éCHANGEUR DE CHALEUR POUR GAZ ET SON PROCéDé DE FABRICATION CORRESPONDANT

La présente invention concerne un échangeur de chaleur pour gaz et son procédé de fabrication correspondant.

L'invention s'applique en particulier aux échangeurs de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur (EGRC).

Contexte de l'invention

Dans certains échangeurs de chaleur pour le refroidissement de gaz, par exemple ceux utilisés dans les systèmes de recirculation des gaz d'échappement vers l'admission d'un moteur à explosion, les deux milieux qui échangent de la chaleur sont séparés par une paroi .

L' échangeur de chaleur proprement dit peut présenter différentes configurations: par exemple, il peut consister en une carcasse tubulaire à l'intérieur de laquelle on dispose une série de conduits parallèles pour le passage des gaz, le réfrigérant circulant à travers la carcasse, à l'extérieur des conduits ; dans un autre mode de réalisation, l' échangeur se compose d'une série de plaques parallèles, qui constituent les surfaces d'échange de chaleur, de manière que les gaz d'échappement et le réfrigérant circulent entre deux plaques, en couches alternées.

Dans le cas d' échangeurs de chaleur à faisceau de conduits, la jonction entre les conduits et la carcasse peut être de différents types. Généralement, les conduits sont fixés par leurs extrémités entre deux plaques de support couplées à chaque extrémité de la carcasse, les deux plaques de support présentant une pluralité d'orifices pour y placer les conduits respectifs. Lesdites plaques de support sont fixées à leur tour à des moyens de liaison avec la ligne de

recirculation .

Lesdits moyens de liaison peuvent consister en une liaison en V ou bien en un collet périphérique de liaison ou bride, en fonction de la conception de la ligne de recirculation où est assemblé l'échangeur. Dans certains cas, la plaque de support est intégrée en une pièce unique avec les moyens de liaison, formant une bride unique de liaison.

Actuellement, les échangeurs de chaleur EGR sont métalliques, généralement fabriqués en acier inoxydable. Tant dans les échangeurs à faisceau de conduits que dans ceux à plaques empilées les composants sont tous métalliques, de sorte qu'ils sont assemblés par des moyens mécaniques puis soudés pour assurer le niveau d'étanchéité requis pour cette application .

Pour réduire le coût de l'échangeur de chaleur EGR, on peut remplacer l'acier inoxydable de la carcasse par un autre matériau, que ce matériau ait un coût faible ou qu'il permette d'intégrer d'autres fonctions, telles que l'intégration des conduits du fluide réfrigérant ou des supports de fixation sur la surface où sera fixé 1' échangeur .

Il existe des échangeurs de chaleur EGR à faisceau de conduits dont la carcasse est fabriquée en aluminium au lieu d'acier inoxydable. Dans ce cas, à cause de l'impossibilité de souder l'échangeur en totalité au four immédiatement, on prévoit un assemblage mécanique entre la carcasse et d'autres composants, tels qu'un réservoir à gaz, des plaques de support ou des collets de support.

Le modèle d'utilité DE 20316688 U concerne un échangeur de chaleur à faisceau de conduits qui comprend une carcasse en matière plastique. L'avantage des carcasses

en plastique est que l'on réduit le coût de production puisque cela permet d'intégrer les conduits du circuit du fluide réfrigérant et les supports de fixation.

Dans ce cas, le faisceau de conduits est assemblé en au moins une de ses extrémités à une bride de liaison métallique qui intègre la plaque de support. En outre, entre l'extrémité correspondante de la carcasse et la bride de liaison métallique on prévoit de placer un joint en plastique pour garantir le niveau d' étanchéité . Pour réaliser l'union entre la bride de liaison métallique et la carcasse en plastique il faut un assemblage mécanique.

C'est pourquoi le procédé de fabrication consiste à fixer le faisceau de conduits à la bride de liaison métallique, à mettre en place le joint d' étanchéité en plastique et à introduire le faisceau de conduits parallèles à l'intérieur de la carcasse en plastique de façon à ce que le joint d' étanchéité vienne se loger entre la carcasse et la bride de liaison. Enfin, on assemble mécaniquement la bride de liaison métallique et la carcasse en plastique. L'ensemble ainsi assemblé se trouve prêt à être accouplé à la ligne de recirculation par l'intermédiaire de la bride de liaison .

Le procédé le plus commun pour effectuer l'assemblage mécanique peut consister à plier la bride de liaison contre la carcasse. Pour ce faire, ladite bride de liaison métallique est pourvue d'agrafes destinées à être pliées et fixées contre le contour de la carcasse en plastique. En outre, on devra assurer une force de compression du joint d' étanchéité en plastique.

Description de l'invention

L'objectif de l'échangeur de chaleur pour gaz selon la présente invention est de surmonter les inconvénients que présentent les échangeurs connus dans l'art, en

proposant une réduction du nombre des composants ainsi qu'une réduction des coûts de fabrication.

L'échangeur de chaleur pour gaz objet de la présente invention est du type qui comprend un circuit destiné à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide de refroidissement, disposé à l'intérieur d'une carcasse en plastique, et une plaque ou bride métallique de support couplée à au moins une des extrémités dudit circuit et il est caractérisé en ce qu'il comprend un insert métallique surmoulé en au moins une extrémité de la carcasse en plastique, ledit insert étant destiné à assurer la liaison entre ladite plaque ou bride de support et la carcasse.

Avantageusement, la plaque ou bride métallique de support étant soudée au laser sur ledit insert métallique .

De cette façon, on réussit à éliminer la bride de liaison métallique intégrée à la plaque ou bride de support correspondante ainsi que le joint d'étanchéité en plastique disposé entre la carcasse en plastique et le circuit de gaz, comme cela se fait dans l'état actuel de la technique. Ainsi on obtient un procédé de fabrication simplifié, avec une réduction du coût de production et du nombre de composants utilisés.

En outre, en éliminant les joints d'étanchéité en plastique utilisés dans l'état actuel de la technique, on assure la fiabilité du produit puisque les joints en plastique compliquent l'assemblage et présentent aussi des problèmes de durabilité.

Par ailleurs, un choix adéquat de la géométrie et des distances entre les composants métalliques, c'est-à- dire entre l' insert métallique et la plaque ou bride métallique de support correspondante, permet de réaliser une soudure au laser entre les deux sans

risquer d'endommager la carcasse en plastique. Ceci est possible grâce à la technologie laser, dans laquelle 1' échauffement associé à la soudure est beaucoup plus localisé .

II est avantageux que la carcasse comprenne en au moins une de ses extrémités un collet périphérique dirigé vers l'extérieur de ladite carcasse et sensiblement perpendiculaire à son axe, destiné à être assemblé avec les moyens d'assemblages correspondants au conduit de recirculation de gaz.

De préférence, 1 ' insert métallique est surmoulé sur ledit collet périphérique de la carcasse.

II est avantageux que la plaque ou bride métallique de support comprenne en outre un collet périphérique susceptible de s'appuyer partiellement sur l' insert métallique .

Conformément à un autre aspect de l'invention, le procédé de fabrication appliqué à l'échangeur de chaleur selon la présente invention est caractérisé en ce qu' il consiste à réaliser les étapes suivantes : a) obtenir le circuit destiné à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide de refroidissement ; b) coupler la plaque ou bride métallique de support à au moins une des extrémités dudit circuit ; c) obtenir une carcasse en plastique destinée à loger le circuit ; d) surmouler en au moins une extrémité de la carcasse un insert métallique ; e) introduire le circuit à l'intérieur de la carcasse en plastique, jusqu'à ce qu'un collet périphérique de la plaque ou bride de support vienne s'appuyer sur l' insert métallique ; et f) effectuer une soudure au laser entre l' insert métallique et le collet périphérique de la

plaque ou bride de support pour fournir l'étanchéité nécessaire.

Brève description des dessins

Afin de faciliter la description de tout ce que l'on a exposé plus haut, on ajoute des dessins sur lesquels, schématiquement et uniquement à titre d'exemple non limitatif, on a représenté un cas pratique de réalisation de l'échangeur de chaleur pour gaz selon la présente invention, dessins où : la figure 1 est une vue en perspective et éclatée d'un échangeur de chaleur pour gaz selon la présente invention ; et la figure 2 est une vue en perspective de l'échangeur de la figure 1 après assemblage.

Description de modes de réalisation préférés

Si l'on se reporte aux figures 1 et 2, l'échangeur de chaleur 1 est constitué d'une carcasse 2 en plastique qui renferme un faisceau de conduits parallèles 3 destinés au passage des gaz à refroidir. Un fluide de refroidissement circule à l'intérieur de la carcasse 2, à l'extérieur des conduits 3, depuis une entrée 4 jusqu'à une sortie 5.

Dans cet exemple, la carcasse 2, qui est de section sensiblement rectangulaire et se trouve fermée en une de ses extrémités, loge en son intérieur le faisceau de conduits 3 qui, dans le cas présent, est du type en forme de « U », c'est-à-dire que l'entrée 6 et la sortie 7 desdits conduits 3 sont disposées d'un même côté à l'extrémité ouverte 8 de la carcasse 2.

L'extrémité du faisceau de conduits 3 est fixée à une plaque de support 9. Ladite plaque de support 9 présente une pluralité d'orifices 10 pour l'implantation des conduits 3 respectifs.

La carcasse 2 comprend à son extrémité ouverte 8 un collet périphérique 2a dirigé vers l'extérieur de ladite carcasse 2 et sensiblement perpendiculaire à son axe. Ledit collet périphérique 2a est destiné à être assemblé avec les moyens d'assemblage correspondants au conduit de recirculation de gaz (non représenté) .

L'échangeur de chaleur 1 comprend aussi un insert métallique 11 surmoulé à l'extrémité ouverte 8 de la carcasse en plastique 2 ; en particulier, sur ledit collet périphérique 2a de la carcasse 2.

La plaque métallique de support 9 comprend elle aussi un collet périphérique 9a susceptible de s'appuyer en partie sur l' insert métallique 11 et d'être par la suite soudé à celui-ci au laser.

Le procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur pour gaz selon la présente invention consiste à :

En premier lieu, on obtient le faisceau de conduits parallèles 3, dans le cas présent en forme de « U », par lesquels circuleront les gaz à refroidir par échange thermique avec un fluide de refroidissement.

En deuxième lieu, on procède à l'accouplement des extrémités du faisceau de conduits 3 en forme d' « U » avec la plaque métallique de support 9.

Puis on obtient la carcasse en plastique 2, en surmoulant en même temps l' insert métallique 11 sur le collet périphérique 2a de la carcasse 2.

Ensuite, on introduit le faisceau de conduits parallèles 3 à l'intérieur de la carcasse en plastique 2, jusqu'à ce que le collet périphérique 9a de la plaque de support 9 vienne s'appuyer sur l' insert métallique 11.

Enfin, on procède à la réalisation d'une soudure au laser entre l' insert métallique 11 et le collet périphérique 9a de la plaque de support 9 pour fournir l'étanchéité requise.

L'ensemble monté jusqu'ici se trouve prêt à être accouplé à la ligne de recirculation de gaz.

De cette façon, on obtient une réduction du nombre de composants ainsi qu'une réduction des coûts de fabrication de l'échangeur de chaleur.

Bien que dans ce mode de réalisation on ait décrit un échangeur à faisceau de tubes parallèles, l'invention peut aussi s'appliquer à des échangeurs à plaques empilées. De même, dans les deux cas, le circuit de gaz peut être du type en forme d' « U » (entrée et sortie de gaz disposées à la même extrémité) ou bien peut être de type linéaire (entrée et sortie de gaz disposées en des extrémités opposées) .