FR2684722A1 - EXPANSION TANK FOR COOLING CIRCUIT WITH CHANGE OF STATE. - Google Patents

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Abstract

Vase d'expansion pour un circuit destiné à la circulation, sensiblement sous la pression atmosphérique, d'un fluide qui peut passer au moins en partie de l'état liquide à l'état gazeux et inversement, caractérisé en ce qu'il comprend à sa partie supérieure une membrane perméable à l'air et sensiblement imperméable à la vapeur dudit fluide, le seul passage possible normalement entre l'intérieur du vase d'expansion et l'atmosphère extérieure s'effectuant à travers la membrane. Application aux circuits de refroidissement pour véhicules automobiles.Expansion vessel for a circuit intended for the circulation, substantially under atmospheric pressure, of a fluid which can change at least partly from the liquid state to the gaseous state and vice versa, characterized in that it comprises: its upper part a membrane permeable to air and substantially impermeable to the vapor of said fluid, the only normally possible passage between the interior of the expansion vessel and the external atmosphere being effected through the membrane. Application to cooling circuits for motor vehicles.

Description

Vase d'expansion pour circuit de refroidissement à changement d'étatExpansion vessel for state change cooling circuit

L'invention concerne un vase d'expansion pour un circuit destiné à la circulation, sensiblement sous la pression atmosphérique, d'un fluide qui peut passer au moins en partie de l'état liquide  The invention relates to an expansion vessel for a circuit intended for the circulation, substantially under atmospheric pressure, of a fluid which can pass at least partly from the liquid state.

à l'état gazeux et inversement, notamment un circuit de refroi-  in the gaseous state and vice versa, in particular a cooling circuit

dissement du moteur thermique d'un véhicule automobile.  exhaust of the engine of a motor vehicle.

Le changement d'état du fluide sous la pression atmosphérique s'accompagne de variations de volume importantes, qui doivent être absorbées par le vase d'expansion, lequel doit en outre être fermé pour éviter l'échappement de la vapeur du fluide Lorsque, à défaut de moyens particuliers prévus pour le faire varier, le  The change of state of the fluid under atmospheric pressure is accompanied by large volume variations, which must be absorbed by the expansion vessel, which must also be closed to prevent the escape of the fluid vapor. lack of specific means for varying it, the

volume disponible pour le fluide à l'intérieur du vase d'expan-  volume available for the fluid inside the expansion vessel

sion est sensiblement constant, la fraction variable de ce volume qui n'est pas occupée par le fluide doit l'être par de l'air, ce qui implique la possibilité pour l'air d'entrer dans le vase d'expansion et de ressortir en fonction de la variation du volume  is substantially constant, the variable fraction of this volume which is not occupied by the fluid must be occupied by air, which implies the possibility for air to enter the expansion vessel and come out according to the variation of the volume

du fluide.fluid.

Le but de l'invention est de permettre ces mouvements d'air, tout  The object of the invention is to allow these air movements, while

en évitant les pertes de vapeur du fluide.  avoiding the vapor losses of the fluid.

A cet effet, selon l'invention, le vase d'expansion comprend à  For this purpose, according to the invention, the expansion vessel comprises

sa partie supérieure une membrane perméable à l'air et sensible-  its upper part a membrane permeable to air and sensitive-

ment imperméable à la vapeur dudit fluide, le seul passage possible normalement entre l'intérieur du vase d'expansion et  vapor impermeable said fluid, the only normally possible passage between the interior of the expansion vessel and

l'atmosphère extérieure s'effectuant à travers la membrane.  the external atmosphere is effected through the membrane.

La membrane, généralement mince et relativement fragile, est avantageusement maintenue par deux grilles disposées sur ses deux  The membrane, which is generally thin and relatively fragile, is advantageously maintained by two grids arranged on its two

faces respectivement.faces respectively.

Le vase d'expansion peut comprendre en outre un bouchon de remplissage, c'est-à-dire un bouchon pouvant être retiré pour dégager une ouverture de remplissage par laquelle on peut introduire du fluide dans le vase d'expansion et par conséquent dans le circuit, équipé d'une soupape de surpression et d'une soupape de dépression Ces soupapes permettent à l'air d'entrer ou de sortir au cas o, pour une raison quelconque, la membrane  The expansion vessel may further comprise a filler plug, that is, a plug which can be removed to clear a filler opening through which fluid can be introduced into the expansion vessel and hence into the circuit, equipped with a pressure relief valve and a vacuum valve These valves allow air to enter or exit if, for any reason, the membrane

ne permettrait plus un débit suffisant.  would no longer allow sufficient flow.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la membrane est montée dans le bouchon de remplissage, sur un trajet situé en parallèle avec les deux soupapes Plus particulièrement, le bouchon peut comprendre un corps tubulaire dans lequel s'étendent une paroi transversale intermédiaire et un tube central dirigé vers l'intérieur du vase d'expansion à partir de celle-ci, la membrane étant de forme annulaire et s'étendant radialement autour du tube central, la paroi intermédiaire définissant dans le corps tubulaire un espace extérieur qui contient les deux soupapes et qui communique avec l'intérieur du vase d'expansion exclusivement par l'intermédiaire du tube central, et un espace intérieur qui communique avec l'intérieur du vase d'expansion  According to one embodiment of the invention, the membrane is mounted in the filler cap, in a path located in parallel with the two valves. More particularly, the cap may comprise a tubular body in which an intermediate transverse wall and a central tube directed towards the inside of the expansion vessel from the latter, the membrane being of annular shape and extending radially around the central tube, the intermediate wall defining in the tubular body an outer space which contains the two valves and which communicates with the interior of the expansion vessel exclusively through the central tube, and an interior space that communicates with the interior of the expansion vessel

exclusivement à travers la membrane, ces deux espaces communi-  exclusively through the membrane, these two communicating spaces

quant librement avec l'atmosphère extérieure.  as freely with the outside atmosphere.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-  Other features and advantages of the invention are

tiront de la description détaillée donnée ci-après de quelques  from the detailed description given below of some

exemples de réalisation, et des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un vase d'expansion selon l'invention; la figure 2 est un détail agrandi de la figure 1; et la figure 3 est une vue en coupe d'un bouchon de remplissage  embodiments, and the accompanying drawings in which: Figure 1 is an elevational view, partially in section, of an expansion tank according to the invention; Figure 2 is an enlarged detail of Figure 1; and Figure 3 is a sectional view of a filler cap

utilisé dans une variante de l'invention.  used in a variant of the invention.

Le vase d'expansion illustré à la figure 1, destiné à faire partie du circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, comprend un bac 1 allongé en hauteur, fermé de façon étanche par un couvercle 2 par exemple soudé Une cloison transversale 3 dont la périphérie est liée de façon  The expansion tank illustrated in Figure 1, intended to be part of the cooling circuit of a motor vehicle engine, comprises a tray 1 elongated in height, sealed with a lid 2 for example welded A transverse wall 3 whose periphery is so closely linked

étanche à la paroi du bac 1 sépare l'intérieur du vase d'expan-  sealed to the wall of the tank 1 separates the inside of the vase of expan-

sion en un réservoir principal 4 situé au-dessus de la cloison  in a main tank 4 located above the bulkhead

3 et en un réservoir annexe 5, de plus petit diamètre, situé au-  3 and a smaller Annex 5 tank, located at

dessous La cloison 3 comporte une région annulaire tronconique 6, de demi-angle au sommet peu inférieur à 90 , s'élevant en direction de l'axe, raccordée par une région intermédiaire cylindrique 7 à une région centrale 8, plane et horizontale, présentant un trou médian 9 La région cylindrique 7 présente des nervures internes verticales 10 propres à assurer le guidage d'une bille 11, d'une densité inférieure à celle du fluide à l'état liquide et supérieure à celle du fluide à l'état gazeux, entre une position extrême supérieure o elle vient en contact avec la région horizontale 8 en obturant le trou 9 et une position extrême inférieure o elle repose sur une grille de retenue 12 fixée à la cloison 3 Le réservoir annexe 5 est relié au reste du circuit du fluide par deux tubulures superposées 13 et 14, et permet le dégazage du fluide circulant dans une partie restreinte du circuit, lors de la phase de démarrage du moteur à froid, sans échauffer la totalité du fluide contenu dans le vase d'expansion, comme décrit dans FR-A-2 640 364 auquel on  The partition 3 comprises a frustoconical annular region 6 with a half-angle at the summit of less than 90, rising in the direction of the axis, connected by a cylindrical intermediate region 7 to a central region 8, flat and horizontal, having a cylindrical hole 9 The cylindrical region 7 has vertical internal ribs 10 adapted to ensure the guiding of a ball 11, of a density lower than that of the fluid in the liquid state and greater than that of the fluid in the gaseous state between an extreme upper position o it comes into contact with the horizontal region 8 by closing the hole 9 and a lower extreme position o it rests on a retaining grid 12 fixed to the partition 3 The annex tank 5 is connected to the rest of the circuit fluid by two superposed pipes 13 and 14, and allows the degassing of the fluid flowing in a restricted part of the circuit, during the starting phase of the engine cold, without heating the tota the fluid contained in the expansion vessel, as described in FR-A-2 640 364 to which

pourra se reporter pour plus de détails concernant son fonction-  will be able to refer for more details concerning its function-

nement. Le réservoir principal 4 est également raccordé au reste du circuit, de façon connue, par une tubulure supérieure 15 pour l'entrée des gaz, débouchant à une faible distance au-dessous du couvercle 2, et par une tubulure inférieure 16 pour le retour du liquide, débouchant à une faible distance au-dessus de la cloison 3 De façon également connue, le couvercle 2 est muni d'un col ouvert 17 permettant le remplissage du vase d'expansion, sur lequel est monté un bouchon 18 équipé de deux soupapes ou clapets qui s'ouvrent respectivement en cas de surpression et en cas de  ment. The main tank 4 is also connected to the remainder of the circuit, in known manner, by an upper pipe 15 for the entry of gases, opening at a short distance below the cover 2, and by a lower pipe 16 for the return of the liquid, opening at a small distance above the partition 3 Also known, the lid 2 is provided with an open neck 17 for filling the expansion vessel, on which is mounted a plug 18 equipped with two valves or valves which open respectively in case of overpressure and in case of

dépression dans le vase d'expansion.  depression in the expansion vessel.

Selon l'invention, le couvercle 2 présente un second col 19 recevant un second bouchon 20 qui applique contre le col, avec interposition d'une bague d'étanchéité 21, un ensemble plat 22 comprenant (voir figure 2) une membrane mince 23 emprisonnée entre deux grilles rigides 24 et 25 La membrane 23 est perméable à l'air, et sensiblement imperméable à la vapeur d'eau, l'eau étant le constituant essentiel du fluide de refroidissement Elle est également imperméable aux vapeurs des autres constituants éventuels du fluide, dont les molécules sont plus grosses que celles de l'eau Il peut s'agir par exemple d'une membrane commercialisée par GORETEX, présentant des pores ouverts d'un diamètre de 3 microns environ Lorsque le volume du fluide dans le circuit augmente par suite de sa vaporisation, une partie de l'air surmontant le liquide dans le réservoir d'expansion peut s'échapper à travers la membrane 23 et gagner l'atmosphère en passant par un orifice 26 ménagé dans le bouchon 20 De même, lorsque le volume du fluide diminue, de l'air provenant de l'atmosphère peut venir remplir le volume libéré dans le vase d'expansion en empruntant le trajet inverse En revanche, la vapeur du fluide de refroidissement qui est mélangée à l'air à l'intérieur du vase d'expansion ne peut traverser la membrane, ce qui permet de conserver la quantité de fluide contenue dans  According to the invention, the lid 2 has a second neck 19 receiving a second plug 20 which applies against the neck, with the interposition of a sealing ring 21, a flat assembly 22 comprising (see FIG. 2) a thin membrane 23 imprisoned between two rigid grids 24 and 25 The membrane 23 is permeable to air, and substantially impervious to water vapor, the water being the essential constituent of the cooling fluid It is also impervious to the vapors of the other possible constituents of the fluid , whose molecules are larger than those of water It may be for example a membrane marketed by GORETEX, having open pores with a diameter of about 3 microns When the volume of the fluid in the circuit increases by following its vaporization, part of the air surmounting the liquid in the expansion tank can escape through the membrane 23 and gain the atmosphere through an orifice 26 formed in the b Similarly, when the volume of the fluid decreases, air from the atmosphere can come to fill the volume released into the expansion vessel by taking the reverse path. On the other hand, the vapor of the cooling fluid which is mixed the air inside the expansion vessel can not penetrate the membrane, thus preserving the amount of fluid contained in

le circuit de refroidissement.the cooling circuit.

La figure 3 est relative à une variante dans laquelle le couvercle du vase d'expansion présente un seul col 30 recevant un bouchon 31 qui cumule les fonctions des bouchons 18 et 20 de la figure 1 Ce bouchon comprend un corps tubulaire 32 qui pénètre dans le col 30 et qui porte dans une gorge annulaire extérieure un joint torique 33 assurant l'étanchéité entre le col et le corps 32 Le bouchon comprend également, formés d'une seule pièce avec le corps tubulaire, une paroi transversale interne 34 percée d'une ouverture centrale 35 et un tube central 36 entourant l'ouverture 35 et s'étendant vers le bas, c'est-à-dire  FIG. 3 relates to a variant in which the lid of the expansion tank has a single neck 30 receiving a plug 31 which combines the functions of the plugs 18 and 20 of FIG. 1. This plug comprises a tubular body 32 which enters the 30 The collar also comprises, in one piece with the tubular body, an inner transverse wall 34 pierced with central opening 35 and a central tube 36 surrounding the opening 35 and extending downwards, that is to say

vers l'intérieur du vase d'expansion, à partir de la paroi 34.  towards the inside of the expansion vessel, from the wall 34.

Un ensemble plat 37 comprenant une membrane semi-perméable et deux grilles, analogue à l'ensemble 22 des figures 1 et 2 mais présentant une ouverture centrale, s'étend radialement entre le tube 36 et le corps tubulaire 32 auxquels il est relié de façon étanche par exemple par soudage par ultrasons Une chambre annulaire 38 limitée vers le haut par la cloison 34, vers le bas par l'ensemble 37, vers la périphérie par le corps 32 et vers le centre par le tube 36, communique avec l'intérieur du vase d'expansion exclusivement à travers la membrane semi-perméable, et communique librement, à travers une ouverture 39 du bouchon, avec une tubulure latérale 40 formée d'une seule pièce avec le col 30 Le bord d'une pièce 41 en forme de chapeau repose, par l'intermédiaire d'une bague d'étanchéité 42, sur la face supérieure de la paroi 34, contre laquelle il est appliqué par un ressort hélicoïdal 43 prenant appui sur un élément 44 solidaire du bouchon Un autre ressort hélicoïdal 45, placé à l'intérieur de la pièce 41 et prenant appui sur la paroi 34, applique un joint d'étanchéité 46 sur une ouverture 47 du fond  A flat assembly 37 comprising a semi-permeable membrane and two grids, similar to the assembly 22 of FIGS. 1 and 2 but having a central opening, extends radially between the tube 36 and the tubular body 32 to which it is connected in a manner sealed for example by ultrasonic welding An annular chamber 38 limited upwards by the partition 34, downwards by the assembly 37, towards the periphery by the body 32 and towards the center by the tube 36, communicates with the interior expansion vessel exclusively through the semipermeable membrane, and freely communicates through an aperture 39 of the cap, with a lateral tubing 40 formed integrally with the neck 30 The edge of a workpiece 41 shaped of cap rests, via a sealing ring 42, on the upper face of the wall 34, against which it is applied by a helical spring 43 bearing on an element 44 secured to the plug Another spring hel icoidal 45, placed inside the part 41 and bearing on the wall 34, applies a seal 46 on an opening 47 of the bottom

du chapeau 41.hat 41.

En fonctionnement normal, de l'air peut passer de l'intérieur du vase d'expansion à l'atmosphère extérieure en traversant la membrane semiperméable de l'ensemble 37 et en passant par la chambre 38, l'ouverture 39 et la tubulure 40, et de l'air peut entrer dans le vase d'expansion en suivant le trajet inverse En cas de surpression dans le vase d'expansion, cette surpression est transmise à travers le tube 36 à l'intérieur de la pièce en forme de chapeau 41, laquelle se soulève en comprimant le ressort 43 et permet à l'air d'atteindre l'espace 48 situé à l'intérieur du bouchon, au-dessus de la paroi 34 et à l'extérieur de la pièce 41, cet espace communiquant également avec la tubulure 40 par l'ouverture 39 En cas de dépression dans le vase d'expansion, la pression atmosphérique régnant dans l'espace 48 et agissant sur le joint 46 à travers l'ouverture 47 entraîne la compression du ressort 45, le joint 46 dégageant l'ouverture 47 et permettant à l'air atmosphérique de pénétrer à l'intérieur de la pièce 41,  In normal operation, air can pass from the interior of the expansion tank to the outside atmosphere by passing through the semipermeable membrane of the assembly 37 and passing through the chamber 38, the opening 39 and the tubing 40 , and air can enter the expansion tank in the opposite direction In case of overpressure in the expansion tank, this overpressure is transmitted through the tube 36 inside the hat-shaped part 41, which is raised by compressing the spring 43 and allows the air to reach the space 48 located inside the cap, above the wall 34 and outside the room 41, this space also communicating with the tubing 40 through the opening 39 In the event of depression in the expansion vessel, the atmospheric pressure prevailing in the space 48 and acting on the seal 46 through the opening 47 causes compression of the spring 45, the seal 46 clearing the opening 47 and allowing atmospheric air to penetrate inside room 41,

et de là dans le vase d'expansion à travers le tube 36.  and thence into the expansion vessel through the tube 36.

Claims (5)

Revendicationsclaims 1 Vase d'expansion pour un circuit destiné à la circulation, sensiblement sous la pression atmosphérique, d'un fluide qui peut passer au moins en partie de l'état liquide à l'état gazeux et inversement, caractérisé en ce qu'il comprend à sa partie supérieure une membrane ( 23) perméable à l'air et sensiblement imperméable à la vapeur dudit fluide, le seul passage possible normalement entre l'intérieur du vase d'expansion et l'atmosphère  1 Expansion vessel for a circuit intended for the circulation, substantially under atmospheric pressure, of a fluid which can pass at least partly from the liquid state to the gaseous state and vice versa, characterized in that it comprises at its upper part a membrane (23) permeable to air and substantially impervious to the vapor of said fluid, the only passage normally possible between the interior of the expansion vessel and the atmosphere extérieure s'effectuant à travers la membrane.  outside through the membrane. 2 Vase d'expansion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane est maintenue par deux grilles ( 24,25)  2 expansion vessel according to claim 1, characterized in that the membrane is held by two grids (24,25) disposées sur ses deux faces respectivement.  arranged on both sides respectively. 3 Vase d'expansion selon l'une des revendications 1 et 2,  Expansion vessel according to one of claims 1 and 2, caractérisé en ce que la membrane présente des pores ouverts d'un  characterized in that the membrane has open pores of one diamètre de 3 microns environ.diameter of about 3 microns. 4 Vase d'expansion selon l'une des revendications précédentes,  Expansion vessel according to one of the preceding claims, caractérisé en ce qu'il comprend un bouchon de remplissage ( 18)  characterized by comprising a filler cap (18) équipé de soupapes de surpression et de dépression.  equipped with pressure relief valves and vacuum. Vase d'expansion selon la revendication 4, caractérisé en ce que la membrane est montée dans le bouchon de remplissage ( 31), sur un trajet situé en parallèle avec les deux soupapes  Expansion vessel according to Claim 4, characterized in that the diaphragm is mounted in the filler plug (31) on a path parallel to the two valves ( 41-47).(41-47). 6 Vase d'expansion selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bouchon comprend un corps tubulaire ( 32) dans lequel s'étendent une paroi transversale intermédiaire ( 34) et un tube central ( 36) dirigé vers l'intérieur du vase d'expansion à partir de celle-ci, la membrane étant de forme annulaire et s'étendant radialement autour du tube central, la paroi intermédiaire définissant dans le corps tubulaire un espace extérieur ( 48) qui contient les deux soupapes et qui communique avec l'intérieur du vase d'expansion exclusivement par l'intermédiaire du tube central, et un espace intérieur ( 38) qui communique avec l'intérieur du vase d'expansion exclusivement à travers la  6 Expansion vessel according to claim 5, characterized in that the plug comprises a tubular body (32) in which extend an intermediate transverse wall (34) and a central tube (36) directed towards the inside of the vase. expansion therefrom, the membrane being annular in shape and extending radially around the central tube, the intermediate wall defining in the tubular body an outer space (48) which contains the two valves and which communicates with the inside of the expansion vessel exclusively through the central tube, and an interior space (38) communicating with the interior of the expansion vessel exclusively through the membrane, ces deux espaces communiquant librement avec l'atmos-  membrane, these two spaces freely communicating with the atmos- phère extérieure.outer phere.
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