ÉCHANGEUR THERMIQUE POUR GAZ. EN PARTICULIER POUR LES GAZ D'ÉCHAPPEMENT D'UN MOTEUR

La présente invention concerne un échangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d'échappement d'un moteur.

L'invention s'applique tout spécialement dans les échangeurs thermiques de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur (EGRC).

CONTEXTE DE L'INVENTION

La fonction principale des échangeurs EGR est l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement et le fluide caloporteur, dans le but de refroidir les gaz.

Actuellement, les échangeurs thermiques EGR sont largement utilisés pour des applications Diesel afin de réduire les émissions et servent aussi dans des applications à essence pour réduire la consommation de carburant.

Le marché tend à réduire la taille des moteurs et à appliquer les échangeurs de chaleur EGR non seulement dans les applications haute pression (HP) mais aussi dans celles basse pression (LP); toutes les deux ont un impact sur la conception des échangeurs de chaleur EGR. Les constructeurs de véhicules exigent des échangeurs de chaleur EGR avec de meilleurs rendements et, en même temps, l'espace disponible pour placer l'échangeur et ses composants est de plus en plus petit, ce qui les rend de plus en plus difficiles à intégrer.

En plus, dans de nombreuses applications l'écoulement du fluide caloporteur pour refroidir les gaz d'échappement tend à se réduire bien que les rendements de l'échangeur soient allés en augmentant.

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

Fondamentalement, il y a deux types d'échangeurs de chaleur EGR: un premier type consiste en un boîtier à l'intérieur duquel on dispose un faisceau de tubes parallèles pour le passage des gaz, le réfrigérant circulant dans le boîtier, à l'extérieur des tubes, et le second type se compose d'une série de plaques parallèles qui constituent les surfaces d'échange de chaleur, de sorte que les gaz d'échappement et le réfrigérant circulent entre deux plaques, en couches alternées, avec possibilité d'inclure des ailettes pour améliorer l'échange de chaleur.

Dans le cas d'échangeurs de chaleur à faisceau de tubes, l'assemblage entre les tubes et le boîtier peut être de différents types. Généralement, les tubes sont fixés par leurs extrémités entre deux plaques de support raccordées à chaque extrémité du boîtier, les deux plaques de support présentant une pluralité d'orifices pour l'installation des tubes respectifs.

Lesdites plaques de support sont fixées à leur tour à des moyens de raccordement avec la ligne de recirculation, qui peuvent consister en un montage en V ou bien en un collet périphérique de raccordement ou bride, en fonction de la conception de la ligne de recirculation dans laquelle est assemblé l'échangeur. Le collet périphérique peut être assemblé avec un réservoir à gaz, de façon à ce que le réservoir à gaz soit une pièce intermédiaire entre le boîtier et le collet, ou bien le collet peut être assemblé directement au boîtier.

Dans les deux types d'échangeurs EGR, la plupart de leurs composants sont métalliques, de sorte qu'ils sont assemblés par des moyens mécaniques et ensuite soudés au four ou soudés à l'arc ou au laser pour assurer l'étanchéité appropriée que requiert cette application.

Quelques échangeurs EGR comprennent aussi un filtre dans la ligne d'échappement, qui est généralement constitué par un composant indépendant, quoiqu'il puisse être partiellement intégré à l'échangeur EGR.

Le brevet EP2273095 concerne un échangeur thermique comprenant un filtre de liquide intégré audit échangeur, qui comprend une zone de filtre dépassant d'une surface plane. Ce filtre est configuré comme un joint et est monté entre la bride de raccordement et le réservoir de gaz au moyen d'éléments de visserie.

Le brevet EP2194351 concerne un échangeur thermique comprenant un filtre à particules pour la filtration des gaz d'échappement, structurellement intégré à l'intérieur du tube d'entrée des gaz de l'échangeur thermique. Le brevet FR2938051 concerne un échangeur thermique qui comprend un filtre logé dans une position choisie de façon à ce que le filtre soit disposé près d'un côté extrême du faisceau tubulaire. Cependant, ces filtres présentent l'inconvénient de nécessiter un processus d'assemblage ardu et lent puisqu'on utilise des joints supplémentaires et une fixation au moyen des éléments de visserie. En outre, leur volume fait augmenter les dimensions de l'échangeur, avec les problèmes qui en résultent pour le montage dans le compartiment moteur.

DESCRI PTION DE L'INVENTION

L'objectif de l'échangeur thermique pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, selon la présente invention est de résoudre les inconvénients que présentent les échangeurs connus dans l'art, en offrant un filtre à particules plus économique et simple à assembler dans l'échangeur.

L'échangeur thermique pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, objet de la présente invention est du type comprenant un faisceau de tubes disposés à l'intérieur d'un boîtier, destinés à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide caloporteur, au moins un réservoir de gaz pouvant être ajusté à une extrémité du boîtier et raccordé à la ligne de recirculation des gaz et un filtre à particules pour la filtration des gaz d'échappement, associé audit réservoir de gaz, et il se caractérise en ce que ledit filtre est intégré au réservoir de gaz et forme une unique pièce inséparable susceptible d'être ajustée au boîtier de l'échangeur.

De cette façon, on obtient un filtre totalement intégré au réservoir de gaz en une unique pièce, ce qui facilite ainsi son assemblage au boîtier de l'échangeur.

De façon avantageuse, le filtre est intégré au réservoir de gaz par soudage. On obtient ainsi une fixation du filtre au réservoir de gaz plus simple, puisqu'il n'est pas nécessaire que le filtre ait un collet métallique ou des pièces intermédiaires de fixation, pas plus que des éléments de visserie, pour être assemblé au réservoir de gaz, comme cela se passait avec les filtres connus.

Également, le réservoir de gaz peut être assemblé directement par brasage au four au noyau de l'échangeur thermique et il n'est pas nécessaire d'utiliser une pièce séparée assemblée par des éléments de visserie comme dans l'art antérieur.

De préférence, le filtre est assemblé au réservoir de gaz par soudage par points ou soudage à l'arc.

Facultativement, le filtre est en outre assemblé au réservoir de gaz par brasage au four. En général, il suffit d'un assemblage par soudage par points ou à l'arc pour garantir une fixation correcte du filtre. Néanmoins, il est possible d'améliorer la fixation par un brasage au four additionnel.

Conformément à un mode de réalisation de l'invention, le filtre comprend un écran de configuration concave en guise de plateau, avec une aile périphérique plate prévue pour l'assemblage d'un seul tenant avec le réservoir de gaz.

La configuration en forme d'écran concave permet d'augmenter la superficie de filtration et d'autre part la surface plane de l'aile périphérique facilite la fixation du filtre au réservoir de gaz par soudage, sans qu'i soit besoin de pièces intermédiaires ni d'éléments de visserie.

De façon avantageuse, le réservoir de gaz comprend un bord périphérique plat dans sa partie intérieure, destiné à recevoir l'aile périphérique du filtre en vue de leur assemblage l'un à l'autre. De cette façon, on garantit une fixation par soudure permanente et robuste entre les deux pièces.

Les avantages que procure la présente invention sont résumés ci-après:

On obtient un filtre plus économique et plus facile à fabriquer, formé seulement par l'écran de filtration qui comprend l'aile périphérique constituée de la même matière. Néanmoins, si on le souhaite on peut aussi inclure un plan métallique autour de l'écran.

L'intégration du filtre simplifie la conception de l'échangeur en éliminant la nécessité d'inclure un collet, un joint et des éléments de visserie. Le résultat est une réduction significative du coût de l'assemblage.

L'intégration du filtre au réservoir de gaz implique un moindre volume de l'échangeur thermique par comparaison avec d'autres solutions qui nécessitent un collet ou une pièce supplémentaire.

En réduisant le nombre de pièces, on simplifie le processus d'assemblage de l'échangeur et aussi parce que le processus de soudage est beaucoup plus rapide que le processus avec éléments de visserie. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

Afin de faciliter la description de ce que nous avons exposé précédemment, nous joignons des dessins sur lesquels, schématiquement et uniquement à titre d'exemple non limitatif, est représenté un cas pratique de mode de réalisation de l'échangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d'échappement d'un moteur, selon l'invention, parmi lesquels:

la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale partielle d'un échangeur thermique, montrant le filtre ajusté au réservoir de gaz, selon l'invention;

la figure 2 est une vue en perspective du filtre selon l'invention;

la figure 3 est une vue en perspective du réservoir de gaz montrant le bord périphérique d'emboîtement destiné à recevoir le filtre;

les figures 4 et 5 montrent deux vues en perspective et éclatées du filtre et du réservoir de gaz en coupe; et la figure 6 est une vue en perspective selon la figure 4 avec le filtre intégré au réservoir de gaz.

DESCRI PTION D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ

La figure 1 est une représentation partielle d'un échangeur thermique 1 qui comprend un faisceau de tubes 2 disposés à l'intérieur d'un boîtier 3, délimitant une entrée 4 et une sortie de gaz, lesdits tubes 2 étant destinés à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide caloporteur. Les tubes 2 sont fixés par leurs extrémités entre deux plaques de support 5 ajustées à chaque extrémité du boîtier 3, les deux plaques de support 5 présentant une pluralité d'orifices pour l'installation des tubes 2 respectifs.

Dans ce cas, l'échangeur 1 comprend un réservoir de gaz 6 ajusté au boîtier 3 à l'extrémité d'entrée de gaz 4 et raccordé à la ligne de recirculation des gaz.

L'échangeur 1 comprend également un filtre à particules 7 pour la filtration des gaz d'échappement, intégré au réservoir de gaz 6 et formant une unique pièce inséparable susceptible d'être ajustée au boîtier 3 de l'échangeur. De cette façon, en obtenant une unique pièce, on facilite son assemblage au boîtier 3 de l'échangeur 1 .

Le filtre 7 est intégré au réservoir de gaz 6 par soudage, que ce soit par soudage par points ou par soudage à l'arc. On obtient ainsi une fixation du filtre 7 au réservoir de gaz 6 plus simple, puisqu'il n'est pas nécessaire que le filtre 7 ait un collet métallique ou des pièces intermédiaires de fixation, pas plus que des éléments de visserie, pour être assemblé au réservoir de gaz 6.

En général, il suffit d'un assemblage par soudage par points ou à l'arc pour garantir une fixation correcte du filtre 7. Néanmoins, pour améliorer la fixation du filtre 7 au réservoir de gaz 6 on peut en outre appliquer un brasage au four.

Comme on peut s'en rendre compte sur les figures 2 à 6, le filtre 7 comprend un écran 8 de configuration concave en guise de plateau, avec une aile périphérique 9 plate prévue pour son assemblage d'un seul tenant avec le réservoir de gaz 6. La configuration en forme d'écran 8 concave permet d'augmenter la superficie de filtration et d'autre part la surface plane de l'aile périphérique 9 facilite la fixation du filtre 7 au réservoir de gaz 6 par soudage, sans qu'i soit besoin de pièces intermédiaires ni d'éléments de visserie.

Le réservoir de gaz 6 comprend dans sa partie intérieure un bord périphérique 10 plat destiné à recevoir l'aile périphérique 9 du filtre 7 en vue de leur assemblage l'un à l'autre. De cette façon, on garantit une fixation par soudure permanente et robuste entre les deux pièces.

Également, le réservoir de gaz 6 comprend un autre collet 1 1 prévu pour s'emboîter et s'assembler avec le bord du boîtier 3, comme on peut le voir sur la figure 3.