EP2817503B2 - Echangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d'echappement d'un moteur - Google Patents

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EP2817503B2 EP13708372.1A EP13708372A EP2817503B2 EP 2817503 B2 EP2817503 B2 EP 2817503B2 EP 13708372 A EP13708372 A EP 13708372A EP 2817503 B2 EP2817503 B2 EP 2817503B2
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger for gases, in particular for the exhaust gases of an engine.
  • the invention applies most especially in engine exhaust gas recirculation (EGRC) heat exchangers.
  • EGRC engine exhaust gas recirculation
  • EGR exchangers The main function of EGR exchangers is the exchange of heat between the exhaust gases and the coolant, with the aim of cooling the gases.
  • EGR heat exchangers are widely used in diesel applications to reduce emissions and are also used in gasoline applications to reduce fuel consumption.
  • EGR exchangers present on the market corresponds to a metallic heat exchanger generally made of stainless steel or aluminum.
  • EGR heat exchangers there are two types: a first type consists of a casing inside which there is a bundle of parallel tubes for the passage of gases, the refrigerant circulating in the casing, outside tubes, and the second type consists of a series of parallel plates which constitute the heat exchange surfaces, so that the exhaust gases and the refrigerant circulate between two plates, in alternating layers, with the possibility of include fins to improve heat exchange.
  • the assembly between the tubes and the casing can be of different types.
  • the tubes are fixed by their ends between two support plates connected to each end of the casing, the two support plates having a plurality of orifices for the installation of the respective tubes.
  • Said support plates are fixed in turn to means of connection with the recirculation line, which can consist of a V-mounting or else of a peripheral connection collar or flange, depending on the design of the recirculation line in which the heat exchanger is assembled.
  • the peripheral collar can be assembled with a gas tank, so that the gas tank is an intermediate piece between the housing and the collar, or the collar can be assembled directly to the housing.
  • EGR exchangers In both types of EGR exchangers, most of their components are metallic, so they are assembled by mechanical means and then welded in the oven or welded by arc or laser to ensure the appropriate sealing that requires this application.
  • Some EGR exchangers also include a filter in the exhaust line, which generally consists of an independent component, although it may be partially integrated into the EGR exchanger.
  • the patent EP2273095 relates to a heat exchanger comprising a liquid filter integrated with said exchanger, which comprises a filter zone protruding from a flat surface.
  • This filter is configured as a gasket and is mounted between the connection flange and the gas tank by means of fasteners.
  • the patent EP2194351 relates to a heat exchanger comprising a particulate filter for the filtration of exhaust gases, structurally integrated inside the gas inlet tube of the heat exchanger.
  • the patent FR2938051 relates to a heat exchanger which comprises a filter housed in a position chosen so that the filter is arranged close to an end side of the tube bundle.
  • the objective of the heat exchanger for gases, in particular the exhaust gases of an engine, according to the present invention is to solve the drawbacks exhibited by the exchangers known in the art, by offering a more economical particulate filter. and simple to assemble in the exchanger.
  • the invention relates to a gas heat exchanger according to the subject of independent claim 1.
  • the filter is integrated into the gas tank by welding. A simpler fixing of the filter to the gas tank is thus obtained, since it is not necessary for the filter to have a metal collar or intermediate fixing parts, no more than screws and bolts, to be assembled to the gas tank. gas, as happened with the known filters.
  • the gas tank can be assembled directly by furnace brazing to the core of the heat exchanger and it is not necessary to use a separate piece assembled by hardware elements as in the prior art.
  • the filter is assembled to the gas tank by spot welding or arc welding.
  • the filter is further joined to the gas tank by furnace brazing.
  • furnace brazing In general, only an assembly by spot or arc welding is sufficient to guarantee a correct fixing of the filter. However, it is possible to improve the fixing by additional furnace brazing.
  • said screen comprises a flat peripheral wing provided for assembly in one piece with the gas tank.
  • the configuration in the form of a concave screen makes it possible to increase the filtration area and on the other hand the flat surface of the peripheral wing facilitates the fixing of the filter to the gas tank by welding, without the need for intermediate parts. nor any hardware.
  • the gas tank comprises a flat peripheral edge in its inner part, intended to receive the peripheral wing of the filter with a view to their assembly to one another. In this way, a permanent and robust welding attachment is guaranteed between the two parts.
  • the figure 1 is a partial representation of a heat exchanger 1 which comprises a bundle of tubes 2 arranged inside a casing 3, delimiting an inlet 4 and a gas outlet, said tubes 2 being intended for the circulation of gases with exchange heat with a heat transfer fluid.
  • the tubes 2 are fixed by their ends between two support plates 5 fitted to each end of the casing 3, the two support plates 5 having a plurality of orifices for the installation of the respective tubes 2.
  • the exchanger 1 comprises a gas reservoir 6 fitted to the casing 3 at the gas inlet end 4 and connected to the gas recirculation line.
  • the exchanger 1 also comprises a particulate filter 7 for filtering the exhaust gases, integrated into the gas tank 6 and forming a single inseparable part capable of being fitted to the housing 3 of the exchanger. In this way, by obtaining a single piece, it facilitates its assembly to the housing 3 of the exchanger 1.
  • the filter 7 is integrated into the gas tank 6 by welding, either by spot welding or by arc welding. A simpler fixing of the filter 7 to the gas tank 6 is thus obtained, since it is not necessary for the filter 7 to have a metal collar or intermediate fixing parts, no more than fasteners, to be assembled. to the gas tank 6.
  • the filter 7 comprises a screen 8 of concave configuration as a plate, with a flat peripheral wing 9 provided for its assembly in one piece with the gas tank 6.
  • the configuration in the form of a concave screen 8 makes it possible to increasing the filtration area and on the other hand the flat surface of the peripheral wing 9 facilitates the fixing of the filter 7 to the gas tank 6 by welding, without the need for intermediate parts or fasteners.
  • the gas tank 6 comprises in its inner part a flat peripheral edge 10 intended to receive the peripheral wing 9 of the filter 7 with a view to their assembly to one another. In this way, a permanent and robust welding attachment is guaranteed between the two parts.
  • the gas tank 6 includes another collar 11 provided to fit and assemble with the edge of the box 3, as can be seen in the picture 3 .

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Description

  • 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.
    • DESCRIPTION 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'invention concerne un échangeur thermique pour gaz selon l'objet de la revendication indépendante 1.
  • 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.
  • 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 l'invention, ledit écran comprend 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'il soit besoin de pièces intermédiaires ni d'éléments de visserie.
  • 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.
    DESCRIPTION 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 11 prévu pour s'emboîter et s'assembler avec le bord du boîtier 3, comme on peut le voir sur la figure 3.

Claims (3)

  1. Échangeur thermique (1) pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, qui comprend un faisceau de tubes (2) disposés à l'intérieur d'un boîtier (3), destinés à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide caloporteur, au moins un réservoir de gaz (6) pouvant être ajusté à une extrémité du boîtier (3) et raccordé à la ligne de recirculation des gaz et un filtre à particules (7) pour la filtration des gaz d'échappement, associé audit réservoir de gaz (6), ledit filtre (7) étant intégré au réservoir de gaz (6) par soudage et formant une unique pièce inséparable susceptible d'être ajustée au boîtier (3) de l'échangeur (1), ledit filtre (7) comprend un écran (8) de configuration concave en guise de plateau, caractérisé en ce que ladite configuration concave présente une concavité opposée au sens d'écoulement des gaz, le centre de la concavité étant en amont dans le sens d'écoulement des gaz, ledit écran (8) comprenant une aile périphérique (9) plate prévue pour son assemblage d'un seul tenant avec le réservoir de gaz (6), et le réservoir de gaz (6) comprenant 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.
  2. Échangeur (1) selon la revendication 1, dans lequel le filtre (7) est assemblé au réservoir de gaz (6) par soudage par points ou soudage à l'arc.
  3. Échangeur (1) selon la revendication 1, dans lequel en outre le filtre (7) est assemblé au réservoir de gaz (6) par brasage au four.
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