignés axialement.

[0017] Pour obtenir l'effet d'aspiration précité, il est préférable que le diamètre interne du conduit cylindrique soit supérieur au diamètre externe de l'embouchure du tube du faisceau.

[0018] Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le conduit est situé à proximité immédiate de la cloison transversale de la première chambre collectrice, sans toute­fois être rattaché à cette cloison transversale.

[0019] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le conduit faisant partie du passage de dégazage dépend d'une cloison longitudinale qui sépare la boîte collectrice et la chambre d'expansion et le conduit s'étend intégralement dans la deuxième boîte collectrice.

[0020] Avantageusement, le conduit est obtenu de moulage en une seule pièce avec ladite cloison longitudinale.

[0021] L'invention prévoit en outre que la boîte collec­trice, la chambre d'expansion et la cloison longitudinale qui les sépare soient obtenues de moulage en une seule pièce.

[0022] Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, dans lequel :

- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur selon l'invention; et

- la figure 2 est une vue partielle à échelle agrandie et partiellement en coupe de l'échangeur de chaleur représenté à la figure 1.

[0023] L'échangeur de chaleur représenté sur les figures 1 et 2 comprend un faisceau 10 de tubes à disposition générale horizontale, aux extrémités duquel sont montées des boîtes à eau 12 et 14 dans lesquelles débouchent les extrémités des tubes du faisceau 10. La boîte à eau 12 forme une premiè­re boîte collectrice 16 dans laquelle débouchent les extré­mités des tubes du faisceau 10. La boîte à eau 14 est parta­gée par une cloison longitudinale 18 en une deuxième boîte collectrice 20 dans laquelle débouchent les estrémités cor­respondantes des tubes du faisceau 10, et en une chambre d'expansion 22 qui communique à sa partie inférieure avec la boîte collectrice 20 par un passage de communication 24.

[0024] La chambre d'expansion 22 comprend, en partie supérieure, un embout qui peut former orifice de remplissage et qui est fermé par un bouchon 26 à clapets tarés de surpression et de dépression.

[0025] La boîte à eau 12 comprend, à la manière habituelle, une paroi 28, avantageusement réalisée par moulage d'une matière plastique, ayant, en section droite, la forme générale d'un U et définissant ainsi une extrémité ouverte. L'extrémité ouverte de la paroi 28 est fixée sur un collecteur ou plaque à trous 30 au moyen d'une pièce de sertissage périphérique 32 (figure 2). Les trous de ce collecteur sont traversés de façon étanche par une des extrémités des tubes 34 qui composent le faisceau 10 et qui sont munis d'ailettes de refroidissement 36.

[0026] Les autres extrémités des tubes 34 traversent de façon étan­che un autre collecteur ou plaque à trous 38 sur lequel est montée la paroi latérale 40 de la boîte à eau 14. Cette dernière est réalisée d'une seule pièce par moulage d'une matière plastique et présente une forme évasée dont la sec­tion s'accroît progressivement depuis la partie inférieure de la boîte à eau jusqu'à sa partie supérieure qui comporte le bouchon 26.

[0027] La boîte à eau 14 comporte également, venue de moulage avec elle, une tubulure 42 d'entrée du liquide de refroidisse­ment, comme montré par la flèche F1, et une tubulure 44 de sortie dudit liquide, comme montré par la flèche F2.

[0028] La boîte à eau 14 comporte, également venue de moulage avec elle, une paroi, ici une cloison transversale 46 présentant un bord d'extrémité 48 qui, après montage de la boîte à eau 14 sur le collecteur 38, vient en butée étanche contre ledit collecteur. La cloison transversale 46 constitue une cloison séparatrice qui partage la deuxième boîte collectri­ce en deux compartiments sensiblement égaux, à savoir un compartiment supérieur 50 en communication avec la tubulure d'entrée 42 et un compartiment inférieur 52 en communication avec la tubulure de sortie 44.

[0029] Grâce à cette disposition particulière de la deuxième boîte collectrice 20, on obtient une circulation du liquide de refroidissement, dite en U. Le liquide de refroidissement du moteur pénètre dans le compartiment supérieur 50 de la boîte collectrice 20 par la tubulure d'entrée 42, circule dans les tubes de la moitié supérieure du faisceau 10 comme indiqué par les flèches F3 et gagne l'autre boîte collec­trice 16, puis circule en sens inverse, comme indiqué par les flèches F4 dans les tubes de la moitié inférieure du faisceau 10, gagne le compartiment inférieur 52 de la boî­te collectrice 20 et sort de l'échangeur par la tubulure 44.

[0030] Selon l'invention, un passage de dégazage est prévu pour évacuer vers la chambre d'expansion 22 les bulles d'air susceptibles d'être emprisonnées par le liquide de refroi­dissement et de circuler dans le circuit de refroidissement.

[0031] Le passage de dégazage comprend, dans l'exemple considéré, un tube 54 faisant partie du faisceau 10. Ce tube 54 est situé à un niveau inférieur à celui de la cloison transver­sale 46 de la deuxième boîte collectrice 20 et sert ainsi à faire circuler le liquide depuis la première boîte collec­trice 16 jusqu'à la deuxième boîte collectrice 20 et plus particulièrement vers le compartiment 52 de cette deuxième boîte collectrice. Le tube 54 présente à une extrémité une embouchure 56 de forme évasée, comme connu en soi, qui dé­bouche à l'intérieur de la première boîte collectrice 16 et, à son autre extrémité, une autre embouchure 58, éga­lement de forme évasée, qui débouche dans le compartiment 52, immédiatement en dessous de la cloison 46.

[0032] Le passage de dégazage comprend en outre un conduit 60 de forme générale cylindrique qui débouche, par une première extrémité 62, dans la chambre d'expansion 22 et, par son autre extrémité 64, en regard et à distance de l'embouchure 58 du tube 54, le conduit 60 étant aligné axialement avec le tube 54. Le diamètre interne du conduit cylindrique 60 est supérieur au diamètre externe de l'embouchure 58 de manière à créer un effet d'aspiration du liquide de refroi­dissement qui s'écoule successivement à travers le tube 54 et ensuite à travers le conduit 60 pour pénétrer dans la chambre d'expansion 22. Grâce à l'espace ménagé entre l'extrémité 64 du tube 60 et l'embouchure 58 du tube 54, lequel peut être de l'ordre de quelques millimètres, les bulles d'air éventuellement présentes sous la cloison 46 se trouvent aspirées par le fluide en circulation. Le tu­be 54 joue ici non seulement son rôle normal de circula­tion de liquide de refroidissement, au même titre que les autres tubes 34 de la partie inférieure du faisceau, mais contribue également au dégazage du compartiment 52 de la deuxième boîte collectrice 20 et au dégazage de la première boîte collectrice 16.

[0033] Comme on peut le voir sur la figure 2, le conduit cylindri­que 60 est situé à proximité immédiate de la cloison trans­versale 46, sans toutefois être rattaché à cette cloison afin de permettre aux bulles d'air éventuellement présentes d'accéder plus facilement dans l'espace ménagé entre le conduit 60 et l'embouchure 58, sur toute la périphérie du conduit. Mais il peut être envisagé que le conduit 60 soit rattaché à la cloison.

[0034] Le conduit 60 dépend de la cloison longitudinale 18 qui sépare la deuxième boîte collectrice 52 et la chambre d'ex­pansion 22 et il s'étend intégralement dans la deuxième boîte collectrice 20.

[0035] Dans la forme de réalisation décrite, le conduit 60 est obtenu de moulage en une seule pièce avec la cloison 18. En outre, un déflecteur 66, dépendant de la cloison longitu­dinale 18, est prévu dans la chambre d'expansion 22 en re­gard de l'embouchure du conduit 60 pour diriger le liquide et les bulles d'air éventuellement présentes vers la partie supérieure de la chambre d'expansion 22. Là encore, le dé­flecteur 66 est obtenu de moulage en une seule pièce avec la cloison longitudinale. L'ensemble de la boîte à eau 14 peut être ainsi obtenu de moulage en une seule pièce. Dans la paroi 40 de la boîte à eau 14 est également aménagée une embase 68 pour permettre la mise en place d'un détecteur de niveau (non représenté) à l'intérieur de la chambre d'ex­pansion 22, ce détecteur étant situé par exemple légèrement au-dessus du plan horizontal médian de la boîte à eau 14.

[0036] L'échangeur de chaleur de l'invention fonctionne de la façon suivante. Le liquide de refroidissement circule depuis la tubulure d'entrée 42 jusqu'à la tubulure de sortie 44 de la manière qui a été décrite précédemment. Les bulles d'air ou de gaz véhiculées par le liquide ont tendance à se rassem­bler dans la partie supérieure de la première boîte collec­trice 16 et dans la partie supérieure du compartiment 52 sous la cloison 46. Les bulles d'air ou de gaz éventuelle­ment présentes dans la première boîte collectrice 16 sont aspirées par le tube 34 et par le conduit 60 et sont ensuite évacuées vers la chambre d'expansion 22. De la même façon, les bulles d'air ou de gaz éventuellement présentes dans le compartiment 52 sont aspirées par le conduit 60 et éva­cuées vers la chambre d'expansion 22.

[0037] Il est à remarquer que le passage de dégazage de l'invention pourrait être constitué par plusieurs tubes analogues au tube 54, par exemple par deux tubes adjacents, le conduit 60 ayant alors une forme appropriée, par exemple une section généralement ovale.

[0038] Le montage de l'échangeur de l'invention est particulière­ment aisé à mettre en oeuvre, puisqu'il suffit de monter les deux boîtes à eau 12 et 14 sur les collecteurs correspon­dants 30 et 38 de la manière habituelle et que les différents tubes composant le faisceau sont tous identiques.

[0039] La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit ci-dessus mais englobe toutes variantes.

[0040] Notamment la boîte collectrice peut être dépourvue de cloison séparatrice transversale.

[0041] Dans ce cas là, le passage de dégazage se situe dans le haut de l'échangeur et plus particulièrement le conduit 60 se trouve à proximité de la paroi horizontale supérieure de la boîte collectrice 20. En outre, il peut être prévu que la boîte collectrice 20 puisse être partagée en trois compartiments par deux cloisons transversales, à chacune des cloisons étant associé un passage de dégazage.

Revendications

1. Echangeur de chaleur à circulation de liquide, en particu­lier pour véhicule automobile, comprenant un faisceau (10) de tubes dans lequel circule le liquide, au moins une boîte collectrice (20) montée à une extrémité du faisceau (10), une chambre d'expansion (22) communiquant avec ladite boîte collectrice à sa partie inférieure et un passage de dégazage de liquide reliant la boîte collectrice (20) à la chambre d'expansion (22), la boîte collectrice (20) comportant au moins une paroi transversale située au-dessus du niveau du passage de dégazage, caractérisé en ce que le passage de dégazage comprend, en combinaison, au moins un tube (54) du faisceau (10) situé à un niveau inférieur à celui de la paroi transversale, ainsi qu'un conduit (60) qui débouche, d'une part, dans la chambre d'expansion (22) et, d'autre part, dans la boîte collectrice (20) en regard et à distan­ce de l'embouchure (58) du ou des tubes (54) précités.

2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractéri­sé en ce que la paroi transversale est une cloison transver­sale (46), située dans la boîte collectrice (20) en séparant celle-ci en deux compartiments, permettant au fluide de circuler à travers les tubes du faisceau dans un premier sens puis dans un sens contraire au premier.

3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le passage de dégazage comprend un seul tube (54) du faisceau, ce tube étant de forme géné­rale cylindrique, et en ce que le conduit (60) est de forme générale cylindrique, le tube (54) et le conduit (60) étant alignés axialement.

4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caracté­risé en ce que le diamètre interne du conduit cylindrique (60) est supérieur au diamètre externe de l'embouchure (58) du tube (54) du faisceau.

5. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, dans le­quel l'embouchure (58) du tube (54) du faisceau est de forme évasée, caractérisé en ce que le diamètre interne du conduit cylindrique (60) est supérieur au diamètre externe de l'em­bouchure (58) dans sa partie la plus évasée.

6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit (60) est situé à proxi­mité immédiate de la paroi transversale, sans être rattaché à cette paroi transversale.

7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le conduit (60) est rattaché à la paroi transversale.

8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le conduit (60) dépend d'une cloison longitudinale (18) qui sépare la boîte collectrice (52) et la chambre d'expansion (22) et en ce que le conduit (60) s'étend intégralement dans la boîte collectrice (20).

9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractéri­sé en ce que le conduit (60) est obtenu de moulage en une seule pièce avec la cloison longitudinale (18).

10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la chambre d'expansion (22), la boîte collectrice (20), la cloison longitudinale (18) et le conduit (60) sont obtenus de moulage en une seule pièce.

Dessins