ECHANGEUR THERMIQUE DE GAZ, EN PARTICULIER DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR

La présente invention se réfère à un échangeur thermique de gaz, en particulier des gaz d'échappement d'un moteur. L'invention est particulièrement applicable à des échangeurs de recyclage de gaz d'échappement d'un moteur (EGRC) . ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE DE L'INVENTION

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

La configuration actuelle des échangeurs EGR sur le marché correspond à un échangeur thermique métallique fabriqué généralement en acier inoxydable ou en aluminium .

Il existe essentiellement deux types d'échangeurs thermiques EGR : un premier type consiste en une carcasse à l'intérieur de laquelle est disposé un faisceau de tubes parallèles pour le passage des gaz, le réfrigérant circulant à travers la carcasse, extérieurement aux tubes, et le second type consiste en une série de plaques parallèles qui constituent les surfaces d'échange thermique, de telle sorte que les gaz d'échappement et le réfrigérant circulent entre deux plaques, en couches alternées, l'échange thermique pouvant être amélioré par l'ajout d ' ailettes .

Dans le cas des échangeurs thermiques à faisceau de tubes, le raccordement entre les tubes et la carcasse peut être de différents types. Généralement, les tubes sont fixés par leurs extrémités entre deux plaques de support accouplées à chaque extrémité de la carcasse, les deux plaques de support présentant une pluralité d'orifices pour le positionnement des tubes respectifs.

Lesdites plaques de support sont fixées à leur tour à des moyens de connexion à la conduite de recyclage, lesquels peuvent consister en une connexion en V ou bien en un rebord périphérique de connexion ou bride, selon la conception de la conduite de recyclage où est monté l'échangeur. Le rebord périphérique peut être monté avec un réservoir de gaz, si bien que le réservoir de gaz est une pièce intermédiaire entre la carcasse et le rebord, ou bien le rebord peut monté directement sur la carcasse.

Dans les deux types d'échangeurs EGR, leurs composants sont en majeure partie métalliques, si bien qu'ils sont montés par des moyens mécaniques puis soudés au four ou soudés à l'arc ou au laser pour assurer l'étanchéité adéquate requise pour cette application. Dans certains cas, certains composants de plastique peuvent aussi être inclus, lesquels peuvent avoir une fonction unique ou bien diverses fonctions intégrées dans une seule pièce.

La fonction principale des échangeurs EGR est l'échange thermique entre les gaz d'échappement et le fluide réfrigérant, afin de refroidir les gaz. De plus, l'échangeur EGR doit satisfaire d'autres fonctions secondaires de pouvoir être monté sur le bloc moteur, permettre la connexion avec le fluide réfrigérant, ou permettre la connexion avec le circuit de gaz d'échappement, entre autres. Actuellement, les différents composants de l'échangeur sont joints à la carcasse par soudure au four ou par soudure à l'arc ou au laser.

Certains échangeurs EGR à tubes ou plaques existant sur le marché comportent des déflecteurs, lesquels sont placés à l'intérieur du circuit du fluide réfrigérant. La conception et le nombre des déflecteurs peuvent varier d'une application à une autre, en fonction des exigences d'usage et des restrictions du constructeur de véhicules, en termes de conditions de fonctionnement ou de restrictions de conditionnement de l'échangeur.

Dans la plupart des cas, les déflecteurs sont utilisés afin d'améliorer la circulation du fluide réfrigérant autour des tubes des gaz, évitant ainsi les points de stagnation qui pourraient causer l'ébullition du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur, et afin d'améliorer la réfrigération de tous les tubes pour un meilleur rendement de 1 ' échangeur .

Dans d'autres cas, les déflecteurs sont inclus afin d'éviter les problèmes mécaniques qui peuvent apparaître dans les conditions de travail de l'échangeur dans le moteur.

On connaît un échangeur EGR qui utilise un déflecteur longitudinal qui divise l'intérieur de la carcasse en deux moitiés pour diriger en mode by-pass le fluide réfrigérant d'une moitié de la carcasse à l'autre quand les conduits d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant se trouvent du même côté de la carcasses. Ce déflecteur est fixé à la carcasse de l'échangeur par des points de soudure et présente une longueur légèrement inférieure à la longueur de la carcasse. La demande de brevet espagnol n° 200931016, encore non publiée, du même titulaire que celui de la présente demande, comprend une pluralité de déflecteurs disposés transversalement le long de l'intérieur de la carcasse. Chaque déflecteur a une surface inférieure à la surface transversale de la carcasse ce qui permet le passage partiel du fluide réfrigérant. Lesdits déflecteurs ne sont pas alignés les uns avec les autres mais placés de manière alternée, laissant les zones de passage du fluide réfrigérant distribuées alternativement, assurant ainsi une distribution correcte du fluide réfrigérant, en plus d'améliorer la résistance mécanique aux vibrations. De plus lesdits déflecteurs sont fixés à la carcasse par soudure au four.

Les brevets JP2002292089 et JP2000283666 comportent une pluralité de déflecteurs transversaux en forme de plaques disposés à l'intérieur d'une carcasse de coupe circulaire. La conception desdits déflecteurs est très semblable à la configuration des plaques de support situées aux deux extrémités de la carcasse, le diamètre desdits déflecteurs étant égal au diamètre intérieur de la carcasse, et comportent des ouvertures qui permettent le passage du fluide réfrigérant à travers eux. Les positions desdites ouvertures de passage dans les différents déflecteurs sont distribuées de façon alternée. En général, l'utilisation de déflecteurs à l'intérieur des échangeurs thermiques se généralise et est plus fréquente ces dernières années suite à la législation environnementale et aux restrictions de conception de certains types d ' échangeurs , tels que : les échangeurs thermiques qui permettent l'utilisation de deux circuits de fluide réfrigérant, qu'il s'agisse du même fluide ou non. Les échangeurs thermiques qui doivent refroidir deux fluides chauds, qu'il s'agisse du même fluide ou non . - Les échangeurs thermiques dont les conduits d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant se trouvent du même côté de la carcasse.

Le problème principal que pose l'usage de déflecteurs est d'assurer une étanchéité adéquate entre les deux circuits définis dans la carcasse de l'échangeur quand deux types de fluides réfrigérants sont employés, laquelle est liée à la manière de monter et de fixer ce déflecteur à l'intérieur de la carcasse, généralement au moyen de points de soudure, en respectant à la fois le comportement mécanique que doit présenter l'échangeur pour satisfaire les spécifications du constructeur de véhicules. Un autre problème que présente ce type de déflecteurs est de pouvoir assurer la position et l'orientation adéquates du déflecteur quand il est monté dans la carcasse avant sa soudure. DESCRIPTION DE L'INVENTION

Le but de l'échangeur thermique de gaz, en particulier des gaz d'échappement d'un moteur de la présente invention est de résoudre les inconvénients que présentent les échangeurs connus dans la technique, en fournissant un déflecteur destiné à améliorer la distribution d'un fluide réfrigérant qui circule dans l'échangeur, ou même à séparer deux fluides réfrigérants différents sans communication entre eux à l'intérieur d'une même carcasse, permettant un montage plus efficace dudit déflecteur à l'intérieur de l'échangeur. L'échangeur thermique de gaz, en particulier des gaz d'échappement d'un moteur, objet de la présente invention, est du type qui comprend un faisceau de tubes disposés à l'intérieur d'une carcasse, destinés à la circulation des gaz avec un échange thermique avec au moins un flux de fluide réfrigérant, lesdits tubes étant fixés par leurs extrémités entre deux plaques de support accouplées à chaque extrémité de la carcasse, et des moyens de déviation disposés à l'intérieur de la carcasse susceptibles de diriger 1 ' au moins un flux de fluide réfrigérant à l'intérieur de la carcasse, et il se caractérise par le fait que les moyens de déviation comprennent un déflecteur longitudinal sensiblement parallèle au faisceau de tubes, destiné à diviser la carcasse en deux circuits, ledit déflecteur étant fixé par ses bords longitudinaux aux parois internes de la carcasse et par ses bords transversaux aux deux plaques de support par soudure.

De cette façon, un positionnement et un montage plus simples du déflecteur sont réalisés à l'intérieur de la carcasse, ainsi qu'une meilleure fixation de celui-ci grâce à son raccordement par soudure. De préférence la soudure au four est employée, évitant ainsi le recours aux points de soudure comme pour les déflecteurs connus dans l'art de la technique.

Avantageusement, le déflecteur inclut dans ses bords longitudinaux deux ailettes périphériques pliées destinées à venir en contact avec les parois intérieures de la carcasse pour son raccordement par soudure .

Avantageusement aussi, le déflecteur inclut dans ses bords transversaux deux segments saillants susceptibles de s'engager dans des rainures respectives pratiquées dans les plaques de support pour son raccordement par soudure. L'utilisation desdites ailettes périphériques et des segments saillants garantit un positionnement et une orientation adéquats du déflecteur à 1 ' intérieur de la carcasse, avant sa fixation par soudure. Selon une première réalisation, le déflecteur comprend une surface fermée pour éviter la communication entre les deux circuits dans la carcasse ; Dans ce cas, l'échangeur comporte deux paires de conduits d'entrée et de sortie prévus pour la distribution de deux flux de fluide réfrigérant différents . Selon une seconde réalisation, le déflecteur comprend une ouverture traversante dans sa surface capable de mettre en communication deux circuits dans la carcasse . Dans cet autre cas, l'échangeur comporte une paire de conduits d'entrée et de sortie disposés dans une même extrémité de la carcasse pour la distribution d'un flux de fluide réfrigérant. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Afin de faciliter la description de ce qui a été susmentionné, nous joignons des dessins qui représentent, schématiquement et uniquement à titre d'exemple non limitatif, un cas pratique de réalisation de l'échangeur thermique de gaz, en particulier des gaz d'échappement d'un moteur de l'invention, dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective et partiellement en coupe de l'échangeur thermique de l'invention, montrant l'emplacement du déflecteur et les deux circuits par lesquels circulent respectivement deux fluides réfrigérants ; la figure 2 est une vue en perspective du déflecteur selon une première réalisation de l'invention ; la figure 3 est une vue en perspective du déflecteur selon une seconde réalisation de l'invention ; la figure 4 est une vue en perspective d'un type d'échangeur qui utilise un même type de fluide réfrigérant avec ses conduits d'entrée et de sortie situés dans une même extrémité de la carcasse ; la figure 5 est une vue en coupe de l'échangeur de la figure 4, montrant le déflecteur utilisé et le parcours du fluide réfrigérant ; la figure 6 est une vue en perspective d'un déflecteur montrant les ailettes longitudinales de fixation ; la figure 7 est une vue partielle en perspective de la carcasse de l'échangeur, montrant le déflecteur monté et fixé aux parois internes de la carcasse grâce aux ailettes longitudinales ; les figures 8 et 9 sont des vues en perspective et en plan respectivement d'une extrémité du déflecteur selon l'invention, montrant un segment saillant prévu pour l'emboîtement avec une plaque de support des tubes ; la figure 10 est une vue en perspective d'une plaque de support, montrant une rainure d'emboîtement destinée à recevoir le segment saillant du déflecteur ; la figure 11 est une vue en perspective du déflecteur monté dans la plaque de support illustrée à la figure 10 ; les figures 12 et 13 sont respectivement des vues en perspective de deux configurations d'échangeurs thermiques qui utilisent deux types de fluides réfrigérants différents, montrant l'emplacement des paires respectives de conduits d'entrée et de sortie des deux fluides réfrigérants ; et la figure 14 est une vue en coupe et en perspective d'un échangeur thermique qui utilise un fluide réfrigérant unique, montrant l'emplacement de la paire de conducteurs d'entrée et de sortie situés dans une même extrémité de la carcasse.

DESCRIPTION D'UNE REALISATION PRÉFÉRÉE A la figure 1 est représenté partiellement un échangeur thermique 1 qui comprend un faisceau de tubes (non représentés pour raisons de clarté) disposés à l'intérieur d'une carcasse 2, définissant une entrée 3 et une sortie 4 de gaz, lesdits tubes étant destinés à la circulation des gaz avec un échange thermique avec au moins un fluide réfrigérant. Les tubes sont fixés par leurs extrémités entre deux plaques de support 5 accouplées dans chaque extrémité de la carcasse 2, les deux plaques de support 5 présentant une pluralité d'orifices pour le positionnement des tubes respectifs . Ainsi, l'échangeur 1 comporte des moyens de déviation disposés à l'intérieur de la carcasse 2 susceptibles de diriger 1 ' au moins un fluide réfrigérant dans la carcasse 2. Dans ce cas, les moyens de déviation comprennent un déflecteur longitudinal 6 sensiblement parallèle au faisceau de tubes, destiné à diviser la carcasse 2 en deux circuits.

Le déflecteur situé dans la carcasse 2 de l'échangeur 1 permet d'améliorer la distribution d'un fluide réfrigérant ou même de séparer deux fluides différents, tout comme de l'huile et un fluide de réfrigération, sans communication entre les deux à l'intérieur d'une carcasse 2 commune. Deux réalisations du déflecteur sont montrées ci-après.

Selon une première réalisation montrée à la figure 2, le déflecteur 6 comprend une surface fermée et homogène qui permet une parfaite étanchéité entre les circuits de deux fluides réfrigérants. La finalité dudit déflecteur 6 est de séparer deux fluides réfrigérants différents à l'intérieur de la carcasse 2, en raison de leurs compositions, propriétés, etc. différentes. Ce type de déflecteur 6 est utilisé dans des échangeurs dans lesquels il est nécessaire d'utiliser différents circuits de fluide réfrigérant dans l'échangeur pour produire l'échange thermique avec les gaz d'échappement qui circulent dans les tubes .

A la figure 1 est illustré un échangeur 1 qui utilise ledit déflecteur 6 pour séparer deux types de fluide réfrigérant. Dans ce cas, deux conduits d'entrée différents 7, 7a, et deux conduits de sortie différents 8, 8a sont nécessaires dans un même échangeur 1. De cette façon, une séparation adéquate des deux fluides réfrigérants dans une même carcasse 2 est réalisée. A la figure 1, l'entrée et la sortie des deux fluides réfrigérants dans la carcasse 2, ainsi que l'entrée et la sortie des gaz dans la carcasse 2 et leur changement de sens dans un réservoir de gaz (non représenté) sont représentées.

Selon une seconde réalisation montrée à la figure 3, le déflecteur 6a comprend une ouverture passante 9 dans sa surface pour le passage d'un fluide réfrigérant depuis une moitié jusqu'à une autre moitié de la carcasse 2, afin d'optimiser la distribution du fluide réfrigérant dans la carcasse 6. Ce type de déflecteur 6a est donc utilisé pour incrémenter les rendements ou améliorer la distribution du fluide réfrigérant dans la carcasse 2.

Les figures 4 et 5 illustrent un échangeur 1 qui utilise ledit déflecteur 6a, dont les conducteurs d'entrée 7 et de sortie 8 sont situés dans un même extrême de la carcasse 2. A la figure 4 l'entrée et la sortie du fluide réfrigérant dans la carcasse 2 sont représentés par des flèches.

En raison des restrictions de conditionnement ou des impératifs du constructeur de véhicules, il est possible que les conducteurs d'entrée 7 et de sortie 8 du fluide réfrigérant aient à être placés à une courte distance l'un de l'autre ou même dans la même extrémité de la carcasse 2, ce qui peut occasionner un trajet préférable pour le fluide réfrigérant et affecter en conséquence le remplissage du fluide réfrigérant et entraîner une mauvaise réfrigération des tubes de gaz, et donner également lieu à des points de stagnation pouvant provoquer un phénomène d'ébullition risquant d'endommager 1 'échangeur. Dans ce cas, le déflecteur 6a pourvu de son ouverture 9 permet d'améliorer la circulation du fluide réfrigérant dans 1 'échangeur. La configuration du déflecteur 6, 6a de la présente invention inclut des ailettes périphériques pliées 10 dans ses deux bords longitudinaux, comme on le peut le voir à la figure 6, destinées à raccorder le déflecteur 6, 6a à deux cloisons internes de la carcasse 2 de préférence par soudure au four (voir la figure 7) . De cette façon, le recours à des points de soudure entre le déflecteur 6, 6a et la carcasse 2 tels qu'utilisés avec les déflecteurs connus dans l'état de l'art est aboli.

Ainsi, le déflecteur 6, 6a de la présente invention inclut dans ses bords transversaux deux segments saillants 11, comme l'illustrent les figures 6, 8 et 9, susceptible de s'emboîter dans des rainures respectives (12) pratiquées dans les plaques de support 5 (voir les figures 10 et 11), permettant au déflecteur 6, 6a de rester fixé à la position appropriée avant sa soudure. Dans ce cas, le montage du déflecteur 6, 6a est réalisé d'une façon semblable au processus de montage des tubes avec lesdites plaques de support 5. A titre d'exemple, les figures 1, 12 et 13 illustrent respectivement des configurations distinctes d'échangeurs 1 qui utilisent deux fluides réfrigérants, leurs conduits respectifs d'entrée 4, 4a et de sortie 8, 8a étant disposés à différentes positions relativement à la carcasse 2. Dans ce cas, un déflecteur 6 fermé est utilisé (voir la figure 2) pour séparer les deux fluides réfrigérants.

D'autre part, les figures 4 et 14 montrent respectivement différentes configurations d'échangeurs qui utilisent un même fluide réfrigérant dont la paire de conduits d'entrée 7 et de sortie 8 est située dans la même extrémité de la carcasse 2, lesdits conduits 7, 8 étant disposés à différentes positions relatives dans la carcasse 2. Dans ce cas, un déflecteur 6a pourvu d'une ouverture passante 9 (voir la figure 3) pour améliorer la distribution du fluide réfrigérant est utilisé.

Le déflecteur 6, 6a de l'invention peut être utilisé dans des échangeurs fabriqués en acier inoxydable ou en aluminium.