EP0219417B1 - Dispositif de boîte à eau et de vase d'expansion pour échangeur de chaleur - Google Patents

Dispositif de boîte à eau et de vase d'expansion pour échangeur de chaleur Download PDF

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EP0219417B1
EP0219417B1 EP86402176A EP86402176A EP0219417B1 EP 0219417 B1 EP0219417 B1 EP 0219417B1 EP 86402176 A EP86402176 A EP 86402176A EP 86402176 A EP86402176 A EP 86402176A EP 0219417 B1 EP0219417 B1 EP 0219417B1
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EP
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water box
expansion chamber
liquid
orifice
degassing passage
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EP0219417A1 (fr
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Roberto Polidori
Marco Broglio
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Valeo SE
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Valeo SE
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0231—Header boxes having an expansion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/917—Pressurization and/or degassification

Definitions

  • the invention relates to a water box and expansion tank device for a heat exchanger, such as a radiator of a cooling circuit of an internal combustion engine, in which the water box and the expansion tank are a one-piece assembly molded in one piece.
  • the air or gas bubbles which are transported by the engine coolant tend to collect in the upper part of the water box.
  • a tube is then provided which is fixed, for example, to the water box and which puts the upper end of the latter in communication with the expansion tank, opening into the latter below the level of the liquid. contained therein in normal operation, to avoid an air intake in the cooling circuit when the engine stops.
  • the arrangement and fixing of this tube is inconvenient to produce and leads to an increase in the cost of the exchanger.
  • a water box and expansion tank device for a heat exchanger such as a radiator of a motor cooling circuit.
  • internal combustion in which the water box and the expansion vessel form a one-piece assembly molded in one piece, the water box being generally vertical and comprising a median internal partition separating it into two compartments, respectively upper and lower, into which an upper liquid inlet nozzle and a lower liquid outlet nozzle respectively formed with the water box, while a liquid degassing passage is provided passing through the partition between the upper compartment of the water box and the expansion tank.
  • the degassing passage is constituted by a tube connecting the upper part of the water box and the upper part of the expansion tank, from which it results the same drawbacks as those mentioned above.
  • the object of the invention is to avoid these drawbacks, while ensuring correct degassing of the coolant.
  • the liquid inlet nozzle is substantially adjacent to the internal partition of the box.
  • the liquid degassing passage comprises an orifice formed through the separation wall between the water box and the expansion vessel, this orifice opening directly on the one hand into the inlet nozzle liquid and on the other hand in the expansion tank below the level of the liquid which is normally contained therein.
  • the water box of the device according to the invention is therefore formed directly with a liquid inlet nozzle which opens, not in its upper part, but in its middle part immediately above the internal partition, which allows d 'Associate with this liquid inlet nozzle a degassing passage formed by a simple orifice in the wall separating the water box or the liquid inlet nozzle of the expansion tank.
  • This orifice opens directly into the expansion tank below the level of the liquid which is normally contained therein, which prevents any recovery of air or gas in the cooling circuit.
  • the expansion vessel comprises, at this orifice, an internal tubular rim which is oriented towards the upper end of the expansion vessel for guiding the air or gas bubbles exiting through this orifice.
  • an additional orifice is formed through the wall separating the expansion tank and the water box, this orifice opening into the water box immediately below the internal partition of the latter, to also form a degassing passage. liquid.
  • the degassing provided by the first orifice is not complete.
  • air and gas bubbles will be transported by the liquid circulating in the exchanger and will gather in the lower compartment of the water box, below the internal partition of the latter.
  • the additional opening allows these air or gas bubbles to reach the expansion tank.
  • FIG. 1 represents a known heat exchanger, intended to form a radiator of a cooling circuit of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • this exchanger 10 comprises a bundle 12 of horizontal liquid circulation tubes, at the ends of which are mounted two water boxes 14 and 16.
  • the water box 16 comprises, in its upper part, an inlet nozzle 18 liquid in the exchanger and, at its lower part, a liquid outlet nozzle 20.
  • a central partition 22 divides the internal space of the water box into two watertight separate compartments when the water box 16 is mounted on the end of the bundle of tubes 12.
  • the water box 16 is formed by molding with a generally vertical expansion tank 24, like the water boxes 14 and 16, and which is for example adjacent to the water box 16.
  • the tank expansion 24 includes a filling orifice or nozzle, closed by a plug 26 provided with calibrated overpressure and vacuum valves.
  • the expansion vessel 24 communicates with the lower end of the water box 16 or with the outlet nozzle 20 through an orifice or conduit 28 for the return of liquid in the cooling circuit.
  • a small tube 30 is fixed in the water box 16 to connect the upper part thereof to the expansion tank 24.
  • the lower end of the tube 30 extends below the level 32 of the liquid which is normally contained in the expansion vessel 24 and enters this expansion vessel through an orifice in the wall 34 of separation between the expansion vessel and the water box.
  • the invention proposes, as shown in FIG. 2, to form this water box with a liquid inlet nozzle which opens out, not in the upper part of the water box, but substantially in its middle part.
  • the water box 36 which is in one piece with the expansion tank 38 also includes a central partition 40 which forms an upper compartment 42 and a lower compartment 43 therein.
  • the nozzle 44 for entering the liquid in the radiator opens into the upper compartment 42 of the water box 36, at the middle partition 40, and the nozzle 46 for the liquid outlet is formed in the lower part of the water box, in a conventional manner.
  • a liquid degassing passage comprises an orifice 48 formed in a wall 50 of separation between the expansion vessel 38 and the inlet nozzle 44 or the upper compartment 42 of the water box, this orifice 48 directly connecting the vessel 38 at the inlet end 44 and necessarily opening below the level 52 of the liquid normally contained in the expansion tank.
  • the latter can be formed with an internal tubular rim 54, immediately below the orifice 48, this rim 54 being oriented towards the upper end of the expansion vessel to form an upward guide of the air and gas bubbles leaving through the orifice 48.
  • the lower end of the expansion vessel communicates with the lower end of the water box 36 or with the outlet nozzle 46.
  • an orifice 56 can be formed in the wall separating the expansion tank 38 from the lower compartment 43 of the water box, immediately below the central partition 40.
  • the coolant is brought into the water box 36 through the nozzle 44. Air or gas bubbles carried by this liquid are drawn into the expansion tank 38 through the orifice 48.
  • the liquid circulates in the bundle of tubes 12 and in the other water box 14, as indicated by the arrows, and returns to the lower compartment 43 of the water box 36, from where it exits via the end piece 46. If this liquid still contains air or gas bubbles, these tend to collect at the top of the lower compartment 43, under the partition 40, and are then sucked into the expansion tank 38 through the orifice 56.
  • the water box 36 and the expansion tank 38 molded in one piece are not adjacent, but slightly spaced from each other and do not have a common wall in which the orifices could be formed. 48 and 56.
  • these orifices are replaced by small horizontal conduits which are formed by molding with the water box and the expansion vessel at the level of orifices 48 and 56 and which can be demolded conveniently by the open face of the water box This is a simple equivalent to the scope of the skilled person.

Description

  • L'invention concerne un dispositif de boîte à eau et de vase d'expansion pour échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur d'un circuit de refroidissement de moteur à combustion interne, dans lequel la boîte à eau et le vase d'expansion sont un ensemble monobloc moulé en une seule pièce.
  • Il est déjà connu, dans un tel dispositif monobloc, de prévoir un passage de dégazage du liquide circulant dans l'échangeur de chaleur, pour éviter que des bulles d'air ou de gaz véhiculées par le liquide puissent se rassembler en certains points de la culasse du moteur et y former des points chauds.
  • Lorsque la boîte à eau est à disposition générale verticale, les bulles d'air ou de gaz qui sont véhiculées par le liquide de refroidissement du moteur ont tendance à se rassembler en partie supérieure de la boîte à eau. Pour le dégazage, on prévoit alors un tube qui est fixé par exemple sur la boîte à eau et qui met en communication l'extrémité supérieure de celle-ci avec le vase d'expansion, en débouchant dans ce dernier en dessous du niveau du liquide qui y est contenu en fonctionnement- normal, pour éviter une reprise d'air dans le circuit de refroidissement à l'arrêt du moteur. La disposition et la fixation de ce tube sont peu commodes à réaliser et entraînent une augmentation du coût de l'échangeur.
  • On connait par ailleurs, d'après le document FR-A-2 532 740, un dispositif de boîte à eau et de vase d'expansion pour échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, dans lequel la boîte à eau et le vase d'expansion forment un ensemble monobloc moulé en une seule pièce, la boîte à eau étant à disposition générale verticale et comprenant une cloison interne médiane la séparant en deux compartiments, respectivement supérieur et inférieur, dans lesquels débouchent respectivement un embout supérieur d'entrée de liquide et un embout inférieur de sortie de liquide formés avec la boîte à eau, tandis qu'il est prévu un passage de dégazage de liquide traversant la cloison de séparation entre le compartiment supérieur de la boîte à eau et le vase d'expansion.
  • Dans ce dispositif connu, le passage de dégazage est constitué par un tube reliant la partie supérieure de la boîte à eau et la partie supérieure du vase d'expansion, d'où il résulte les mêmes inconvénients que ceux mentionnés ci-dessus.
  • L'invention a pour objet d'éviter ces inconvénients, tout en assurant un dégazage correct du liquide de refroidissement.
  • Elle propose à cet effet un dispositif de boîte à eau et de vase d'expansion du type défini ci-dessus, - qui est caractérisé en ce que l'embout d'entrée de liquide est sensiblement adjacent à la cloison interne de la boîte à eau et en ce que le passage de dégazage de liquide comprend un orifice formé au travers de la paroi de-séparation entre la boîte à eau et le vase d'expansion, cet orifice débouchant directement d'une part dans l'embout d'entrée de liquide et d'autre part dans le vase d'expansion sous le niveau du liquide qui y est normalement contenu.
  • La boîte à eau du dispositif selon l'invention est donc formée directement avec un embout d'entrée de liquide qui débouche, non pas dans sa partie supérieure, mais dans sa partie médiane immédiatement au-dessus de la cloison interne, ce qui permet d'associer à cet embout d'entrée de liquide un passage de dégazage formé par un simple orifice dans la paroi séparant la boîte à eau ou l'embout d'entrée de liquide du vase d'expansion.
  • Cet orifice débouche directement dans le vase d'expansion sous le niveau du liquide qui y est normalement contenu, ce qui évite toute reprise d'air ou de gaz dans le circuit de refroidissement.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, le vase d'expansion comprend, au niveau de cet orifice, un rebord tubulaire interne qui est orienté vers l'extrémité supérieure du vase d'expansion pour le guidage des bulles d'air ou de gaz sortant par cet orifice.
  • Avantageusement, un orifice supplémentaire est formé à travers la paroi séparant le vase d'expansion et la boîte à eau, cet orifice débouchant dans la boîte à eau immédiatement en dessous de la cloison interne de celle-ci, pour former également un passage de dégazage de liquide.
  • Il se peut en effet que le dégazage assuré par le premier orifice ne soit pas complet. Dans ce cas, des bulles d'air et de gaz seront véhiculées par le liquide circulant dans l'échangeur et se rassembleront dans le compartiment inférieur de la boîte à eau, en dessous de la cloison interne de celle-ci. L'orifice supplémentaire permet à ces bulles d'air ou de gaz de gagner le vase d'expansion.
  • 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 partielle, d'un échangeur de chaleur connu;
    • la figure 2 est une vue correspondant à la figure 1, mais représentant cet échangeur de chaleur équipé d'un dispositif de boîte à eau et de vase d'expansion selon l'invention.
  • On se réfère d'abord à la figure 1, qui représente un échangeur dechaleur connu, destiné à former un radiateur d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile.
  • De façon classique, cet échangeur 10 comprend un faisceau 12 de tubes horizontaux de circulation de liquide, aux extrémités duquel sont montées deux boîtes à eau 14 et 16. La boîte à eau 16 comprend, dans sa partie supérieure, un embout 18 d'entrée de liquide dans l'échangeur et, à sa partie inférieure, un embout 20 de sortie de liquide. Une cloison médiane 22 partage l'espace interne de la boîte à eau en deux compartiments séparés de façon étanche lorsque la boîte à eau 16 est montée sur l'extrémité du faisceau de tubes 12.
  • La boîte à eau 16 est formée de moulage avec un vase d'expansion 24 à disposition générale verticale, comme les boîtes à eau 14 et 16, et qui est par exemple adjacent à la boîte à eau 16. A son extrémité supérieure, le vase d'expansion 24 comprend un orifice ou embout de remplissage, fermé par un bouchon 26 muni de clapets tarés de surpression et de dépression. A son extrémité inférieure, le vase d'expansion 24 communique avec l'extrémité inférieure de la boîte à eau 16 ou avec l'embout de sortie 20 par un orifice ou conduit 28 de retour de liquide dans le circuit de refroidissement.
  • Un petit tube 30 est fixé dans la boîte à eau 16 pour relier la partie supérieure de celle-ci au vase d'expansion 24. L'extrémité inférieure du tube 30 s'étend en dessous du niveau 32 du liquide qui est normalement contenu dans le vase d'expansion 24 et pénètre dans ce vase d'expansion par un orifice de la paroi 34 de séparation entre le vase d'expansion et la boîte à eau.
  • En fonctionnement, lorsque le liquide de refroidissement amené par l'embout 18 dans la boîte à eau 16 circule dans l'échangeur,les bulles d'air ou de gaz véhiculées par ce liquide ont tendance à se rassembler en partie supérieure de la boîte à eau 16. Ces bulles d'air sont aspirées par le tube 30 et gagnent le vase d'expansion 24, en raison de la dépression relative qui règne dans celui-ci. Elles sortent de l'extrémité inférieure du tube 30 et remontent jusqu'au niveau 32 du liquide contenu dans le vase d'expansion 24.
  • Pour éviter les inconvénients liés à la disposition et à la fixation du tube 30 dans la boîte à eau 16, l'invention propose, comme représenté en figure 2, de former cette boîte à eau avec un embout d'entrée de liquide qui débouche, non en partie supérieure de la boîte à eau, mais sensiblement dans sa partie médiane.
  • Dans la figure 2, la boîte à eau 36 qui est monobloc avec le vase d'expansion 38 comprend également une cloison médiane 40 qui y forme un compartiment supérieur 42 et un compartiment inférieur 43. L'embout 44 d'entrée de liquide dans le radiateur débouche dans le compartiment supérieur 42 de la boîte à eau 36, au niveau de la cloison médiane 40, et l'embout 46 de sortie de liquide est formé en partie inférieure de la boîte à eau, de façon classique.
  • Un passage de dégazage de liquide comprend un orifice 48 formé dans une paroi 50 de séparation entre le vase d'expansion 38 et l'embout d'entrée 44 ou le compartiment supérieur 42 de la boîte à eau, cet orifice 48 reliant directement le vase d'expansion 38 à l'embout d'entrée 44 et débouchant nécessairement sous le niveau 52 du liquide contenu normalement dans le vase d'expansion.
  • Ce dernier peut être formé avec un rebord tubulaire interne 54, immédiatement en dessous de l'orifice 48, ce rebord 54 étant orienté vers l'extrémité supérieure du vase d'expansion pour former un guidage vers le haut des bulles d'air et de gaz sortant par l'orifice 48.
  • De façon classique, l'extrémité inférieure du vase d'expansion communique avec l'extrémité inférieure de la boîte à eau 36 ou avec l'embout de sortie 46.
  • Pour améliorer le dégazage, on peut former un orifice 56 dans la paroi séparant le vase d'expansion 38 du compartiment inférieur 43 de la boîte à eau,immédiatement en dessous de la cloison médiane 40.
  • En fonctionnement, le liquide de refroidissement est amené dans la boîte à eau 36 par l'embout 44. Des bulles d'air ou de gaz véhiculées par ce liquide sont aspirées dans le vase d'expansion 38 par l'orifice 48. Le liquide circule dans le faisceau de tubes 12 et dans l'autre boîte à eau 14, comme indiqué par les flèches, et revient dans le compartiment inférieur 43 de la boîte à eau 36, d'où il sort par l'embout 46. Si ce liquide contient encore des bulles d'air ou de gaz, celles-ci ont tendance à se rassembler en haut du compartiment inférieur 43, sous la cloison 40, et sont alors aspirées dans le vase d'expansion 38 par l'orifice 56.
  • On obtient ici un dégazage excellent du liquide circulant dans l'échangeur de chaleur.
  • Dans certains cas, la boîte à eau 36 et le vase d'expansion 38 moulés en une seule pièce ne sont pas adjacents, mais légèrement écartés l'un de l'autre et ne présentent pas de paroi commune dans laquelle pourraient être formés les orifices 48 et 56. Dans ce cas, ces orifices sont remplacés par de petits conduits horizontaux qui sont formés de moulage avec la boîte à eau et le vase d'expanion au niveau des orifices 48 et 56 et qui peuvent être démoulés commodément par la face ouverte de la boîte à eau Il s'agit là d'une simple équivalence à la portée de l'homme du métier.

Claims (4)

  1. Dispositif de boîte à eau et de vase d'expansion pour un échangeur de chaleur tel qu'un radiateur d'un circuit de refroidissement de moteur à combustion interne, dans lequel la boîte à eau (36) et le vase d'expansion (38) forment un ensemble monobloc moulé en une seule pièce, la boîte à eau (36) étant à disposition générale verticale et comprenant une cloison interne médiane (40) la séparant en deux compartiments, respectivement supérieur et inférieur, dans lesquels débouchent respectivement un embout supérieur (44) d'entrée de liquide et un embout inférieur (46) de sortie de liquide formés avec la boîte à eau, tandis qu'il est prévu un passage de dégazage de liquide traversant la paroi de séparation entrer le compartiment supérieur de la boîte à eau et le vase d'expansion, caractérisé en ce que l'embout (44) d'entrée de liquide est sensiblement adjacent à la cloison interne (40) de la boîte à eau (36) et en ce que le passage de dégazage de liquide comprend un orifice (48) formé au travers de la paroi de séparation entre la boîte à eau (36) et le vase d'expansion (38), cet orifice débouchant directement de'une part dans l'embout d'entrée (44) et d'autre part dans le vase d'expansion (38) sous le niveau (52) du liquide qui y est normalement contenu.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vase d'expansion (38) comprend, au niveau de cet orifice (48) un rebord tubulaire interne (54) orienté vers l'extrémité supérieure du vase d'expansion pour le guidage des bulles d'air ou de gaz.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un orifice supplémentaire (56) est formé à travers la paroi séparant le vase d'expansion (38) et la boîte à eau (36), cet orifice (56) débouchant dans la boîte à eau (36) immédiatement en dessous de la cloison interne (40) de celle-ci et formant également un passage de dégazage de liquide.
  4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque la boîte à eau et le vase d'expansion moulés en une seule pièce ne sont pas adjacents, mais écartés l'un de l'autre, le ou les passages de dégazage comprennent des conduits moulés d'une pièce avec la boîte à eau et le vase d'expansion et remplaçant le ou les orifices précités (48,56).
EP86402176A 1985-10-15 1986-10-02 Dispositif de boîte à eau et de vase d'expansion pour échangeur de chaleur Expired - Lifetime EP0219417B1 (fr)

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FR8515275A FR2588647B1 (fr) 1985-10-15 1985-10-15 Dispositif de boite a eau et de vase d'expansion pour echangeur de chaleur
FR8515275 1985-10-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0219417A1 EP0219417A1 (fr) 1987-04-22
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EP86402176A Expired - Lifetime EP0219417B1 (fr) 1985-10-15 1986-10-02 Dispositif de boîte à eau et de vase d'expansion pour échangeur de chaleur

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BR (1) BR8605000A (fr)
DE (1) DE3683121D1 (fr)
ES (1) ES2027966T3 (fr)
FR (1) FR2588647B1 (fr)
MX (1) MX159920A (fr)

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