EP2227667B1 - Echangeur de chaleur pour gaz, notamment pour les gaz d'echappement d'un moteur - Google Patents

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EP2227667B1
EP2227667B1 EP08855323.5A EP08855323A EP2227667B1 EP 2227667 B1 EP2227667 B1 EP 2227667B1 EP 08855323 A EP08855323 A EP 08855323A EP 2227667 B1 EP2227667 B1 EP 2227667B1
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EP
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exchanger
bearing points
plastic shell
plastic
gases
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Silvia Guillen Lambea
Eva Tomas Herrero
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Valeo Termico SA
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Valeo Termico SA
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    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger for gas, in particular for the exhaust gases of an engine.
  • the invention is particularly applicable to the exhaust gas recirculation exchangers of an engine (EGRC).
  • the two heat exchange media are separated by a wall.
  • the heat exchanger itself can have several different configurations: for example, it can be composed of a tubular carcass inside which are arranged a series of parallel ducts for the passage of gases, the circulating refrigerant in the carcass outside the ducts; in another embodiment, the exchanger has a series of parallel plates forming the heat exchange surfaces, the exhaust gas and the refrigerant flowing between two plates, in alternating layers.
  • the junction between the ducts and the casing may be of different types.
  • the ducts are fixed at their ends between two support plates coupled to each end of the carcass, the two support plates having a plurality of orifices in which the respective ducts are housed. Said support plates are they themselves are attached to connecting means to the recirculation line.
  • Said connecting means may consist of a V-shaped connection or a peripheral connecting flange or a flange, depending on the design of the recirculation line to which the exchanger is connected.
  • the peripheral flange can be mounted together with a gas tank, the gas tank then constituting an intermediate piece between the carcass and the flange.
  • the rim can also be mounted directly on the carcass.
  • the gas circuit may also be of the linear type, wherein the gas inlet and outlet are disposed at opposite ends; or it may be of the U-shaped type, in which the gas inlet and outlet occupy adjacent positions at the same open end, the opposite end being closed, and defining a forward passage and a return passage.
  • the closed end for the return of gases is generally constituted by a closed gas tank.
  • EGR heat exchangers are commonly made of metal and usually made of stainless steel or aluminum. All the components of the ductwork heat exchangers, like those of the stacked plate heat exchangers, are made of metal, so that the exchangers are assembled by mechanical means and then welded to ensure an adequate level of sealing for this application.
  • EGR heat exchanger One way to reduce the cost of the EGR heat exchanger is to replace the stainless steel casing with another material, provided that it is less expensive and allows other functions such as incorporation to be incorporated. coolant conduits or mounting brackets to a surface of the engine environment that will be used to fix the exchanger.
  • Duct beam heat exchangers comprising a plastic carcass are known.
  • the plastic casings have the advantage of reducing the cost of the final product in that they allow the integration of the refrigerant circuit conduits and the attachment brackets to a surface of the engine environment.
  • the plastic carcass houses the core or metal body of the exchanger consisting of the bundle of tubes, and at least one support plate and a gas tank.
  • the metal body must be attached to the plastic casing without protruding from it so as to ensure the mechanical strength of the heat exchanger vis-à-vis the motor vibration.
  • a key aspect of heat exchanger design is the juncture between plastic components and metal components, such as aluminum or stainless steel.
  • metal components such as aluminum or stainless steel.
  • junctions there are two types of junctions, namely a junction whose function is to fix the different materials, in other words the plastic and the metal, and to ensure the tightness , and a junction having a single support function.
  • the open-side junction generally incorporates a gasket to prevent any possible leakage of refrigerant to the outside, the closed-side junction not requiring the sealing function in the extent to which this side only serves to support the -body metal inside the plastic carcass.
  • the patent WO 2007/048603 discloses a heat exchanger of this type, wherein the junction means of the closed side comprise a support integral with the plastic carcass, which is provided with a slot for receiving a projection secured to the closed gas reservoir.
  • the working temperatures associated with the plastic carcass and the body of the exchanger are different.
  • the metal body can reach high temperatures because it is in contact with the gas, whose temperature varies from 750 oC at the inlet to 500 oC at the outlet.
  • the plastic casing is subjected to relatively low temperatures because it is immersed in the refrigerant whose temperature varies between 70 oC and 90 oC.
  • the contact surface between the body of the heat exchanger and the plastic casing must be strongly cooled by the refrigerant.
  • the flow of refrigerant at this surface must be sufficiently abundant, and its passage favored, and, secondly, the contact surface must be very small in order to maintain the temperature in the contact zone of the plastics material at values close to the temperature of the coolant.
  • the contact surface must also be large enough to support the metal body.
  • the difference in temperature between the metal body and the plastic carcass causes different thermal expansion of the two components, also a function of the coefficient of thermal expansion.
  • the contact surface between the plastic casing and the metal body generally the gas tank, must be cooled substantially by the refrigerant, which means that the passage of the cooling fluid must be favored. at this surface.
  • the design requirements therefore play a key role in improving the flow of refrigerant at this surface.
  • the definition of the distance between the metal body and the plastic carcass is of particular importance in this respect.
  • the choice of this value depends on the minimum cross section of the coolant inside the heat exchanger. For example, if the distance between the gas tubes of a tubular heat exchanger is 1.3 mm, it is recommended to provide a distance of 2.6 mm, on both opposite sides, between the tank of gas and plastic carcass.
  • a good design of the junction of the metal body to the plastic carcass is necessary to allow the absorption of space due to the tolerances of the components.
  • the subject of the present invention is a gas heat exchanger, in particular for the exhaust gases of an engine, designed to overcome the drawbacks of exchangers known in the art by virtue of an optimized junction between the plastic carcass and the metal body. of the exchanger.
  • the gas heat exchanger in particular for the exhaust gas of an engine, object of the present invention, is of the type comprising a metal body disposed inside a plastic carcass, said metal body incorporating a circuit for the circulation of gases with heat exchange with a refrigerant and at least one gas reservoir or support flange coupled to at least one end of said circuit, and connecting means for fixing at least one end of the metal body at the plastic carcass, and characterized in that said joining means comprises a plurality of contact points of small contact area integral with the plastic carcass, capable of being housed in respective recesses belonging to said at least one gas reservoir or support flange.
  • the joining means consist of a plurality of contact points with a small contact surface, it is possible to obtain a compromise that provides a surface that is sufficiently small to maintain the temperature in the contact zone of the plastics material. values close to the coolant temperature, but large enough to support the metal body.
  • This solution also makes it possible to improve the distribution of the refrigerant flow rate and thus the cooling of the contact surface subjected to a high temperature.
  • the support points are preferably constituted by longitudinal ribs.
  • the bearing points are advantageously distributed radially and substantially equidistantly in an inner zone of the plastic carcass.
  • the joining means preferably comprise between two and eight points of support.
  • the joining means comprise six symmetrically distributed support points, so that each major side of said rectangular cross section has two fulcrums and each small side of said rectangular cross section has a fulcrum.
  • the joining means comprise two symmetrically distributed support points, so that each large side of said cross section rectangular has a fulcrum.
  • the joining means comprise four symmetrically distributed support points, so that each long side of said rectangular cross section presents two points of support.
  • the bearing points advantageously comprise a minimum longitudinal dimension allowing displacements caused by the distinct thermal expansion between the metal body and the plastic carcass.
  • the minimum distance between the metal body and the plastic casing, measured on each opposite side of the metal body, is twice the distance between the ducts. gas.
  • a safety distance of between 1.5 and 2.5 times the minimum cross section of the refrigerant flow.
  • the exchanger comprises an inlet connection and a refrigerant outlet fitting integrated with the plastic carcass
  • the inlet or outlet connection of the refrigerant fluid is located near said contact surface of the points of support, which guarantees a minimum flow of coolant.
  • the exchanger comprises mounting brackets to a surface of the engine environment
  • at least one mounting bracket is located near said contact surface of the support points, so as to improve the resistance of the metal body to vibration from the engine.
  • the bearing points have a suitable configuration allowing the absorption of the space due to the tolerances of the metal body and the plastic carcass. Improved junction means are thus obtained with an extended service life, and a facilitated mounting operation between the exchanger body and the plastic casing.
  • the shape of the points of support will admit a less deformation of the constituent plastic in the case where the fitting nesting between the two components exceeds the interlocking permissible, ie if the gas tank has the largest permissible tolerance and the smallest distance between points of support.
  • the bearing points preferably have a branched configuration.
  • the support points incorporate two diverging branches forming a suitable angle chosen according to the plastic material used. It should be noted that the greater the angle defined between the branches, the lower the mounting effort will be.
  • the support points incorporate three divergent branches.
  • the incorporation of an additional central branch makes it possible to reinforce the stability.
  • the bearing points preferably incorporate on their outer surface a plurality of small protuberances to reduce the volume of plastic to be deformed in the case of a fitting, and thus facilitate the mounting process.
  • the gas inlet is advantageously located near the passage of the refrigerant fluid, regardless of its entry or exit.
  • the gas inlet is preferably located near the outlet of the refrigerant.
  • the heat exchanger is of the "U" -shaped type in which the inlet and the outlet of the gases occupy adjacent positions at the same open end of the metal body, the opposite end being closed, and defining a forward passage and a return passage, and characterized in that the bearing points are constituted by longitudinal ribs integrated into an inner surface of the plastic carcass, said respective ribs being capable of to stay in corresponding recesses on the outer surface of the gas reservoir at said closed end.
  • the gas tank is generally formed by stamping and its recessed mounting surfaces give it increased rigidity.
  • the heat exchanger 1 consists of a plastic casing 2 containing a metal body comprising a bundle of parallel ducts 3 for the passage of the gases to be cooled. Inside the casing 2 and outside the ducts 3, a refrigerant circulates from an inlet 4 to an outlet 5. Said metal body also incorporates a support plate 6 and a gas reservoir 7 as shown in FIG. will explain later.
  • the carcass 2 has a substantially rectangular section and is closed at one of its ends to accommodate the duct bundle 3 which is, in this case, the type of "U", otherwise said inlet 8 and the outlet 9 of said ducts 3 are arranged on the same side at the open end of the carcass 2, defining a forward passage and a return passage of the gases to be cooled.
  • the duct bundle 3 which is, in this case, the type of "U"
  • said inlet 8 and the outlet 9 of said ducts 3 are arranged on the same side at the open end of the carcass 2, defining a forward passage and a return passage of the gases to be cooled.
  • the inlet 8 of the gases is located near the outlet 5 of the refrigerant.
  • the duct bundle 3 is fixed, by its free end, to said metal support plate 6, which has a plurality of orifices in which the respective ducts 3 are housed and, by its closed end, to the metal gas tank 7 .
  • Said support plate 6 is fixed to the open end of the plastic casing 2 by means of screws. It is further provided to place a plastic seal 10 between said open end of the carcass 2 and the support plate 6 for the purpose of sealing the coolant.
  • the plastic casing 2 is fixed, by its closed end, to said metal gas reservoir 7 by connecting means incorporating a plurality of longitudinal ribs 11 of small contact area, integral with the plastic casing 2 and able to be housed in corresponding recesses 12 belonging to the gas reservoir 7.
  • the recesses 12 are formed in said gas tank formed by stamping.
  • the longitudinal ribs 11 make it possible to obtain a compromise offering a sufficiently small surface making it possible to maintain the temperature in the zone of contact of the plastics material at values close to the temperature of the refrigerant fluid, but sufficiently large to support the metal body.
  • This solution also makes it possible to obtain an abundant flow of refrigerant fluid to ensure the cooling of the contact surface subjected to a high temperature.
  • It also facilitates the positioning of the body of the heat exchanger in the plastic casing during the mounting operation. It is generally used between two and eight longitudinal ribs 11 distributed substantially equidistantly in order to obtain a correct distribution of the weight of the metal body on the plastic carcass ensuring good stability of the assembly.
  • the joining means comprise six longitudinal ribs 11 distributed symmetrically, so that each large side of said rectangular cross section has two ribs and each small side of said rectangular cross section has a rib.
  • the connecting means comprise four symmetrically distributed ribs, so that each large side of said rectangular cross section has two ribs.
  • the connecting means comprise two symmetrically distributed ribs, so that each large side of said rectangular cross section has a rib.
  • the longitudinal ribs 11 comprise a minimum longitudinal dimension allowing displacements caused by the distinct thermal expansion between the metal body 7 and the plastic casing 2, thereby ensuring proper operation of the exchanger.
  • the direction of said longitudinal displacements is illustrated in FIG. figure 6 by an arrow with two points.
  • Said minimum distance between the gas tank 7 and the plastic casing 2, measured on each opposite side of the gas tank 7, is twice the distance between the gas ducts 3. There is also a safety distance of between 1.5 and 2.5 times the minimum cross section of the fluid flow refrigerant.
  • the inlet connection 4 of the coolant is located near said contact surface of the junction between the carcass 2 and the gas reservoir 7, as shown by the figures 2 and 6 , which ensures a minimum coolant flow.
  • the exchanger 1 comprises attachment supports 13 to a surface of the engine environment, which are located near said contact surface of the junction between the carcass 2 and the gas reservoir 7, as shown in FIG. figure 1 , so as to improve the resistance of the metal body to vibration from the engine.
  • the longitudinal ribs 11 have a suitable configuration allowing the absorption of space due to the tolerances of the gas tank 7 and the plastic carcass 2.
  • the shape of the longitudinal ribs 11 will admit less deformation of the constituent plastic material in the case where the mounting interlocking between the two components exceeds the allowable interlocking, that is to say if the gas reservoir has the largest permissible tolerance and the most small distance between longitudinal ribs.
  • the longitudinal ribs 11 may have a branched configuration, as can be seen in Figures 7 to 10 .
  • the longitudinal ribs 11 incorporate two diverging branches forming a suitable angle chosen depending on the plastic used.
  • the Figures 9 and 10 respectively illustrate different values of the angle formed by the branches of the longitudinal ribs 11. The greater the angle defined between the branches, the lower the mounting force will be.
  • the longitudinal ribs 11 incorporate three diverging branches.
  • the incorporation of an additional central branch makes it possible to reinforce the stability.
  • the longitudinal ribs 11 may incorporate on their outer surface a plurality of small protuberances 14, as shown in FIG. figure 11 , to reduce the volume of plastic to deform in the case of a mounting interlock and thus facilitate the mounting process.
  • the invention can however also find application in stacked plate heat exchangers.
  • the gas circuit may also be of the "U" -shaped type (the gas inlet and the outlet being disposed at the same end) or of the linear type (the gas inlet and outlet being arranged at opposite ends).

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Description

  • La présente invention concerne un échangeur de chaleur pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur.
  • L'invention s'applique tout particulièrement aux échangeurs de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur (EGRC).
    • ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION
  • Dans certains échangeurs de chaleur utilisés pour refroidir des gaz, par exemple ceux utilisés dans des systèmes de recirculation des gaz d'échappement vers l'admission d'un moteur à explosion, les deux milieux d'échange de chaleur sont séparés par une paroi.
  • L'échangeur de chaleur proprement dit peut présenter plusieurs configurations différentes : à titre d'exemple, il peut être composé d'une carcasse tubulaire à l'intérieur de laquelle sont disposés une série de conduits parallèles pour le passage des gaz, le réfrigérant circulant dans la carcasse à l'extérieur des conduits ; dans un autre mode de réalisation, l'échangeur compte une série de plaques parallèles formant les surfaces d'échange de chaleur, les gaz d'échappement et le réfrigérant circulant alors 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. D'une façon générale, 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 dans lesquels viennent se loger les conduits respectifs. Lesdites plaques de support sont elles-mêmes fixées à des moyens de raccord à la ligne de recirculation.
  • Lesdits moyens de raccord peuvent consister en un raccord en V ou bien un rebord périphérique de raccord ou une bride, en fonction de la conception de la ligne de recirculation à laquelle l'échangeur est raccordé. Le rebord périphérique peut être monté conjointement avec un réservoir de gaz, le réservoir de gaz constituant alors une pièce intermédiaire entre la carcasse et le rebord. Le rebord peut également être monté directement sur la carcasse.
  • Le circuit des gaz peut également être du type linéaire, dans lequel l'entrée et la sortie des gaz sont disposées à des extrémités opposées ; ou bien il peut être du type en forme de "U", dans lequel l'entrée et la sortie des gaz occupent des positions adjacentes au niveau d'une même extrémité ouverte, l'extrémité opposée étant fermée, et définissant un passage aller et un passage retour. Dans ce dernier cas, l'extrémité fermée pour le retour des gaz est généralement constituée d'un réservoir de gaz fermé.
  • Les échangeurs de chaleur EGR sont couramment métalliques et généralement fabriqués en acier inoxydable ou en aluminium. Tous les composants des échangeurs à faisceau de conduits comme ceux des échangeurs à plaques empilées sont métalliques, de sorte que les échangeurs sont assemblés par des moyens mécaniques puis soudés pour assurer un niveau d'étanchéité adéquat pour cette application.
  • Un moyen de réduire le coût de l'échangeur de chaleur EGR consiste à remplacer la carcasse d'acier inoxydable par un autre matériau, à condition que celui-ci soit moins coûteux et permette d'intégrer d'autres fonctions telles que l'incorporation des conduits du fluide réfrigérant ou des supports de fixation à une surface de l'environnement moteur qui servira à fixer l'échangeur.
  • On connaît des échangeurs de chaleur à faisceau de conduits comprenant une carcasse en matière plastique. Les carcasses en plastique offrent l'avantage de réduire le coût du produit final dans la mesure où elles permettent l'intégration des conduits du circuit du fluide réfrigérant et des supports de fixation à une surface de l'environnement moteur.
  • Dans ce cas, la carcasse en plastique héberge le noyau ou corps métallique de l'échangeur constitué du faisceau de tubes, et au moins une plaque de support et un réservoir de gaz. Le corps métallique doit être fixé à la carcasse en plastique sans faire saillie de celle-ci de manière à assurer la résistance mécanique de l'échangeur de chaleur vis-à-vis des vibrations du moteur.
  • On connaît des brevets ayant pour objet des échangeurs EGR à carcasse en plastique qui décrivent la jonction entre les parties métalliques et en plastique, en assurant l'étanchéité du fluide réfrigérant pour éviter toute fuite.
  • Un aspect clé de la conception de l'échangeur de chaleur réside dans la jonction entre les composants en plastique et les composants métalliques, tels que ceux en aluminium ou en acier inoxydable. Dans le cas d'échangeurs de chaleur en forme de "U", il existe deux types de jonctions, à savoir une jonction ayant pour fonction de fixer les différents matériaux, autrement dit le plastique et le métal, et d'assurer l'étanchéité, et une jonction ayant une seule et unique fonction de support.
  • Dans cette configuration en forme de "U", la jonction du côté ouvert incorpore généralement un joint d'étanchéité servant à éviter toute fuite possible du fluide réfrigérant vers l'extérieur, la jonction du côté fermé ne nécessitant pas la fonction d'étanchéité dans la mesure où ce côté ne sert qu'à supporter le -corps métallique à l'intérieur de la carcasse en plastique. Le brevet WO 2007/048603 décrit un échangeur de chaleur de ce type, dans lequel les moyens de jonction du côté fermé comprennent un support solidaire de la carcasse en plastique, lequel est doté d'une fente destinée à recevoir une saillie solidaire du réservoir de gaz fermé.
  • Les échangeurs de chaleur connus de ce type présentent toutefois un certain nombre d'inconvénients dans la mesure où la fixation du corps métallique de l'échangeur à la carcasse en plastique s'avère particulièrement problématique et du fait qu'il convient de tenir compte des critères de conception suivants :
    • 1) La surface de contact :
  • Les températures de travail associées à la carcasse en plastique et au corps de l'échangeur sont différentes. Le corps métallique peut atteindre des températures élevées du fait qu'il est au contact du gaz, dont la température varie de 750 ºC à l'entrée à 500 ºC à la sortie. La carcasse en plastique est quant à elle soumise à des températures relativement basses du fait qu'elle baigne dans le fluide réfrigérant dont la température varie entre 70 ºC et 90 ºC.
  • La surface de contact entre le corps de l'échangeur de chaleur et la carcasse en plastique doit être fortement refroidie par le fluide réfrigérant.
  • Cela signifie que, d'une part, le flux du fluide réfrigérant au niveau de cette surface doit être suffisamment abondant, et son passage favorisé, et, d'autre part, la surface de contact doit être très petite de façon à maintenir la température dans la zone de contact de la matière plastique à des valeurs proches de la température du fluide réfrigérant. La surface de contact doit par ailleurs être suffisamment grande pour pouvoir supporter le corps métallique.
    • 2) Dilatation thermique :
  • La différence de températures entre le corps métallique et la carcasse en plastique occasionne une dilatation thermique différente des deux composants, fonction également du coefficient de dilatation thermique.
  • Ceci a l'inconvénient de produire des mouvements indésirables entre les composants, plus particulièrement dans le sens longitudinal, du fait de leur dilatation propre.
    • 3) Distance entre le corps métallique et la carcasse :
  • Comme on l'a indiqué, la surface de contact entre la carcasse en plastique et le corps métallique, généralement le réservoir de gaz, doit être fortement refroidie par le fluide réfrigérant, ce qui signifie qu'il convient de favoriser le passage du fluide réfrigérant au niveau de cette surface. Les exigences de conception jouent donc un rôle essentiel dans l'amélioration du flux du fluide réfrigérant au niveau de cette surface.
  • La définition de la distance entre le corps métallique et la carcasse en plastique revêt à cet égard une importance toute particulière. Le choix de cette valeur dépend de la section transversale minimale du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. À titre d'exemple, si la distance entre les tubes de gaz d'un échangeur de chaleur tubulaire est de 1,3 mm, il est recommandé de prévoir une distance de 2,6 mm, des deux côtés opposés, entre le réservoir de gaz et la carcasse en plastique.
    • 4) Position du raccord d'entrée du fluide réfrigérant :
  • Il est très importante de placer le raccord d'entrée du fluide réfrigérant près de ladite surface de contact dans le but d'assurer un flux minimal de fluide réfrigérant.
    • 5) Position des supports de fixation à une surface de l'environnement moteur :
  • Il est conseillé de placer au moins un support de fixation au moteur dans la zone d'appui du faisceau de tubes sur la carcasse de l'échangeur dans le but d'obtenir une meilleure résistance du corps métallique aux vibrations du moteur.
    • 6) Conception des moyens de jonction du corps métallique à la carcasse :
  • Une bonne conception de la jonction du corps métallique à la carcasse en plastique s'avère nécessaire pour permettre l'absorption de l'espace dû aux tolérances des composants.
    • DESCRIPTION DE L'INVENTION
  • La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur, conçu pour remédier aux inconvénients des échangeurs connus dans la technique grâce à une jonction optimisée entre la carcasse en plastique et le corps métallique de l'échangeur.
  • L'échangeur de chaleur pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur, objet de la présente invention, est du type comprenant un corps métallique disposé à l'intérieur d'une carcasse en plastique, ledit corps métallique incorporant un circuit destiné à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide réfrigérant et au moins un réservoir de gaz ou bride de support couplé à au moins une extrémité dudit circuit, et des moyens de jonction pour fixer au moins une des extrémités du corps métallique à la carcasse en plastique, et caractérisé en ce que lesdits moyens de jonction comprennent une pluralité de points d'appui de faible surface de contact solidaires de la carcasse en plastique, susceptibles de se loger dans des renfoncements respectifs appartenant audit au moins un réservoir de gaz ou bride de support.
  • Les moyens de jonction étant constitués d'une pluralité de points d'appui de faible surface de contact, il est possible d'obtenir un compromis offrant une surface suffisamment petite permettant de maintenir la température dans la zone de contact de la matière plastique à des valeurs proches de la température du fluide réfrigérant, mais suffisamment grande permettant de supporter le corps métallique.
  • Cette solution permet en outre d'améliorer la répartition du débit de fluide réfrigérant et donc le refroidissement de la surface de contact soumise à une température élevée.
  • Elle facilite en outre le positionnement du corps de l'échangeur de chaleur dans la carcasse en plastique au cours de l'opération de montage.
  • Les points d'appui sont de préférence constitués de nervures longitudinales.
  • Les points d'appui sont avantageusement répartis radialement et de façon sensiblement équidistante dans une zone interne de la carcasse en plastique.
  • L'on obtient ainsi une répartition correcte du poids du corps métallique sur la carcasse en plastique assurant une bonne stabilité de l'ensemble.
  • Les moyens de jonction comprennent de préférence entre deux et huit points d'appui.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, dans le cas d'une carcasse de section transversale rectangulaire, les moyens de jonction comprennent six points d'appui répartis symétriquement, de manière à ce que chaque grand côté de ladite section transversale rectangulaire présente deux points d'appui et chaque petit côté de ladite section transversale rectangulaire présente un point d'appui.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, également dans le cas d'une carcasse de section transversale rectangulaire, les moyens de jonction comprennent deux points d'appui répartis symétriquement, de manière à ce que chaque grand côté- de ladite section transversale rectangulaire présente un point d'appui.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, également dans le cas d'une carcasse de section transversale rectangulaire, les moyens de jonction comprennent quatre points d'appui répartis symétriquement, de manière à ce que chaque grand côté de ladite section transversale rectangulaire présente deux points d'appui.
  • Les points d'appui comprennent avantageusement une dimension longitudinale minimale permettant les déplacements provoqués par la dilatation thermique distincte entre le corps métallique et la carcasse en plastique.
  • Ceci permet d'assurer un fonctionnement correct de l'échangeur de chaleur en dépit des mouvements indésirables dans le sens longitudinal dus à la dilatation du corps métallique et de la carcasse en plastique à des températures différentes.
  • Il est également avantageusement prévu une distance minimale entre le corps métallique et la carcasse en plastique fonction de la section transversale minimale du flux de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur.
  • Ceci permet ainsi de garantir une distance adéquate entre le corps métallique, généralement le réservoir de gaz, et la carcasse en plastique, et d'obtenir par conséquent un flux abondant de fluide réfrigérant.
  • De préférence, dans le cas d'un circuit de gaz incorporant une pluralité de conduits parallèles, la distance minimale entre le corps métallique et la carcasse en plastique, mesurée de chaque côté opposé du corps métallique, correspond à deux fois la distance entre les conduits de gaz.
  • De préférence également, il est prévu une distance de sécurité comprise entre 1,5 et 2,5 fois la section transversale minimale du flux de fluide réfrigérant.
  • Avantageusement, compte tenu que l'échangeur comprend un raccord d'entrée et un raccord de sortie du fluide réfrigérant intégrés à la carcasse en.plastique, le raccord d'entrée ou de sortie du fluide réfrigérant est situé près de ladite surface de contact des points d'appui, ce qui permet de garantir un flux de fluide réfrigérant minimal.
  • Avantageusement également, compte tenu que l'échangeur comprend des supports de fixation à une surface de l'environnement moteur, au moins un support de fixation est situé près de ladite surface de contact des points d'appui, de manière à améliorer la résistance du corps métallique aux vibrations provenant du moteur.
  • Avantageusement également, les points d'appui présentent une configuration adéquate permettant l'absorption de l'espace dû aux tolérances du corps métallique et de la carcasse en plastique. L'on obtient ainsi des moyens de jonction améliorés offrant une durée de vie utile prolongée, et une opération de montage facilitée entre le corps de l'échangeur et la carcasse en plastique. La forme des points d'appui admettra une moindre déformation de la matière plastique constitutive dans le cas où l'emboîtement de montage entre les deux composants excède l'emboîtement admissible, autrement dit si le réservoir de gaz possède la plus grande tolérance admissible et la plus petite distance entre points d'appui.
  • Les points d'appui présentent de préférence une configuration ramifiée.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les points d'appui incorporent deux branches divergentes formant un angle adéquat choisi en fonction de la matière plastique utilisée. Il convient de souligner que plus l'angle défini entre les branches est grand, plus l'effort de montage sera faible.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les points d'appui incorporent trois branches divergentes. Dans ce cas, l'incorporation d'une branche centrale supplémentaire permet de renforcer la stabilité.
  • Les points d'appui incorporent de préférence sur leur surface externe une pluralité de petites protubérances permettant de réduire le volume de plastique à déformer dans le cas d'un emboîtement de, montage et donc de faciliter le procédé de montage.
  • L'entrée des gaz est avantageusement située près du passage du fluide réfrigérant, indifféremment à son entrée ou à sa sortie.
  • L'entrée des gaz est de préférence située près de la sortie du fluide réfrigérant.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur est du type en forme de "U" dans lequel l'entrée et la sortie des gaz occupent des positions adjacentes au niveau d'une même extrémité ouverte du corps métallique, l'extrémité opposée étant fermée, et définissant un passage aller et un passage retour, et caractérisé en ce que les points d'appui sont constitués de nervures longitudinales intégrées à une surface interne de la carcasse en plastique, lesdites nervures respectives étant susceptibles de se loger dans des renfoncements correspondants ménagés sur la surface externe du réservoir de gaz situé au niveau de ladite extrémité fermée.
  • Le réservoir de gaz est généralement formé par estampage et ses surfaces de fixation en forme de renfoncements lui confèrent une rigidité accrue.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • Dans le but de faciliter la description de ce qui a été exposé précédemment, on joint des dessins dans lesquels sont représentés, sous forme schématique et uniquement à titre d'exemple non limitatif, des cas pratiques de modes de réalisation de l'échangeur de chaleur pour gaz de l'invention. Dans ces dessins :
    • la figure 1 est une vue en perspective et éclatée d'un échangeur de chaleur pour gaz de l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'échangeur monté de la figure 1 ;
    • les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe transversale de l'échangeur, selon la ligne III-III de la figure 2, montrant les moyens de jonction respectivement avec six, quatre et deux nervures, selon des modes de réalisation différents de l'invention ;
    • la figure 6 est une vue partielle en perspective d'une coupe longitudinale montrant deux nervures longitudinales ;
    • les figures 7 et 8 sont des vues en coupe transversale de l'échangeur montrant les moyens de jonction avec deux nervures ramifiées incorporant respectivement deux et trois branches, selon des modes de réalisation différents de l'invention ;
    • les figures 9 et 10 sont des vues en coupe transversale de l'échangeur montrant les moyens de jonction avec six nervures à deux branches respectivement avec des angles différents, selon des modes de réalisation différents de l'invention ; et
    • la figure 11 est une vue en coupe transversale de l'échangeur, montrant une vue agrandie d'une nervure longitudinale dotée d'une pluralité de protubérances.
    DESCRIPTION DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
  • En référence aux figures 1 et 2, l'échangeur de chaleur 1 est constitué d'une carcasse en plastique 2 contenant un corps métallique comprenant un faisceau de conduits parallèles 3, destinés au passage des gaz à refroidir. À l'intérieur de la carcasse 2 et à l'extérieur des conduits 3, un fluide réfrigérant circule d'une entrée 4 à une sortie 5. Ledit corps métallique incorpore également une plaque de support 6 et un réservoir de gaz 7 comme on l'expliquera par la suite.
  • Dans cet exemple, la carcasse 2 présente une section sensiblement rectangulaire et est fermée à l'une de ses extrémités pour permettre d'y loger le faisceau de conduits 3 qui est, dans ce cas, du type en forme de "U", autrement dit l'entrée 8 et la sortie 9 desdits conduits 3 sont disposées d'un même côté au niveau de l'extrémité ouverte de la carcasse 2, en définissant un passage aller et un passage retour des gaz à refroidir.
  • Il est commode de disposer l'entrée 8 des gaz près du passage du fluide réfrigérant, indifféremment à son entrée ou à sa sortie. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, l'entrée 8 des gaz est située près de la sortie 5 du fluide réfrigérant.
  • Le faisceau de conduits 3 est fixé, par son extrémité libre, à ladite plaque de support métallique 6, laquelle présente une pluralité d'orifices dans lesquels viennent se loger les conduits 3 respectifs et, par son extrémité fermée, au réservoir de gaz métallique 7.
  • Ladite plaque de support 6 est fixée à l'extrémité ouverte de la carcasse en plastique 2 par des moyens de visserie. On prévoit en outre de placer un joint en plastique 10 entre ladite extrémité ouverte de la carcasse 2 et la plaque de support 6 dans le but d'assurer l'étanchéité du fluide réfrigérant.
  • La carcasse en plastique 2 est fixée, par son extrémité fermée, audit réservoir de gaz métallique 7 par des moyens de jonction incorporant une pluralité de nervures longitudinales 11 de faible surface de contact, solidaires de la carcasse en plastique 2 et susceptibles de se loger dans des renfoncements 12 correspondants appartenant au réservoir de gaz 7.
  • Dans cet exemple, les renfoncements 12 sont ménagés dans ledit réservoir de gaz formé par estampage.
  • Les nervures longitudinales 11 permettent d'obtenir un compromis offrant une surface suffisamment petite permettant de maintenir la température dans la zone de contact de la matière plastique à des valeurs proches de la température du fluide réfrigérant, mais suffisamment grande permettant de supporter le corps métallique.
  • Cette solution permet en outre d'obtenir un flux abondant de fluide réfrigérant pour assurer le refroidissement de la surface de contact soumise à une température élevée.
  • Elle facilite en outre le positionnement du corps de l'échangeur de chaleur dans la carcasse en plastique au cours de l'opération de montage. L'on utilise généralement entre deux et huit nervures longitudinales 11 réparties de façon sensiblement équidistante dans le but d'obtenir une répartition correcte du poids du corps métallique sur la carcasse en plastique assurant une bonne stabilité de l'ensemble.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 3, les moyens de jonction comprennent six nervures longitudinales 11 réparties symétriquement, de manière à ce que chaque grand côté de ladite section transversale rectangulaire présente deux nervures et chaque petit côté de ladite section transversale rectangulaire présente une nervure.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 4, les moyens de jonction comprennent quatre nervures réparties symétriquement, de manière à ce que chaque grand côté de ladite section transversale rectangulaire présente deux nervures.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 5, les moyens de jonction comprennent deux nervures réparties symétriquement, de manière à ce que chaque grand côté de ladite section transversale rectangulaire présente une nervure.
  • Les nervures longitudinales 11 comprennent une dimension longitudinale minimale permettant les déplacements provoqués par la dilatation thermique distincte entre le corps métallique 7 et la carcasse en plastique 2, en assurant ainsi un fonctionnement correct de l'échangeur. La direction desdits déplacements longitudinaux est illustrée à la figure 6 par une flèche à deux pointes.
  • Il est également avantageusement prévu une distance minimale entre le réservoir de gaz 7 et la carcasse en plastique 2 fonction de la section transversale minimale du flux de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur 1. Cette distance minimale permet d'obtenir un flux abondant de fluide réfrigérant.
  • Ladite distance minimale entre le réservoir de gaz 7 et la carcasse en plastique 2, mesurée de chaque côté opposé du réservoir de gaz 7, correspond à deux fois la distance entre les conduits de gaz 3. Il est également prévu une distance de sécurité comprise entre 1,5 et 2,5 fois la section transversale minimale du flux de fluide réfrigérant.
  • Le raccord d'entrée 4 du fluide réfrigérant est situé près de ladite surface de contact de la jonction entre la carcasse 2 et le réservoir de gaz 7, comme le montrent les figures 2 et 6, ce qui permet de garantir un flux de fluide réfrigérant minimal.
  • L'échangeur 1 comprend des supports de fixation 13 à une surface de l'environnement moteur, lesquels sont situés près de ladite surface de contact de la, jonction entre la carcasse 2 et le réservoir de gaz 7, comme le montre la figure 1, de manière à améliorer la résistance du corps métallique aux vibrations provenant du moteur.
  • Les nervures longitudinales 11 présentent une configuration adéquate permettant l'absorption de l'espace dû aux tolérances du réservoir de gaz 7 et de la carcasse en plastique 2.
  • La forme des nervures longitudinales 11 admettra une moindre déformation de la matière plastique constitutive dans le cas où l'emboîtement de montage entre les deux composants excède l'emboîtement admissible, autrement dit si le réservoir de gaz possède la plus grande tolérance admissible et la plus petite distance entre nervures longitudinales. Dans ce cas, les nervures longitudinales 11 peuvent présenter une configuration ramifiée, comme on peut le constater aux figures 7 à 10.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 7, les nervures longitudinales 11 incorporent deux branches divergentes formant un angle adéquat choisi en fonction de la matière plastique utilisée.
  • Les figures 9 et 10 illustrent respectivement des valeurs différentes de l'angle formé par les branches des nervures longitudinales 11. Plus l'angle défini entre les branches est grand, plus l'effort de montage sera faible.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 8, les nervures longitudinales 11 incorporent trois branches divergentes. Dans ce cas, l'incorporation d'une branche centrale supplémentaire permet de renforcer la stabilité.
  • Les nervures longitudinales 11 peuvent incorporer sur leur surface externe une pluralité de petites protubérances 14, comme le montre la figure 11, permettant de réduire le volume de plastique à déformer dans le cas d'un emboîtement de montage et donc de faciliter le procédé de montage.
  • Si cet exemple a décrit un échangeur à faisceau de tubes parallèles, l'invention peut toutefois également trouver une application dans les échangeurs à plaques empilées. Dans les deux cas, le circuit de gaz peut également être du type en forme de "U" (l'entrée et la sortie des gaz étant disposées à une même extrémité) ou du type linéaire (l'entrée et la sortie des gaz étant disposées à des extrémités opposées).

Claims (15)

  1. Échangeur de chaleur (1) pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur, comprenant un corps métallique (3,7) disposé à l'intérieur d'une carcasse en plastique (2), ledit corps métallique incorporant un circuit (3) destiné à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide réfrigérant et au moins un réservoir de gaz (7) ou bride de support couplé à au moins une extrémité dudit circuit (3), et des moyens de jonction pour fixer au moins une des extrémités du corps métallique (3,7) à la carcasse en plastique (2), caractérisé en ce que lesdits moyens de jonction comprennent une pluralité de points d'appui (11) de faible surface de contact solidaires de la carcasse en plastique (2), susceptibles de se loger dans des renfoncements (12) respectifs appartenant audit au moins un réservoir de gaz (7) ou bride de support.
  2. Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points d'appui (11) sont constitués de nervures longitudinales.
  3. Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points d'appui (11) sont répartis radialement et de façon sensiblement équidistante dans une zone interne de la carcasse en plastique (2).
  4. Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de jonction comprennent entre deux et huit points d'appui (11).
  5. Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points d'appui (11) comprennent une dimension longitudinale minimale permettant les déplacements provoqués par la dilatation thermique distincte entre le corps métallique (7) et la carcasse en plastique (2).
  6. Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une distance minimale entre le corps métallique (7) et la carcasse en plastique (2) fonction de la section transversale minimale du flux de fluide réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur (1).
  7. Échangeur (1) selon la revendication 1, du type comprenant un raccord d'entrée (4) et un raccord de sortie (5) du fluide réfrigérant intégrés à la carcasse en plastique (2), caractérisé en ce que le raccord d'entrée (4) ou de sortie (5) du fluide réfrigérant est situé près de ladite surface de contact des points d'appui (11).
  8. Échangeur (1) selon la revendication 1, du type comprenant des supports de fixation (13) à une surface de l'environnement moteur, caractérisé en ce qu'au moins un support de fixation (13) est situé près de ladite surface de contact des points d'appui (11).
  9. Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points d'appui (11) présentent une configuration adéquate permettant l'absorption de l'espace dû aux tolérances du corps (7) de l'échangeur et de la carcasse en plastique (2).
  10. Échangeur (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les points d'appui (11) présentent une configuration ramifiée.
  11. Échangeur (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les points d'appui (11) incorporent deux branches divergentes formant un angle adéquat choisi en fonction de la matière plastique utilisée.
  12. Échangeur (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les points d'appui (11) incorporent trois branches divergentes.
  13. Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points d'appui (11) incorporent sur leur surface externe une pluralité de petites protubérances (14).
  14. Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée (8) des gaz est située près du passage du fluide réfrigérant, indifféremment à son entrée ou à sa sortie.
  15. Échangeur (1) selon la revendication 1, du type en forme de "U" dans lequel l'entrée (8) et la sortie (9) des gaz occupent des positions adjacentes au niveau d'une même extrémité ouverte du corps métallique (3), l'extrémité opposée étant fermée, et définissant un passage aller et un passage retour, caractérisé en ce que les points d'appui sont constitués de nervures longitudinales (11) intégrées à une surface interne de la carcasse en plastique (2), lesdites nervures (11) étant susceptibles de se loger dans des renfoncements (12) correspondants ménagés sur la surface externe du réservoir de gaz (7) situé au niveau de ladite extrémité fermée.
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