EP0570274A1 - Header box having an integrated expansion chamber for a heat-exchanger, especially for a motor vehicle - Google Patents

Header box having an integrated expansion chamber for a heat-exchanger, especially for a motor vehicle Download PDF

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Publication number
EP0570274A1
EP0570274A1 EP93401201A EP93401201A EP0570274A1 EP 0570274 A1 EP0570274 A1 EP 0570274A1 EP 93401201 A EP93401201 A EP 93401201A EP 93401201 A EP93401201 A EP 93401201A EP 0570274 A1 EP0570274 A1 EP 0570274A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water box
partitions
open face
partition
box according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP93401201A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean-Michel Tordjeman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Thermique Moteur SA
Original Assignee
Valeo Thermique Moteur SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Thermique Moteur SA filed Critical Valeo Thermique Moteur SA
Publication of EP0570274A1 publication Critical patent/EP0570274A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/067—Details
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a water tank with an integrated expansion vessel for a heat exchanger, in particular for a radiator capable of forming part of the cooling circuit of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • a water box of this type which has an elongated open face suitable for being assembled above a collector placed in a substantially horizontal position, so as to allow a liquid to circulate in the water box, between a first end and a second end thereof, by covering the collector.
  • Such a water box is intended to be tightly connected to the upper end of a heat exchanger body, such as a bundle composed of a multiplicity of tubes arranged in a generally vertical direction.
  • a heat exchanger body such as a bundle composed of a multiplicity of tubes arranged in a generally vertical direction.
  • the open face of the water box is then assembled on a collector, also called a "hole plate", which receives the upper ends of the bundle tubes with sealing.
  • the lower ends of these tubes are generally connected to another water box, and this via another collector.
  • Such a water box thus makes it possible to degas the liquid circulating in the heat exchanger, that is to say generally the coolant of an internal combustion engine.
  • the gases separated from the liquid thus accumulate in the upper part of the water box which at the same time forms an expansion vessel.
  • the water box of the above document has a number of drawbacks.
  • the object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the invention proposes for this purpose a water box of the type defined in the introduction, which comprises a multiplicity of transverse partitions formed in one piece with the water box, arranged spaced between the first end and the second end and extending each up to an end edge located close to the open face, said partitions being provided respective openings having passage sections decreasing from the first end to the second end of the water box.
  • Such a water box can be made in one piece and therefore in a particularly simple and inexpensive manner.
  • the transverse partitions make it possible to define, inside the water box, a certain number of chambers which have respective open faces opening out in the direction of the open face of the water box.
  • the chambers communicate with each other by their respective open faces and also by the openings made in the partitions.
  • the respective openings of the partitions have decreasing passage sections from the first end to the second end of the water box, that is to say in the direction of circulation of the fluid, makes it possible to slow the movement of the liquid in the water box when the vehicle is moving and thus avoids the introduction of air.
  • the air or gases entrained by the liquid separate from it and accumulate in the upper part of the water box, that is to say in the upper part of the chambers obtained by the transverse partitions.
  • the partitions form internal ribs and ensure pressure resistance of the water box.
  • the opening of each of the partitions opens onto the corresponding end edge.
  • the opening can be obtained by a simple cutting of the partition which is connected with the end edge, which allows an easy manufacture by molding, without it being necessary to provide a demolding core.
  • each partition is delimited by a U-shaped edge which is connected to the end edge of the partition.
  • the end edges of the partitions are separated from the open face of the water box by respective spaces which decrease from the first end to the second end of the water box , that is to say in the direction of circulation of the liquid in this water box.
  • Such an arrangement also contributes to reducing the pressure losses produced inside the water box.
  • the openings of the partitions are alternately offset with respect to a median plane which extends between the first end and the second end and perpendicular to the open face. This characteristic allows the liquid to follow a non-rectilinear course, which facilitates its degassing.
  • the openings of the partitions are aligned axially with respect to the aforementioned median plane, which reduces the pressure losses.
  • each of the partitions further comprises a passage orifice arranged in a region remote from the open face.
  • the presence of these passage openings facilitates gas communication between the chambers delimited between the partitions and makes it possible to obtain a constant level in all the chambers.
  • the water box is made in one piece by molding a plastic material.
  • the invention in another aspect, relates to a heat exchanger comprising a water box as defined above, the open face of which is assembled on a collector sealingly receiving the ends of the tubes of a heat exchanger bundle.
  • FIG. 1 represents a heat exchanger 10 which can constitute, for example, a radiator forming part of a cooling circuit of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the heat exchanger 10 comprises a bundle 12 formed of a multiplicity of parallel tubes 14 arranged in a generally vertical direction and passing through a multiplicity of fins 16 parallel to one another and arranged in a generally horizontal direction.
  • a collector 18 also called a "hole plate”, on which is mounted a water box 20 according to the invention, located in the upper part of the heat exchanger.
  • the lower ends of the tubes 14 are mounted in a sealed manner in another manifold 22 on which is mounted a another water box 24, located in the lower part of the bundle 12.
  • the water box 20 ( Figures 1 and 2) includes a U-shaped bottom wall 26 ( Figures 3 to 14) which connects to a first end wall 28 and a second end wall 30.
  • the walls 28 and 30 respectively constitute the first end and the second end of the water box, within the meaning of the invention.
  • the walls 26, 28 and 30 delimit an open face 32 (FIG. 2) bordered by a peripheral bead 34 with a generally rectangular outline.
  • the collector 18 has peripheral tabs 36 ( Figure 1) which are folded over the bead 34, and this in a manner known per se.
  • the water box 20 further comprises a tubing 38 depending on the wall 28 to allow the admission of a liquid inside the water box 20 as indicated by the arrow F1. It further comprises a filling nozzle 40 provided with calibrated overpressure and vacuum valves.
  • the lower water box 24 comprises a longitudinal wall 42 with a U-shaped profile connecting to two end walls 44 and 46, these walls delimiting an open elongated face bordered by a bead 48 of generally rectangular shape.
  • the manifold 22 has peripheral tabs 50 which are folded over the bead 48.
  • the lower water box 24 comprises a tube 52 which depends on the wall 46 to allow the evacuation of the liquid as represented by the arrow F2.
  • the structure of the heat exchanger as just described so far, is itself known.
  • the liquid to be cooled enters the upper water box 20 through the tubing 38, then circulates through the tubes 14, being cooled by heat exchange with the air passing through the bundle 12, and reaches the lower water box 24 to then be evacuated through tubing 52.
  • the water box 20 comprises a multiplicity of transverse partitions 541 to 546, which are 6 in number in the example shown ( Figure 2). These transverse partitions are formed in one piece with the water box, for example by molding a plastic material. The partitions are arranged spaced, at regular or irregular intervals, between the first end (wall 28) and the second end (wall 30) of the water box.
  • the partitions are mutually parallel and extend from the bottom wall 26 of U-profile to an end edge 561 to 566 which is located close to the open face 32, that is to say that is to say close to the collector 18 when the latter is assembled on the water box 20.
  • the lower edges 561 to 566 are distant from the collector 18 by respective spaces h1 to h6 which decrease from the end 28 to the end 30, that is to say in the direction of circulation of the liquid inside the water box (arrow F3).
  • the partitions 541 to 546 thus delimit, in combination with the walls 26, 28 and 30 of the water box, seven chambers 581 to 587 which are open towards the collector, and which can communicate with each other by the spaces of height h1 to h6 previously mentioned.
  • the partitions 541 to 546 have respective openings 601 to 606 which are delimited respectively by edges 621 to 626 which are connected respectively to the edges of ends 561 to 566.
  • the openings 601 to 606 have passage sections which decrease from the partition 541 located near the first end of the water box to the partition 546 located near the second end of the water box.
  • openings 601 to 606 are alternately offset by relative to a median plane P which extends between the two end walls 28 and 30, that is to say over the length of the partition, and perpendicular to the open face 32.
  • the liquid to be cooled enters the water box 20 through the tubing 38 and circulates inside the water box 20 in the direction of the arrow F3, permanently covering the collector 18 with a layer of more or less thick liquid.
  • the water box 20 extends over a height sufficient to constitute at the same time an expansion vessel intended to maintain a certain volume of air or gas above the liquid, that is to say at the top of the rooms 581 to 587.
  • the water box 20 also makes it possible to degas the liquid circulating in the heat exchanger by collecting the gas or air bubbles at the top of the aforementioned chambers.
  • the openings 601 to 606 allow the liquid to circulate freely between the chambers 581 to 587.
  • the water box also includes six partitions 64 cl to 641 which are attached to the bottom wall 26 and which extend to a lower edge 66 bord to 666.
  • the space between the lower edge and the open face of the water box also decreases from the partition 641 located near the wall 28 to the partition 646 located near the wall 30.
  • the partitions have respective openings 681 to 686 delimited respectively by U-shaped edges 701 to 706. These U-shaped edges are connected respectively to the end edges 661 to 666.
  • the openings 681 to 686 are aligned axially with respect to the median plane P already mentioned.
  • partitions 641 to 646 have respective through holes 721 to 726 formed in an opposite region of the water box relative to the open face 32, that is to say near the U-shaped bottom of the wall. 26.
  • These orifices 721 to 726 have a circular shape and allow the gases to communicate between the chambers 581 to 587 already mentioned.
  • the flow rate of the liquid circulating in the water box 20 is distributed in the tubes of the bundle with the minimum pressure drop.
  • the water box acts as an expansion vessel and makes it possible to separate the gas bubbles and collect them at the top of the water box. This degassing effect prevents the formation of gas bubbles which could form on the cylinder head of the engine and cause the appearance of hot spots.
  • the water box of the invention can be produced in a particularly simple manner by molding in one piece from a suitable plastic material.
  • the mounting of the water box on a heat exchanger body is carried out in a conventional manner.

Abstract

The invention relates to a header box having an integrated expansion chamber for a heat-exchanger. <??>The header box includes an elongate open face (32) capable of being mounted over a manifold (18) placed in a substantially horizontal position, so as to allow a liquid to flow in the header box, between a first end (28) and a second end (30), whilst covering the manifold, a multiplicity of transverse partitions (541 to 546) formed in a single piece with the header box, arranged spaced apart between the first end (28) and the second end (30) and each extending as far as an end edge (561 to 566) situated near the open face, the said partitions being provided with respective openings (601 to 606), having passage cross-sections which decrease from the first end (28) to the second end (30). <??>Application especially to cooling radiators of the internal combustion engines of motor vehicles. <IMAGE>

Description

L'invention concerne une boîte à eau à vase d'expansion intégré pour un échangeur de chaleur, en particulier pour un radiateur propre à faire partie du circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile.The invention relates to a water tank with an integrated expansion vessel for a heat exchanger, in particular for a radiator capable of forming part of the cooling circuit of an internal combustion engine of a motor vehicle.

On connaît déjà, d'après le document FR-A-2 443 657, une boîte à eau de ce type qui comporte une face ouverte allongée propre à être assemblée au-dessus d'un collecteur placé en position sensiblement horizontale, de manière à permettre à un liquide de circuler dans la boîte à eau, entre une première extrémité et une seconde extrémité de celle-ci, en recouvrant le collecteur.Already known from document FR-A-2 443 657, a water box of this type which has an elongated open face suitable for being assembled above a collector placed in a substantially horizontal position, so as to allow a liquid to circulate in the water box, between a first end and a second end thereof, by covering the collector.

Une telle boîte à eau est destinée à être reliée de façon étanche à l'extrémité supérieure d'un corps d'échangeur de chaleur, tel qu'un faisceau composé d'une multiplicité de tubes disposés suivant une direction généralement verticale. La face ouverte de la boîte à eau est alors assemblée sur un collecteur, encore appelé "plaque à trous", qui reçoit à étanchéité les extrémités supérieures des tubes du faisceau. Les extrémités inférieures de ces tubes sont généralement reliées à une autre boîte à eau, et cela par l'intermédiaire d'un autre collecteur.Such a water box is intended to be tightly connected to the upper end of a heat exchanger body, such as a bundle composed of a multiplicity of tubes arranged in a generally vertical direction. The open face of the water box is then assembled on a collector, also called a "hole plate", which receives the upper ends of the bundle tubes with sealing. The lower ends of these tubes are generally connected to another water box, and this via another collector.

Dans la boîte à eau du brevet français précité, sont prévues des grilles transversales amovibles disposées espacées entre les deux extrémités de la boîte à eau, pour permettre à l'air entraîné par le liquide circulant dans l'échangeur de chaleur de se séparer dans les chambres délimitées entre les grilles.In the water box of the aforementioned French patent, there are removable transverse grids arranged spaced between the two ends of the water box, to allow the air entrained by the liquid circulating in the heat exchanger to separate in the rooms delimited between the gates.

Une telle boîte à eau permet ainsi de dégazer le liquide circulant dans l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire généralement le liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne. Les gaz séparés du liquide s'accumulent ainsi en partie supérieure de la boîte à eau qui forme en même temps vase d'expansion.Such a water box thus makes it possible to degas the liquid circulating in the heat exchanger, that is to say generally the coolant of an internal combustion engine. The gases separated from the liquid thus accumulate in the upper part of the water box which at the same time forms an expansion vessel.

La boîte à eau du document précité présente un certain nombre d'inconvénients.The water box of the above document has a number of drawbacks.

Tout d'abord, elle est coûteuse à réaliser car elle nécessite la réalisation de grilles qui doivent être placées dans la boîte à eau, avant montage de celle-ci sur le collecteur d'un échangeur de chaleur.First of all, it is expensive to produce because it requires the production of grids which must be placed in the water box, before mounting it on the collector of a heat exchanger.

De plus, comme ces grilles sont composées chacune d'une multiplicité d'ouvertures de mailles, il se crée des bulles qui sont néfastes au bon fonctionnement de l'échangeur de chaleur.In addition, as these grids are each composed of a multiplicity of mesh openings, bubbles are created which are detrimental to the proper functioning of the heat exchanger.

Par ailleurs, ces grilles entraînent des pertes de charge lors de la circulation du liquide dans l'échangeur de chaleur.Furthermore, these grids cause pressure drops during the circulation of the liquid in the heat exchanger.

L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.The object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.

C'est en particulier un but de l'invention de procurer une boîte à eau à vase d'expansion intégré, du type défini en introduction, qui peut être réalisée d'une façon particulièrement simple, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des pièces rapportées à l'intérieur de la boîte à eau.It is in particular an object of the invention to provide a water box with an integrated expansion tank, of the type defined in the introduction, which can be produced in a particularly simple manner, without it being necessary to provide inserts inside the water box.

C'est aussi un but de l'invention de procurer une telle boîte à eau qui n'entraîne pas de perturbations, et notamment de pertes de charge, lors du fonctionnement de l'échangeur de chaleur.It is also an object of the invention to provide such a water box which does not cause disturbances, and in particular pressure drops, during the operation of the heat exchanger.

C'est encore un but de l'invention de procurer une telle boîte à eau qui peut être utilisée en particulier dans des échangeurs de chaleur pour véhicule automobile.It is also an object of the invention to provide such a water box which can be used in particular in heat exchangers for a motor vehicle.

L'invention propose à cet effet une boîte à eau du type défini en introduction, laquelle comprend une multiplicité de cloisons transversales formées d'une seule pièce avec la boîte à eau, disposées espacées entre la première extrémité et la deuxième extrémité et s'étendant chacune jusqu'à un bord d'extrémité situé proche de la face ouverte, lesdites cloisons étant munies d'ouvertures respectives ayant des sections de passage allant en décroissant depuis la première extrémité jusqu'à la seconde extrémité de la boîte à eau.The invention proposes for this purpose a water box of the type defined in the introduction, which comprises a multiplicity of transverse partitions formed in one piece with the water box, arranged spaced between the first end and the second end and extending each up to an end edge located close to the open face, said partitions being provided respective openings having passage sections decreasing from the first end to the second end of the water box.

Une telle boîte à eau peut être réalisée d'une seule pièce et donc de façon particulièrement simple et peu coûteuse.Such a water box can be made in one piece and therefore in a particularly simple and inexpensive manner.

Les cloisons transversales permettent de définir, à l'intérieur de la boîte à eau, un certain nombre de chambres qui ont des faces ouvertes respectives débouchant dans la direction de la face ouverte de la boîte à eau. Les chambres communiquent entre elles par leurs faces ouvertes respectives et également par les ouvertures ménagées dans les cloisons.The transverse partitions make it possible to define, inside the water box, a certain number of chambers which have respective open faces opening out in the direction of the open face of the water box. The chambers communicate with each other by their respective open faces and also by the openings made in the partitions.

Le fait que les ouvertures respectives des cloisons ont des sections de passage décroissantes depuis la première extrémité jusqu'à la seconde extrémité de la boîte à eau, c'est à dire dans le sens de circulation du fluide, permet de freiner le déplacement du liquide dans la boîte à eau lorsque le véhicule est en mouvement et évite ainsi une introduction d'air. Au surplus, l'air ou les gaz entraînés par le liquide se séparent de celui-ci et s'accumulent en partie supérieure de la boîte à eau, c'est-à-dire en partie supérieure des chambres obtenue par les cloisons transversales.The fact that the respective openings of the partitions have decreasing passage sections from the first end to the second end of the water box, that is to say in the direction of circulation of the fluid, makes it possible to slow the movement of the liquid in the water box when the vehicle is moving and thus avoids the introduction of air. In addition, the air or gases entrained by the liquid separate from it and accumulate in the upper part of the water box, that is to say in the upper part of the chambers obtained by the transverse partitions.

De plus, les cloisons forment nervures intérieures et permettent d'assurer une tenue à la pression de la boîte à eau.In addition, the partitions form internal ribs and ensure pressure resistance of the water box.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'ouverture de chacune des cloisons débouche sur le bord d'extrémité correspondant. Ainsi, l'ouverture peut être obtenue par une simple découpe de la cloison qui se raccorde avec le bord d'extrémité, ce qui permet une fabrication aisée par moulage, sans qu'il soit nécessaire de prévoir de noyau de démoulage.In a preferred embodiment of the invention, the opening of each of the partitions opens onto the corresponding end edge. Thus, the opening can be obtained by a simple cutting of the partition which is connected with the end edge, which allows an easy manufacture by molding, without it being necessary to provide a demolding core.

De préférence, l'ouverture de chaque cloison est délimitée par un bord en U qui se raccorde au bord d'extrémité de la cloison.Preferably, the opening of each partition is delimited by a U-shaped edge which is connected to the end edge of the partition.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les bords d'extrémité des cloisons sont séparés de la face ouverte de la boîte à eau par des espaces respectifs qui vont en décroissant depuis la première extrémité jusqu'à la seconde extrémité de la boîte à eau, c'est-à-dire dans le sens de circulation du liquide dans cette boîte à eau.According to another characteristic of the invention, the end edges of the partitions are separated from the open face of the water box by respective spaces which decrease from the first end to the second end of the water box , that is to say in the direction of circulation of the liquid in this water box.

Une telle disposition contribue aussi à diminuer les pertes de charge produites à l'intérieur de la boîte à eau.Such an arrangement also contributes to reducing the pressure losses produced inside the water box.

Dans une forme de réalisation de l'invention, les ouvertures des cloisons sont alternativement décalées par rapport à un plan médian qui s'étend entre la première extrémité et la seconde extrémité et perpendiculairement à la face ouverte. Cette caractéristique permet au liquide de suivre un parcours non rectiligne, ce qui facilite son dégazage.In one embodiment of the invention, the openings of the partitions are alternately offset with respect to a median plane which extends between the first end and the second end and perpendicular to the open face. This characteristic allows the liquid to follow a non-rectilinear course, which facilitates its degassing.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les ouvertures des cloisons sont alignées axialement par rapport au plan médian précité, ce qui diminue les pertes de charge.In another embodiment of the invention, the openings of the partitions are aligned axially with respect to the aforementioned median plane, which reduces the pressure losses.

Selon une autre caractéristique de l'invention, chacune des cloisons comporte en outre un orifice de passage disposé dans une région éloignée de la face ouverte. La présence de ces orifices de passage facilite une communication gazeuse entre les chambres délimitées entre les cloisons et permet d'obtenir un niveau constant dans toutes les chambres.According to another characteristic of the invention, each of the partitions further comprises a passage orifice arranged in a region remote from the open face. The presence of these passage openings facilitates gas communication between the chambers delimited between the partitions and makes it possible to obtain a constant level in all the chambers.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la boîte à eau est réalisée d'une seule pièce par moulage d'une matière plastique.According to another characteristic of the invention, the water box is made in one piece by molding a plastic material.

Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant une boîte à eau telle que définie précédemment, dont la face ouverte est assemblée sur un collecteur recevant à étanchéité les extrémités des tubes d'un faisceau d'échangeur de chaleur.In another aspect, the invention relates to a heat exchanger comprising a water box as defined above, the open face of which is assembled on a collector sealingly receiving the ends of the tubes of a heat exchanger bundle.

Dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :

  • la figure 1 est une vue en élévation, avec arrachements partiels, d'un échangeur de chaleur comprenant une boîte à eau à vase d'expansion intégré selon l'invention ;
  • la figure 2 est une vue en élévation, avec arrachement partiel, et à échelle agrandie, de la boîte à eau à vase d'expansion intégré de la figure 1 ;
  • les figures 3, 4, 5, 6, 7 et 8 sont des vues en coupe transversale selon respectivement les lignes III-III, IV-IV, V-V, VI-VI, VII-VII, et VIII-VIII de la figure 2 ; et
  • les figures 9, 10, 11, 12, 13 et 14 sont des vues en coupe analogues respectivement à celles des figures 3, 4, 5, 6, 7 et 8, dans une autre variante de réalisation.
In the description which follows, given by way of example, reference is made to the appended drawings, in which:
  • Figure 1 is an elevational view, partially broken away, of a heat exchanger comprising a water tank with integrated expansion tank according to the invention;
  • Figure 2 is an elevational view, partially broken away, and on an enlarged scale, of the water box with integrated expansion tank of Figure 1;
  • Figures 3, 4, 5, 6, 7 and 8 are cross-sectional views along lines III-III, IV-IV, VV, VI-VI, VII-VII, and VIII-VIII of Figure 2, respectively; and
  • Figures 9, 10, 11, 12, 13 and 14 are sectional views similar to those of Figures 3, 4, 5, 6, 7 and 8 respectively, in another alternative embodiment.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un échangeur de chaleur 10 pouvant constituer par exemple un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile.Firstly, reference is made to FIG. 1 which represents a heat exchanger 10 which can constitute, for example, a radiator forming part of a cooling circuit of an internal combustion engine of a motor vehicle.

L'échangeur de chaleur 10 comprend un faisceau 12 formé d'une multiplicité de tubes parallèles 14 disposés dans une direction généralement verticale et traversant une multiplicité d'ailettes 16 parallèles entre elles et disposées suivant une direction généralement horizontale.The heat exchanger 10 comprises a bundle 12 formed of a multiplicity of parallel tubes 14 arranged in a generally vertical direction and passing through a multiplicity of fins 16 parallel to one another and arranged in a generally horizontal direction.

Les extrémités supérieures des tubes 14 sont reçues à étanchéité dans un collecteur 18, encore appelé "plaque à trous", sur lequel est monté une boîte à eau 20 selon l'invention, située en partie supérieure de l'échangeur de chaleur.The upper ends of the tubes 14 are received in a sealed manner in a collector 18, also called a "hole plate", on which is mounted a water box 20 according to the invention, located in the upper part of the heat exchanger.

Les extrémités inférieures des tubes 14 sont montées à étanchéité dans un autre collecteur 22 sur lequel est monté une autre boîte à eau 24, située en partie inférieure du faisceau 12.The lower ends of the tubes 14 are mounted in a sealed manner in another manifold 22 on which is mounted a another water box 24, located in the lower part of the bundle 12.

La boîte à eau 20 (figures 1 et 2) comprend une paroi de fond 26 à profil en U (figures 3 à 14) qui se raccorde à une première paroi d'extrémité 28 et une seconde paroi d'extrémité 30. Les parois 28 et 30 constituent respectivement la première extrémité et la seconde extrémité de la boîte à eau, au sens de l'invention.The water box 20 (Figures 1 and 2) includes a U-shaped bottom wall 26 (Figures 3 to 14) which connects to a first end wall 28 and a second end wall 30. The walls 28 and 30 respectively constitute the first end and the second end of the water box, within the meaning of the invention.

Les parois 26, 28 et 30 délimitent une face ouverte 32 (figure 2) bordée par un bourrelet périphérique 34 à contour général rectangulaire. Le collecteur 18 comporte des pattes périphériques 36 (figure 1) qui sont rabattues sur le bourrelet 34, et cela d'une manière en soi connue.The walls 26, 28 and 30 delimit an open face 32 (FIG. 2) bordered by a peripheral bead 34 with a generally rectangular outline. The collector 18 has peripheral tabs 36 (Figure 1) which are folded over the bead 34, and this in a manner known per se.

La boîte à eau 20 comporte en outre une tubulure 38 dépendant de la paroi 28 pour permettre l'admission d'un liquide à l'intérieur de la boîte à eau 20 comme indiqué par la flèche F1. Elle comporte de plus, un embout de remplissage 40 muni de clapets tarés de surpression et de dépression.The water box 20 further comprises a tubing 38 depending on the wall 28 to allow the admission of a liquid inside the water box 20 as indicated by the arrow F1. It further comprises a filling nozzle 40 provided with calibrated overpressure and vacuum valves.

La boîte à eau inférieure 24 comprend une paroi longitudinale 42 à profil en U se raccordant à deux parois d'extrémités 44 et 46, ces parois délimitant une face ouverte allongée bordée par un bourrelet 48 de forme générale rectangulaire. Le collecteur 22 comporte des pattes périphériques 50 qui sont rabattues sur le bourrelet 48. En outre, la boîte à eau inférieure 24 comprend une tubulure 52 qui dépend de la paroi 46 pour permettre l'évacuation du liquide comme représenté par la flèche F2.The lower water box 24 comprises a longitudinal wall 42 with a U-shaped profile connecting to two end walls 44 and 46, these walls delimiting an open elongated face bordered by a bead 48 of generally rectangular shape. The manifold 22 has peripheral tabs 50 which are folded over the bead 48. In addition, the lower water box 24 comprises a tube 52 which depends on the wall 46 to allow the evacuation of the liquid as represented by the arrow F2.

La structure de l'échangeur de chaleur, telle qu'elle vient d'être décrite jusqu'à présent est en elle-même connue. Le liquide à refroidir pénètre dans la boîte à eau supérieure 20 par la tubulure 38, circule ensuite au travers des tubes 14 en étant refroidi par échange thermique avec l'air traversant le faisceau 12, et gagne la boîte à eau inférieure 24 pour être ensuite évacué par la tubulure 52.The structure of the heat exchanger, as just described so far, is itself known. The liquid to be cooled enters the upper water box 20 through the tubing 38, then circulates through the tubes 14, being cooled by heat exchange with the air passing through the bundle 12, and reaches the lower water box 24 to then be evacuated through tubing 52.

Conformément à l'invention, la boîte à eau 20 comprend une multiplicité de cloisons transversales 54₁ à 54₆, qui sont au nombre de 6 dans l'exemple représenté (figure 2). Ces cloisons transversales sont formées d'une seule pièce avec la boîte à eau, par exemple par moulage d'une matière plastique. Les cloisons sont disposées espacées, à intervalles réguliers ou non, entre la première extrémité (paroi 28) et la seconde extrémité (paroi 30) de la boîte à eau.According to the invention, the water box 20 comprises a multiplicity of transverse partitions 54₁ to 54₆, which are 6 in number in the example shown (Figure 2). These transverse partitions are formed in one piece with the water box, for example by molding a plastic material. The partitions are arranged spaced, at regular or irregular intervals, between the first end (wall 28) and the second end (wall 30) of the water box.

Dans l'exemple, les cloisons sont parallèles entre elles et s'étendent depuis la paroi de fond 26 à profil en U jusqu'à un bord d'extrémité 56₁ à 56₆ qui est situé proche de la face ouverte 32, c'est-à-dire proche du collecteur 18 lorsque celui-ci est assemblé sur la boîte à eau 20. Les bords inférieurs 56₁ à 56₆ sont distants du collecteur 18 par des espaces respectifs h1 à h6 qui vont en décroissant depuis l'extrémité 28 à l'extrémité 30, c'est-à-dire dans le sens de circulation du liquide à l'intérieur de la boîte à eau (flèche F3).In the example, the partitions are mutually parallel and extend from the bottom wall 26 of U-profile to an end edge 56₁ to 56₆ which is located close to the open face 32, that is to say that is to say close to the collector 18 when the latter is assembled on the water box 20. The lower edges 56₁ to 56₆ are distant from the collector 18 by respective spaces h1 to h6 which decrease from the end 28 to the end 30, that is to say in the direction of circulation of the liquid inside the water box (arrow F3).

Les cloisons 54₁ à 54₆ délimitent ainsi, en combinaison avec les parois 26, 28 et 30 de la boîte à eau, sept chambres 58₁ à 58₇ qui sont ouvertes en direction du collecteur, et qui peuvent communiquer entre elles par les espaces de hauteur h1 à h6 mentionnés précédemment.The partitions 54₁ to 54₆ thus delimit, in combination with the walls 26, 28 and 30 of the water box, seven chambers 58₁ to 58₇ which are open towards the collector, and which can communicate with each other by the spaces of height h1 to h6 previously mentioned.

Comme montré aux figures 3 à 8, les cloisons 54₁ à 54₆ comportent des ouvertures respectives 60₁ à 60₆ qui sont délimitées respectivement par des bords 62₁ à 62₆ qui se raccordent respectivement aux bords d'extrémités 56₁ à 56₆.As shown in Figures 3 to 8, the partitions 54₁ to 54₆ have respective openings 60₁ to 60₆ which are delimited respectively by edges 62₁ to 62₆ which are connected respectively to the edges of ends 56₁ to 56₆.

Comme on peut le voir sur les figures 3 à 8, les ouvertures 60₁ à 60₆ ont des sections de passage qui vont en décroissant depuis la cloison 54₁ située proche de la première extrémité de la boîte à eau jusqu'à la cloison 54₆ située proche de la seconde extrémité de la boîte à eau.As can be seen in Figures 3 to 8, the openings 60₁ to 60₆ have passage sections which decrease from the partition 54₁ located near the first end of the water box to the partition 54₆ located near the second end of the water box.

Dans la forme de réalisation des figures 3 à 8, on remarque que les ouvertures 60₁ à 60₆ sont alternativement décalées par rapport à un plan médian P qui s'étend entre les deux parois d'extrémités 28 et 30, c'est-à-dire sur la longueur de la cloison, et perpendiculairement à la face ouverte 32.In the embodiment of Figures 3 to 8, it is noted that the openings 60₁ to 60₆ are alternately offset by relative to a median plane P which extends between the two end walls 28 and 30, that is to say over the length of the partition, and perpendicular to the open face 32.

En fonctionnement, le liquide à refroidir entre dans la boîte à eau 20 par la tubulure 38 et circule à l'intérieur de la boîte à eau 20 dans le sens de la flèche F3, en recouvrant en permanence le collecteur 18 d'une couche de liquide plus ou moins épaisse. La boîte à eau 20 s'étend sur une hauteur suffisante pour constituer en même temps un vase d'expansion destiné à maintenir un certain volume d'air ou de gaz au-dessus du liquide, c'est-à-dire au sommet des chambres 58₁ à 58₇. La boîte à eau 20 permet également de dégazer le liquide circulant dans l'échangeur de chaleur en rassemblant les bulles de gaz ou d'air au sommet des chambres précitées. Les ouvertures 60₁ à 60₆ permettent au liquide de circuler librement entre les chambres 58₁ à 58₇.In operation, the liquid to be cooled enters the water box 20 through the tubing 38 and circulates inside the water box 20 in the direction of the arrow F3, permanently covering the collector 18 with a layer of more or less thick liquid. The water box 20 extends over a height sufficient to constitute at the same time an expansion vessel intended to maintain a certain volume of air or gas above the liquid, that is to say at the top of the rooms 58₁ to 58₇. The water box 20 also makes it possible to degas the liquid circulating in the heat exchanger by collecting the gas or air bubbles at the top of the aforementioned chambers. The openings 60₁ to 60₆ allow the liquid to circulate freely between the chambers 58₁ to 58₇.

Du fait que ces ouvertures sont axialement et alternativement décalées et de sections décroissantes, le débit de liquide est réparti dans les tubes 14 du faisceau avec le minimum de pertes de charge.Because these openings are axially and alternately offset and of decreasing sections, the flow of liquid is distributed in the tubes 14 of the bundle with the minimum pressure drop.

Dans la forme de réalisation des figures 9 à 14, auxquelles on se réfère maintenant, la boîte à eau comporte également six cloisons 64₁ à 64₆ qui se rattachent à la paroi de fond 26 et qui s'étendent jusqu'à un bord inférieur 66₁ à 66₆. L'espace compris entre le bord inférieur et la face ouverte de la boîte à eau va également en décroissant depuis la cloison 64₁ située proche de la paroi 28 jusqu'à la cloison 64₆ située proche de la paroi 30.In the embodiment of Figures 9 to 14, to which we now refer, the water box also includes six partitions 64 cl to 64₁ which are attached to the bottom wall 26 and which extend to a lower edge 66 bord to 66₆. The space between the lower edge and the open face of the water box also decreases from the partition 64₁ located near the wall 28 to the partition 64₆ located near the wall 30.

Les cloisons comportent des ouvertures respectives 68₁ à 68₆ délimitées respectivement par des bords en U 70₁ à 70₆. Ces bords en U se raccordent respectivement aux bords d'extrémités 66₁ à 66₆.The partitions have respective openings 68₁ to 68₆ delimited respectively by U-shaped edges 70₁ to 70₆. These U-shaped edges are connected respectively to the end edges 66₁ to 66₆.

Dans cette forme de réalisation, les ouvertures 68₁ à 68₆ sont alignées axialement par rapport au plan médian P déjà cité.In this embodiment, the openings 68₁ to 68₆ are aligned axially with respect to the median plane P already mentioned.

De plus, les cloisons 64₁ à 64₆ comportent des orifices de passage respectifs 72₁ à 72₆ formés dans une région opposée de la boîte à eau par rapport à la face ouverte 32, c'est-à-dire près du fond en U de la paroi 26. Ces orifices 72₁ à 72₆ ont une forme circulaire et permettent aux gaz de communiquer entre les chambres 58₁ à 58₇ déjà mentionnées.In addition, the partitions 64₁ to 64₆ have respective through holes 72₁ to 72₆ formed in an opposite region of the water box relative to the open face 32, that is to say near the U-shaped bottom of the wall. 26. These orifices 72₁ to 72₆ have a circular shape and allow the gases to communicate between the chambers 58₁ to 58₇ already mentioned.

Dans les différentes formes de réalisation précitées, le débit du liquide circulant dans la boîte à eau 20 est réparti dans les tubes du faisceau avec le minimum de pertes de charge. La boîte à eau fait en même temps office de vase d'expansion et permet de séparer les bulles de gaz et de les rassembler au sommet de la boîte à eau. Par cet effet de dégazage, on évite la formation de bulles gazeuses qui pourraient se former sur la culasse du moteur et provoquer l'apparition de points chauds.In the various embodiments mentioned above, the flow rate of the liquid circulating in the water box 20 is distributed in the tubes of the bundle with the minimum pressure drop. At the same time, the water box acts as an expansion vessel and makes it possible to separate the gas bubbles and collect them at the top of the water box. This degassing effect prevents the formation of gas bubbles which could form on the cylinder head of the engine and cause the appearance of hot spots.

La boîte à eau de l'invention peut être réalisée de façon particulièrement simple par moulage d'une seule pièce à partir d'une matière plastique appropriée.The water box of the invention can be produced in a particularly simple manner by molding in one piece from a suitable plastic material.

Pour le reste, le montage de la boîte à eau sur un corps d'échangeur de chaleur, tel qu'un faisceau de tubes, s'effectue d'une manière classique.For the rest, the mounting of the water box on a heat exchanger body, such as a bundle of tubes, is carried out in a conventional manner.

Claims (9)

Boîte à eau à vase d'expansion intégré, pour échangeur de chaleur, en particulier de véhicule automobile, comportant une face ouverte allongée (32) propre à être assemblée au-dessus d'un collecteur (18) placé en position sensiblement horizontale, de manière à permettre à un liquide de circuler dans la boîte à eau entre une première extrémité (28) et une seconde extrémité (30) de celle-ci, en recouvrant le collecteur, caractérisée en ce qu'elle comprend une multiplicité de cloisons transversales (54₁ à 54₆ ; 64₁ à 64₆) formées d'une seule pièce avec la boîte à eau, disposées espacées entre la première extrémité (28) et la seconde extrémité (30) et s'étendant chacune jusqu'à un bord d'extrémité (56₁ à 56₆ ; 66₁ à 66)6 situé proche de la face ouverte (32), lesdites cloisons étant munies d'ouvertures respectives (60₁ à 60₆ ; 68₁ à 686) ayant des sections de passage décroissantes depuis la première extrémité (28) jusqu'à la seconde extrémité (30).Water box with integrated expansion tank, for heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising an elongated open face (32) suitable for being assembled above a collector (18) placed in a substantially horizontal position, so as to allow a liquid to circulate in the water box between a first end (28) and a second end (30) thereof, covering the collector, characterized in that it comprises a multiplicity of transverse partitions ( 54₁ to 54₆; 64₁ to 64₆) formed in one piece with the water box, arranged spaced between the first end (28) and the second end (30) and each extending to an end edge ( 56₁ to 56₆; 66₁ to 66 ) 6 located close to the open face (32), said partitions being provided with respective openings (60₁ to 60₆; 68₁ to 68 6) having decreasing passage sections from the first end (28) up to u 'at the second end (30). Boîte à eau selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ouverture (60₁ à 60₆ ; 68₁ à 686) de chaque cloison débouche sur le bord d'extrémité correspondant (56₁ à 56₆ ; 66₁ à 66₆).Water box according to claim 1, characterized in that the opening (60₁ to 60₆; 68₁ to 68 6) of each partition opens onto the corresponding end edge (56₁ to 56₆; 66₁ to 66₆). Boîte à eau selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'ouverture (60₁ à 60₆ ; 68₁ à 686) de chaque cloison est délimitée par un bord en U (62₁ à 62₆ ; 70₁ à 70₆) qui se raccorde au bord d'extrémité (56₁ à 56₆ ; 66₁ à 666) de la cloison.Water box according to one of claims 1 and 2, characterized in that the opening (60₁ to 60₆; 68₁ to 68 6) of each partition is delimited by a U-shaped edge (62₁ to 62₆; 70₁ to 70₆) which connects to the end edge (56₁ to 56₆; 66₁ to 66 6) of the partition. Boîte à eau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les bords d'extrémité (56₁ à 56₆ ; 66₁ à 666) des cloisons (54₁ à 54₆ ; 64₁ à 646) sont séparées de la face ouverte (32) de la boîte à eau par des espaces respectifs (h1 à h6) qui sont décroissants depuis la cloison (54₁ ; 64₁) située proche de la première extrémité (28) jusqu'à la cloison (54₆ ; 64₆) située proche de la seconde extrémité (30).Water box according to one of claims 1 to 3, characterized in that the end edges (56₁ to 56₆; 66₁ to 66 6) of the partitions (54₁ to 54₆; 64₁ to 64 6) are separated from the open face (32) of the water box by respective spaces (h1 to h6) which are decreasing from the partition (54₁; 64₁) located near the first end (28) to the partition (54₆; 64₆) located near the second end (30). Boîte à eau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les ouvertures (60₁ à 606) des cloisons (51₁ à 54₆) sont alternativement décalées par rapport à un plan médian (P) qui s'étend entre la première extrémité (28) et la seconde extrémité (30) et perpendiculairement à la face ouverte (32).Water box according to one of claims 1 to 4, characterized in that the openings (60₁ to 60 6) of the partitions (51₁ to 54₆) are alternately offset relative to a median plane (P) which extends between the first end (28) and the second end (30) and perpendicular to the open face (32). Boîte à eau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les ouvertures (68₁ à 686) des cloisons (64₁ à 64₆) sont alignées axialement par rapport à un plan médian (P) qui s'étend entre la première extrémité (28) et la seconde extrémité (30) et perpendiculairement à la face ouverte (32).Water box according to one of claims 1 to 4, characterized in that the openings (68₁ to 68 6) of the partitions (64₁ to 64₆) are aligned axially with respect to a median plane (P) which extends between the first end (28) and the second end (30) and perpendicular to the open face (32). Boîte à eau selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chacune des cloisons (64₁ à 646) comporte de plus un orifice de passage (72₁ à 726) situé dans une région éloignée de la face ouverte (32) de la boîte à eau.Water box according to one of claims 1 to 6, characterized in that each of the partitions (64₁ to 64 6) further comprises a passage orifice (72₁ to 72 6) located in a region remote from the open face (32 ) from the water box. Boîte à eau selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle est réalisée d'une seule pièce par moulage d'une matière plastique.Water box according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is made in one piece by molding a plastic material. Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte à eau (20) selon l'une des revendications 1 à 8, dont la face ouverte (32) est montée sur un collecteur (18) recevant à étanchéité les extrémités de tubes (14) faisant partie d'un faisceau (12) d'échangeurs de chaleur.Heat exchanger, characterized in that it comprises a water box (20) according to one of claims 1 to 8, the open face (32) of which is mounted on a collector (18) receiving the ends of the tubes with sealing (14) forming part of a bundle (12) of heat exchangers.
EP93401201A 1992-05-13 1993-05-11 Header box having an integrated expansion chamber for a heat-exchanger, especially for a motor vehicle Withdrawn EP0570274A1 (en)

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