FR2966873A1 - Dispositif de recuperation de chaleur pour ligne d'echappement - Google Patents

Abstract

Le dispositif (1) de récupération de chaleur pour ligne d'échappement comprenant : - un corps de vanne (7) présentant au moins une entrée (9) de gaz d'échappement et au moins une sortie (11) de gaz d'échappement ; - un clapet (15) mobile au moins entre une position d'obturation d'une section de coupure du chemin de passage (13) des gaz d'échappement et une position de dégagement. Le corps de vanne (7) présente une zone d'entrée (35) située entre l'entrée (9) et la section de coupure et une zone de sortie (37) située entre la section de coupure et la sortie (11), le dispositif (1) comprenant en outre une pluralité de tubes (43) d'échange de chaleur, chaque tube (43) ayant une extrémité amont (45) directement raccordée à la zone d'entrée (35), une extrémité aval (47) directement raccordée à la zone de sortie (37), et au moins un tronçon arqué (49) entre les extrémités amont et aval (45, 47).

Description

Dispositif de récupération de chaleur pour ligne d'échappement L'invention concerne en général les dispositifs de récupération de chaleur pour ligne d'échappement. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de récupération de chaleur pour ligne d'échappement, du type comprenant : - un corps de vanne présentant au moins une entrée de gaz d'échappement et au moins une sortie de gaz d'échappement, le corps de vanne définissant intérieurement un chemin direct de passage pour les gaz d'échappement depuis l'entrée jusqu'à la sortie ; - un clapet disposé dans le corps de vanne, mobile par rapport au corps de vanne au moins entre une position d'obturation dans laquelle le clapet obture une section de coupure du chemin de passage et interdit ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée vers la sortie le long du chemin de passage, et une position de dégagement dans laquelle le clapet dégage ladite section de coupure du chemin de passage et autorise ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée vers la sortie le long du chemin de passage. Il est connu, pour assurer la récupération d'une partie de la chaleur des gaz d'échappement, de disposer deux conduits de circulation des gaz d'échappement en parallèle, un échangeur de chaleur étant intercalé sur l'un des deux conduits, l'autre conduit permettant de bipasser l'échangeur. Une vanne comportant un corps de vanne et un clapet, du type décrit ci-dessus, est par exemple intercalée dans chacun des deux conduits de manière à orienter les gaz d'échappement soit vers l'échangeur, soit vers le bipasse en fonction des besoins. Un tel ensemble est complexe, comporte un grand nombre de pièces et présente un encombrement important.

Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un dispositif de récupération de chaleur qui soit plus compact. A cette fin, l'invention porte sur un dispositif de récupération de chaleur du type précité, caractérisé en ce que le corps de vanne présente une zone d'entrée située le long du chemin de passage entre l'entrée et la section de coupure, et une zone de sortie située le long du chemin de passage entre la section de coupure et la sortie, le dispositif comprenant en outre une pluralité de tubes d'échange de chaleur prévus pour la circulation des gaz d'échappement, chaque tube ayant une extrémité amont directement raccordée à la zone d'entrée et communiquant avec le chemin de passage, une extrémité aval directement raccordée à la zone de sortie et communiquant avec le chemin de passage, et au moins un tronçon arqué entre les extrémités amont et aval.

2 Le dispositif peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le clapet interdit la circulation des gaz d'échappement dans les tubes d'échange de chaleur en position de dégagement ; - le clapet obture les extrémités amont des tubes d'échange de chaleur ou les extrémités aval des tubes d'échange de chaleur en position de dégagement ; - les tubes d'échange de chaleur sont des tubes en U ; - dans chaque tube d'échange de chaleur, le ou les tronçons arqués couvrent un secteur angulaire compris entre 90° et 225° ; - dans chaque tube d'échange de chaleur, les extrémités amont et aval s'étendent dans un premier plan, une partie centrale du tube d'échange de chaleur s'étendant dans un second plan incliné par rapport au premier, le second plan formant de préférence un angle compris entre 30° et 90° par rapport au premier ; - les gaz d'échappement s'écoulent le long des zones d'entrée et de sortie suivant des directions générales respectives, les extrémités amont et aval des tubes d'échange de chaleur formant avec lesdites direction générales respectives un angle compris entre 45 ° et 135 ° ; - les zones d'entrée et de sortie sont situées sur une même paroi latérale du corps de vanne, le clapet étant monté rotatif par rapport au corps de vanne autour d'un axe de rotation situé à proximité immédiate de la dite paroi latérale ; - le dispositif comprend une enveloppe présentant une entrée d'un fluide caloporteur, une sortie dudit fluide caloporteur et une ouverture tournée vers le corps de vanne, les tubes d'échange de chaleur s'étendant dans l'enveloppe, l'ouverture étant délimitée par un bord périphérique raccordé de manière étanche au corps de vanne autour des zones d'entrée et de sortie ; et - le dispositif comprend une enveloppe présentant une entrée d'un fluide caloporteur, une sortie dudit fluide caloporteur et une ouverture tournée vers le corps de vanne, le dispositif comprenant en outre une paroi obturant l'ouverture, la paroi étant traversée par les tubes d'échange de chaleur et étant sans contact direct avec le corps de vanne. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de récupération de chaleur conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de la figure 1, considéré suivant une incidence différente, l'enveloppe de l'échangeur de chaleur n'étant pas représentée pour laisser apparaître les tubes ; - la figure 3 est une vue en perspective du dispositif de la figure 1, l'une des deux demi-coquilles formant le corps de vanne n'étant pas représentée pour laisser apparaître l'intérieur du corps du vanne ; - la figure 4 est une vue en perspective similaire à celle de la figure 3, une partie de l'enveloppe de l'échangeur de chaleur n'étant pas représentée, et le clapet étant représenté en position d'obturation ; - la figure 5 est une vue en perspective du corps de vanne, similaire à celle de la figure 2, les tubes d'échange de chaleur n'étant pas représentés ; - la figure 6 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'enveloppe de l'échangeur de chaleur est isolée du corps de vanne par une lame d'air ; et - la figure 7 est une représentation schématique d'un tube d'échange de chaleur conforme à une variante de réalisation de l'invention, dans lequel la partie centrale arquée du tube se trouve dans un plan incliné par rapport aux extrémités du tube. Le dispositif de récupération de chaleur de la figure 1 est destiné à être intercalé dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile. Ce dispositif est destiné à récupérer une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement, pour le transférer par exemple au liquide de refroidissement du moteur, ou au circuit de chauffage de l'habitacle. Le dispositif 1 comporte essentiellement une vanne 3 et un échangeur de chaleur 5.

La vanne 3 comporte : - un corps de vanne 7, ayant une entrée 9 de gaz d'échappement , et une sortie 11 de gaz d'échappement, le corps de vanne définissant intérieurement un chemin de passage 13 pour les gaz d'échappement directement depuis l'entrée 9 jusqu'à la sortie 11 ; - un clapet 15 disposé à l'intérieur du corps de vanne 7, et mobile par rapport au corps de vanne 7 entre une position d'obturation dans laquelle le clapet 15 obture une section de coupure du chemin de passage et interdit ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée 9 jusqu'à la sortie 11 le long du chemin de passage, et une position de dégagement dans laquelle le clapet 15 dégage ladite section de coupure et autorise ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée 9 jusqu'à la sortie 11 le long du chemin de passage 13.

Le clapet 15 est mobile en rotation par rapport au corps de vanne entre ses positions d'obturation et de dégagement, autour d'un axe 17 visible sur les figures 2, 4 et 5. L'axe 17 est monté libre en rotation sur le corps de vanne par l'intermédiaire de paliers de guidage tels que le palier 19 visible sur la figure 1. Le clapet 15 est solidaire de l'axe 17. Une extrémité 21 de l'axe fait saillie hors du corps de vanne et est rigidement fixée à une manivelle 23. La manivelle 23 est prévue pour être raccordée à un actionneur piloté par exemple par un calculateur et prévu pour déplacer le clapet entre ses différentes positions.

Le corps de vanne 7 comporte deux demi-coquilles 25, 27 accolées l'une à l'autre par des bords respectifs 29. Les bords 29 sont accolés l'un contre l'autre selon un plan de contact sensiblement parallèle à l'axe 17. L'entrée 9 et la sortie 11 sont chacune délimitées pour une moitié par la demi-coquille 25 et, pour l'autre moitié par la demi-coquille 27.

L'axe 17 est monté sur la demi-coquille 27. Comme visible sur la figure 3, la vanne 3 comporte encore un cadre 31, placé à l'intérieur du corps de vanne 7 et solidaire des demi-coquilles 25 et 27. Le cadre 31 définit une portée d'étanchéité pour le clapet 15 dans sa position d'obturation. Il définit la section de coupure. Il est plaqué sur toute sa périphérie contre la paroi interne du corps de vanne, et délimite intérieurement un orifice de passage pour les gaz d'échappement qui est obturé par le clapet dans sa position d'obturation. Comme visible sur les figures 3 et 5, le corps de vanne porte des orifices 33 sur une zone 35 d'entrée des gaz d'échappement dans l'échangeur de chaleur 5. Le corps de vanne porte d'autres orifices 36 dans une zone 37 de sortie des gaz d'échappement hors de l'échangeur de chaleur. La zone d'entrée 35 est située, le long du chemin de passage 13, entre l'entrée 9 et la section de coupure définie par le cadre 31. La zone 35 est sensiblement plane. La zone de sortie 37 est située, le long du chemin de passage 13, entre la section de coupure et la sortie 11. La zone 37 est sensiblement plane.

Les zones 35 et 37 sont situées sur une même paroi latérale 39 du corps de vanne. Elles sont situées sensiblement dans un même plan. L'axe 17 est situé à proximité immédiate de la paroi 39. Plus précisément, la paroi latérale 39 présente, entre les zones d'entrée et de sortie 35, 37 une zone 41 faisant saillie vers l'extérieur du corps de vanne par rapport aux zones 35 et 37. La zone 41 a une forme sensiblement semi-cylindrique. L'axe 17 est situé immédiatement à proximité de la zone en saillie 41, de telle sorte qu'il s'étend sensiblement dans le plan des zones d'entrée 35 et de sortie 37. Le nombre d'orifices 33 de la zone d'entrée 35 est égal au nombre d'orifices 36 de la zone de sortie 37.

L'échangeur de chaleur 5 comporte une pluralité de tubes d'échange de chaleur 43 (figure 2) et une enveloppe externe 44, les tubes 43 étant placés dans l'enveloppe 44. Chaque tube 43 comprend une extrémité amont 45 directement raccordée à la zone d'entrée 35 du corps de vanne et communiquant avec le chemin de passage 13. Il comprend également une extrémité aval 47 directement raccordée à la zone de sortie 37 et communiquant avec le chemin de passage 13. Il comprend en outre au moins un tronçon arqué 49 entre les extrémités amont et aval 45 et 47. L'extrémité amont de chaque tube est engagée dans un des orifices d'entrée 33 et est rigidement fixée à la zone d'entrée. Elle est par exemple soudée par laser au bord périphérique de l'orifice 33. De même, l'extrémité aval 47 est engagée dans un des orifices de sortie 36, et est rigidement fixée à la zone de sortie de 37. L'extrémité 47 est par exemple soudée par laser au bord périphérique de l'orifice 36. De manière à rendre le dispositif 1 plus compact, et à rapprocher au maximum les orifices d'entrée 33 des orifices de sortie 36, les tronçons arqués 49 couvrent chacun un secteur angulaire compris entre 90° et 225°, de préférence compris entre 135° et 180°.

Dans l'exemple représenté, les tubes 43 sont des tubes en U. Les extrémités 45 et 47 d'un même tube sont rectilignes et parallèles l'une à l'autre. Elles sont respectivement sensiblement perpendiculaires aux zones 35 et 37. Le tronçon arqué 49 est constitué par la partie centrale du tube et s'étend sur un secteur angulaire de 180°.

Les tubes sont par exemple agencés en plusieurs nappes superposées les unes aux autres. Chaque nappe comporte par exemple quatre tubes en U, parallèles les uns aux autres. Les quatre tubes présentent des tronçons arqués en demi-cercle, de rayons respectifs croissants. Le tube de rayon le plus petit est situé entre les deux extrémités du tube immédiatement plus grand, et ainsi de suite. Chaque nappe est donc sensiblement plane. De préférence, les extrémités amont 45 des tubes d'échange de chaleur forment avec la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement le long de la zone d'entrée un angle compris entre 45° et 135°, encore de préférence entre 60° et 120°, et valant typiquement 90 °. De même, l'extrémité aval 47 de chaque tube forme avec la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement le long de la zone de sortie un angle compris entre 45° et 135°, de préférence compris entre 60° et 120°, et valant typiquement 90°. L'enveloppe 44 présente une entrée 51 pour un fluide caloporteur, une sortie 53 pour le fluide caloporteur, et une ouverture non-référencée tournée vers le corps de vanne. Le fluide caloporteur peut être par exemple le liquide de refroidissement du moteur thermique, de l'air, ou tout autre fluide. L'ouverture est délimitée par un bord périphérique qui est raccordé de manière étanche au corps de vanne 7 de manière à entourer les zones amont et aval 35, 37. Le bord périphérique est par exemple accolé à la paroi latérale et brasé à cette paroi.

La position de dégagement du clapet est illustrée sur la figure 3. Dans cette position, le clapet 15 s'étend contre la zone aval 37. Il interdit la circulation des gaz d'échappement dans les tubes d'échange de chaleur 43. Pour ce faire, il obture les extrémités aval des tubes d'échange de chaleur. En variante, le clapet pourrait obturer les extrémités amont des tubes d'échange de chaleur.

Le montage du dispositif de récupération de chaleur va maintenant être décrit. Les tubes 43 sont d'abord montés sur la demi-coquille 27. Ils sont soudés à la paroi 49, par exemple par soudage laser ou par brasage. L'enveloppe 44 est ensuite montée sur l'extérieur de la demi-coquille 27, et par exemple brasée à celle-ci. Le clapet 15, l'axe 17 et les paliers de guidage de l'axe sont ensuite montés sur la demi-coquille 27, et leur position est ajustée de telle sorte qu'une étanchéité satisfaisante soit obtenue en position de dégagement. Puis, les paliers de guidage sont rigidement fixés à la demi-coquille 27, ce qui garantit une fermeture étanche des tubes d'échange de chaleur en position de dégagement du clapet. Le cadre 31 est ensuite monté à l'intérieur de la demi-coquille 27, comme visible sur la figure 3. Sa position est ajustée de manière à obtenir une bonne étanchéité entre le cadre 31 et le clapet 15 en position d'obturation du clapet. Le cadre 31 est ensuite rigidement fixé à la demi-coquille 27. Enfin, la demi-coquille 25 est rapportée sur la demi-coquille 27 et est par exemple soudée sur celle-ci. Le fonctionnement du dispositif de récupération de chaleur est le suivant. Quand le clapet est en position de dégagement, les gaz d'échappement circulent directement de l'entrée 9 à la sortie 11 le long du chemin de passage 13. Les gaz d'échappement ne circulent pas dans les tubes d'échange de chaleur, puisque le clapet 15 obture les extrémités de ces tubes. Au contraire, quand le clapet 15 est basculé dans sa position d'obturation, le chemin de passage 13 est complètement obturé. En revanche, les deux extrémités des tubes d'échange de chaleur sont libres, de telle sorte que les gaz d'échappement parcourent les tubes d'échange de chaleur 43 et contournent le clapet 15. Les gaz d'échappement cèdent une partie de leur énergie calorifique au fluide caloporteur circulant à l'intérieur de l'enveloppe 44 au contact des tubes 43.

Un second mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit, en référence à la figure 6. Seuls les points par lesquels ce second mode de réalisation diffère du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références. Dans ce second mode de réalisation, l'échangeur de chaleur 5 comporte en plus de l'enveloppe 44 une paroi supplémentaire 55 obturant complètement l'ouverture 57 de l'enveloppe 44 tournée vers le corps de vanne. La paroi 55 est par exemple soudée étanche au bord périphérique de l'ouverture. La paroi 55 n'a aucun contact direct avec la paroi latérale 39 du corps de vanne. Au contraire, il existe un interstice en tous points, entre la paroi 55 et la paroi latérale 39 du corps de vanne. Comme visible sur la figure 6, les extrémités amont des tubes d'échange de chaleur traversent la paroi 55 avant de pénétrer dans les orifices d'entrée 33 du corps de vanne. De même, les extrémités aval 47 des tubes d'échange de chaleur traversent la paroi 55 avant de pénétrer dans les orifices de sortie 36 du corps de vanne. Les tubes traversent donc l'interstice entre la paroi 55 et la paroi latérale 39. Ils sont soudés étanches à la paroi 55.

Par ailleurs, le dispositif comporte des pattes 59 solidarisant l'enveloppe 44 au corps de vanne 7. Par exemple, une patte 59 solidarise l'enveloppe 44 à une zone du corps de vanne située à proximité de l'entrée 9, et une autre patte 59 solidarise l'enveloppe 44 à une zone du corps de vanne située à proximité de la sortie de gaz d'échappement 11. Ces pattes reprennent le poids de l'échangeur 5 et le transmettent au corps de vanne 7. Ainsi, les contraintes créées par le poids de l'échangeur 5 dans les tubes 43 sont considérablement réduites. Les pattes 59 présentent une rigidité importante suivant la direction verticale et parallèlement aux extrémités amont et aval 45 et 47 des tubes. En revanche, les pattes présentent une plus grande souplesse parallèlement au plan de contact entre les deux demi-coquilles, pour permettre une dilatation différentielle entre l'échangeur 5 et la vanne 3. En variante, le dispositif ne comporte pas de pattes 59, le poids de l'échangeur étant repris par les tubes et transmis au corps de vanne. Dans une autre variante non-représentée, une couche d'un matériau isolant thermiquement, par exemple de la fibre de silice ou de la fibre de verre, est disposée dans l'interstice entre la paroi 55 et la paroi latérale 39. L'épaisseur de cette couche est par exemple comprise entre 2 et 5 mm.

Dans une variante de réalisation représentée sur la figure 7, les extrémités amont et aval 45 et 47 de chaque tube d'échange de chaleur s'étendent dans un premier plan, la partie centrale arquée 49 du tube s'étendant dans un second plan incliné par rapport au premier. Le second plan forme un angle compris entre 30° et 90° par rapport au premier plan, de préférence compris entre 30 ° et 60 °. Comme visible sur la figure 7, le tube comporte trois cintrages successifs. En suivant le tube à partir de son extrémité amont, le tube comporte d'abord un premier cintrage 63, puis un tronçon 64 ayant une orientation inclinée vers l'extrémité de l'axe 17 opposée à la manivelle 23, et inclinée également vers l'extrémité aval du tube. On trouve ensuite le second cintrage qui correspond à la partie centrale arquée 49, puis un tronçon 65 ayant une orientation vers l'extrémité de l'axe 17 portant la manivelle 23 et vers l'extrémité aval du tube, puis le troisième cintrage 66, et enfin l'extrémité aval 47. Les cintrages 63 et 65 sont symétriques par rapport au plan médian des extrémités amont et aval du tube.

Une telle forme permet de conférer au gaz un mouvement tournoyant qui améliore les échanges thermiques avec le fluide caloporteur. En effet, comme visible sur la figure 7, à la sortie du premier cintrage 63 le gaz est plaqué sur le côté extrados du tube. A la sortie du second cintrage 49, le gaz s'écoule selon un mouvement tourbillonnaire au moment où il traverse le troisième cintrage 66. L'intensité du mouvement tourbillonnaire dépendra principalement de la vitesse du gaz. Plus celle-ci sera importante, plus le mouvement tourbillonnaire sera important. Le dernier cintrage 66 n'arrête pas le mouvement tourbillonnaire. De manière à améliorer encore les échanges thermiques entre les gaz d'échappement et le fluide caloporteur, dans une variante de réalisation illustrée notamment sur la figure 2, il est possible de prévoir dans les tubes d'échange de chaleur des corrugations 67. Ces corrugations 67 sont des reliefs formés dans le tube, et faisant saillie vers l'intérieur du tube de manière à augmenter les turbulences dans l'écoulement des gaz d'échappement. Les corrugations 67 peuvent avoir toutes sortes de formes. Par exemple, les corrugations 67 se présentent sous la forme d'un relief en hélice, formé le long du tube. Les corrugations 67 pourraient également être formées d'une pluralité de reliefs en anneaux répartis le long du tube. Les tubes peuvent également être munis de perturbateurs. Les perturbateurs sont des reliefs en saillie vers l'intérieur du tube, les reliefs étant par exemple sensiblement ponctuels. Par exemple, les reliefs sont formés en martelant l'extérieur du tube.

Le dispositif de récupération de chaleur décrit ci-dessus présente de multiples avantages.

Du fait que le corps de vanne présente une zone d'entrée située le long du chemin de passage entre l'entrée et la section de coupure, et une zone de sortie située le long du chemin de passage entre la section de coupure et la sortie, le dispositif comprenant en outre une pluralité de tubes d'échange de chaleur prévus pour la circulation des gaz d'échappement, chaque tube ayant une extrémité amont directement raccordée à la zone d'entrée et communiquant avec le chemin de passage, une extrémité aval directement raccordée à la zone de sortie et communiquant avec le chemin de passage, et au moins un tronçon arqué entre les extrémités amont et aval, le dispositif est particulièrement compact. L'écartement séparant les extrémités amont et aval de chaque tube est réduit. Il est ainsi possible de rapprocher l'entrée et la sortie de gaz d'échappement et de rendre le corps de vanne particulièrement compact lui aussi. Par ailleurs, lorsque les gaz d'échappement s'écoulent directement le long du chemin de passage allant de l'entrée à la sortie de gaz d'échappement, sans passer par les tubes d'échange de chaleur, le corps de vanne est relativement plus chaud que l'échangeur, et que les tubes d'échange de chaleur. Il se produit ainsi une dilatation différentielle entre la vanne et l'échangeur de chaleur. Du fait que la distance entre les extrémités amont et les extrémités aval des tubes d'échange de chaleur est réduite, cette dilatation différentielle est modérée. Il n'est pas nécessaire de prévoir un compensateur de dilatation au niveau de la vanne ou au niveau de l'échangeur de chaleur.

Du fait que le clapet interdit la circulation des gaz d'échappement dans les tubes d'échange de chaleur en position de dégagement, il n'y a aucune circulation de gaz d'échappement dans l'échangeur quand le dispositif est en mode « bipasse», c'est-à-dire quand les gaz d'échappement circulent directement de l'entrée vers la sortie du corps de vanne. Ceci contribue à limiter l'échauffement du fluide caloporteur en mode bipasse.

Le fait que les tubes d'échange de chaleur aient une forme en U confère au gaz d'échappement un écoulement qui permet de meilleurs échanges de chaleur avec le fluide caloporteur que si les tubes étaient droits. Ces échanges de chaleur sont encore meilleurs si les extrémités amont et aval des tubes s'étendent dans un premier plan et la partie centrale dans un second plan incliné par rapport au premier. Le fait de placer l'axe de rotation du clapet à proximité de la paroi latérale du corps de vanne à laquelle sont fixées les extrémités des tubes permet d'agencer le clapet de manière à ce que celui-ci puisse pivoter entre la position d'obturation du chemin de passage des gaz d'échappement et la position d'obturation d'une extrémité des tubes. Le dispositif est ainsi simple de conception, comporte peu de composants, et est léger et compact.

Dans le mode de réalisation des figures 1 à 5, le dispositif ne comporte que trois éléments en forme de demi-coquille, à savoir les deux demi-coquilles constituant le corps de vanne, et l'enveloppe de l'échangeur de chaleur. Ces demi-coquilles sont typiquement embouties, et leur production représente un gros investissement, notamment pour réaliser des poinçons matrice. Minimiser le nombre de demi-coquilles permet de réduire le montant de l'investissement nécessaire, et permet une certaine souplesse dans la conception du dispositif. En effet, la modification du corps de vanne ou de l'échangeur entrainera une modification sur un plus faible nombre d'éléments du dispositif. Le fait de rapporter directement l'enveloppe de l'échangeur de chaleur sur le corps de vanne permet de simplifier la structure. Au contraire, quand l'échangeur de chaleur comporte une paroi tournée vers le corps de vanne et séparée de celui-ci par un interstice, l'isolation thermique entre l'échangeur et la vanne est améliorée. L'interstice constitue une lame d'air isolant thermiquement les deux éléments l'un de l'autre. L'échauffement du fluide caloporteur quand le dispositif est en mode bipasse est réduit au maximum. Le dispositif de récupération de chaleur peut présenter de multiples variantes. Le corps de vanne pourrait présenter plusieurs entrées de gaz d'échappement et/ou plusieurs sorties de gaz d'échappement. Le clapet, dans sa position de dégagement, pourrait ne pas obturer les extrémités des tubes d'échange de chaleur. Par exemple, le clapet pourrait être un clapet du type papillon. Dans ce cas, il peut se produire un faible écoulement résiduel de gaz d'échappement dans les tubes d'échange de chaleur quand le clapet est en position de dégagement du chemin de passage des gaz d'échappement à l'intérieur du corps de vanne.

Les tubes d'échange de chaleur ne sont pas nécessairement en U mais peuvent présenter toutes sortes de formes. Ils peuvent chacun comporter plusieurs tronçons arqués, raccordant des tronçons droits entre eux. Les extrémités amont et aval des tubes ne sont pas nécessairement parallèles l'une à l'autre. Les extrémités des tubes ne sont pas non plus nécessairement perpendiculaires à la paroi latérale du corps de vanne portant les orifices mais pourraient être inclinées par rapport à cette paroi. Le corps de vanne n'est pas nécessairement constitué de deux demi-coquilles, mais pourrait être formé d'une pièce ou formé de plusieurs tronçons tubulaires raccordés les uns aux autres, sous réserve de pouvoir monter le clapet de vanne à l'intérieur du corps de vanne. Les tubes d'échange de chaleur ne sont pas nécessairement de section circulaire, mais peuvent être avantageusement de section ovale présentant une forme appelée « race track ». Cette forme permet d'augmenter la surface de contact entre les gaz et l'eau pour une même section de passage offerte aux gaz à l'intérieur du tube. Finalement, l'utilisation de tels tubes, par rapport à l'utilisation de tubes à section circulaire, permet de diminuer leur nombre à puissance thermique d'échange égale. Cela permet donc de diminuer le nombre de connections sur la demi-coquille 27. Diminuer ce nombre de connections permet de réduire le prix de la partie échangeur. Le gain sur la connection des tubes compense largement la différence de prix entre les deux technologies de tubes. Ainsi, il est plus intéressant d'utiliser des tubes plus chers mais plus performants, en moindre nombre, pour réduire le travail de soudage des tubes. Comme décrit plus haut, l'utilisation de différentes corrugations augmente les échanges thermiques entre les gaz d'échappement et l'eau, mais aussi la contre-pression. Par ailleurs, dans chaque nappe de tubes, les tubes intérieurs, les plus proches de l'axe de la vanne, ont une longueur développée plus courte que les tubes extérieurs, qui en sont le plus éloignés. Ainsi, la contre pression des tubes intérieurs est plus faible que celle des tubes extérieurs. Le débit dans les tubes extérieurs sera plus faible que dans les tubes intérieurs, pour une section de passage des gaz d'échappement identique. Pour rééquilibrer les débits respectifs des différents tubes, il convient d'utiliser des tubes très corrugués à l'intérieur et faiblement corrugués à l'extérieur. Ceci est vrai aussi si on utilise des tubes de type race track.20

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1.- Dispositif de récupération de chaleur pour ligne d'échappement, le dispositif (1) comprenant : - un corps de vanne (7) présentant au moins une entrée (9) de gaz d'échappement et au moins une sortie (11) de gaz d'échappement, le corps de vanne (7) définissant intérieurement un chemin direct (13) de passage pour les gaz d'échappement depuis l'entrée (9) jusqu'à la sortie (11); - un clapet (15) disposé dans le corps de vanne (7), mobile par rapport au corps de vanne (7) au moins entre une position d'obturation dans laquelle le clapet (15) obture une section de coupure du chemin de passage (13) et interdit ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée (9) vers la sortie (11) le long du chemin de passage (13), et une position de dégagement dans laquelle le clapet (15) dégage ladite section de coupure du chemin de passage (13) et autorise ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée (9) vers la sortie (11) le long du chemin de passage (13); caractérisé en ce que le corps de vanne (7) présente une zone d'entrée (35) située le long du chemin de passage (13) entre l'entrée (9) et la section de coupure et une zone de sortie (37) située le long du chemin de passage entre la section de coupure et la sortie (11), le dispositif (1) comprenant en outre une pluralité de tubes (43) d'échange de chaleur prévus pour la circulation des gaz d'échappement, chaque tube (43) ayant une extrémité amont (45) directement raccordée à la zone d'entrée (35) et communiquant avec le chemin de passage (13), une extrémité aval (47) directement raccordée à la zone de sortie (37) et communiquant avec le chemin de passage (13), et au moins un tronçon arqué (49) entre les extrémités amont et aval (45, 47).

   2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (35) interdit la circulation des gaz d'échappement dans les tubes d'échange de chaleur (43) en position de dégagement.

   3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le clapet (35) obture les extrémités amont (45) des tubes d'échange de chaleur (43) ou les extrémités aval (47) des tubes d'échange de chaleur (13) en position de dégagement.

   4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes d'échange de chaleur (13) sont des tubes en U.

   5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans chaque tube d'échange de chaleur (13), le ou les tronçons arqués (49) couvrent un secteur angulaire compris entre 90° et 225°.

   6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans chaque tube d'échange de chaleur (13), les extrémités amont et aval (45,47) s'étendent dans un premier plan, une partie centrale (49) du tube d'échange de chaleur (13) s'étendant dans un second plan incliné par rapport au premier, le second plan formant de préférence un angle compris entre 30 ° et 90 ° par rapport au premier.

   7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz d'échappement s'écoulent le long des zones d'entrée (35) et de sortie (37) suivant des directions générales respectives, les extrémités amont et aval (45, 47) des tubes d'échange de chaleur (43) formant avec lesdites direction générales respectives un angle compris entre 45° et 135°.

   8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones d'entrée et de sortie (35, 37) sont situées sur une même paroi latérale (39) du corps de vanne (7), le clapet (15) étant monté rotatif par rapport au corps de vanne (7) autour d'un axe de rotation (17) situé à proximité immédiate de la dite paroi latérale (39).

   9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe (44) présentant une entrée (51) d'un fluide caloporteur, une sortie (53) dudit fluide caloporteur et une ouverture tournée vers le corps de vanne (7), les tubes d'échange de chaleur (13) s'étendant dans l'enveloppe (44), l'ouverture étant délimitée par un bord périphérique raccordé de manière étanche au corps de vanne (7) autour des zones d'entrée et de sortie (35, 37).

   10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe (44) présentant une entrée (51) d'un fluide caloporteur, une sortie (53) dudit fluide caloporteur et une ouverture (57) tournée vers le corps de vanne (7), le dispositif comprenant en outre une paroi (55) obturant l'ouverture (57), la paroi (55) étant traversée par les tubes d'échange de chaleur (13) et étant sans contact direct avec le corps de vanne (7).