WO2013124431A1 - Echangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d'echappement d'un moteur - Google Patents

Echangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d'echappement d'un moteur Download PDF

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WO2013124431A1
WO2013124431A1 PCT/EP2013/053587 EP2013053587W WO2013124431A1 WO 2013124431 A1 WO2013124431 A1 WO 2013124431A1 EP 2013053587 W EP2013053587 W EP 2013053587W WO 2013124431 A1 WO2013124431 A1 WO 2013124431A1
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exchanger
gas
gas tank
gases
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Javier CUESTA
Francisco Lopez Lazaro
Benjamin Gracia
Jesus Jimenez Palacios
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Valeo Termico, S.A.
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates

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 in heat exchangers of engine exhaust gas recirculation (EGRC).
  • EGRC engine exhaust gas recirculation
  • the main function of the EGR exchangers is the exchange of heat between the exhaust gas and the coolant, in order to cool the gases.
  • EGR heat exchangers are widely used for diesel applications to reduce emissions and are also used in gasoline applications to reduce fuel consumption.
  • EGR exchangers on the market is a metal heat exchanger typically made of stainless steel or aluminum.
  • EGR heat exchanger there are two types: a first type consists of a housing inside which there is a bundle of parallel tubes for the passage of gases, the refrigerant circulating in the housing, 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 housing can be of different types.
  • the tubes are fixed at their ends between two support plates connected to each end of the housing, the two support plates having a plurality of orifices for the installation of the respective tubes.
  • connection means with the recirculation line which may consist of a V-shaped connection or a peripheral collar or flange, depending on the design of the recirculation line in which is connected the exchanger.
  • 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 that they are assembled by mechanical means and then oven-welded or arc-welded or laser-welded to ensure the proper sealing required this application.
  • Some EGR exchangers also include a filter in the exhaust line, which is usually an independent component, although it can be partially integrated into the EGR exchanger.
  • Patent EP2273095 relates to a heat exchanger comprising a liquid filter integrated in 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 hardware.
  • EP2194351 relates to a heat exchanger comprising a particulate filter for filtering exhaust gas, structurally integrated inside the gas inlet tube of the heat exchanger.
  • Patent FR2938051 relates to a heat exchanger which comprises a filter housed in a selected position so that the filter is disposed near an extreme side of the tubular bundle.
  • these filters have the disadvantage of requiring a difficult and slow assembly process since additional seals and fastening by means of the fasteners are used.
  • their volume increases the dimensions of the exchanger, with the resulting problems for mounting in the engine compartment.
  • the purpose of the gas heat exchanger, in particular the exhaust gases of an engine, according to the present invention is to solve the disadvantages that exchangers known in the art present by offering a more economical particulate filter. and easy to assemble in the exchanger.
  • the gas heat exchanger in particular the exhaust gas of an engine, object of the present invention is of the type comprising a bundle of tubes arranged inside a housing, intended for the circulation of gases with exchange heat with a heat transfer fluid, at least one gas reservoir that can be adjusted at one end of the housing and connected to the gas recirculation line and a particulate filter for filtering the exhaust gas, associated with said gas tank, and it is characterized in that said filter is integrated in the gas tank and forms a single piece inseparable to be fitted to the housing of the exchanger.
  • the filter is integrated into the gas reservoir by welding. This provides a simpler attachment of the filter to the gas tank, since it is not necessary for the filter to have a metal collar or intermediate fasteners, nor any hardware elements, to be assembled to the 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 assembled to the gas tank by oven brazing.
  • a spot or arc welding is sufficient to ensure correct filter attachment. Nevertheless, it is possible to improve the fixing by additional brazing.
  • the filter comprises a concave configuration screen as a plate, with a flat peripheral flange 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 flange makes it easier to attach the filter to the gas tank by welding, without the need for intermediate pieces. nor hardware elements.
  • the gas reservoir comprises a flat peripheral edge in its inner part, intended to receive the peripheral wing of the filter for their assembly to one another. In this way, it ensures a permanent and robust welding between the two parts.
  • a more economical and easier to manufacture filter is formed, formed only by the filtration screen which comprises the peripheral wing made of the same material. Nevertheless, if desired one can also include a metal plane around the screen.
  • the integration of the filter simplifies the design of the exchanger by eliminating the need to include a collar, a seal and hardware. The result is a significant reduction in the cost of assembly.
  • the integration of the filter with the gas tank implies a smaller volume of the heat exchanger compared to other solutions that require a collar or an additional part.
  • Figure 1 is a schematic view in partial longitudinal section of a heat exchanger, showing the filter fitted to the gas reservoir, according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of the filter according to the invention.
  • Figure 3 is a perspective view of the gas tank showing the peripheral interlocking edge for receiving the filter
  • FIG. 4 and 5 show two perspective and exploded views of the filter and the gas tank in section; and FIG. 6 is a perspective view according to FIG. 4 with the filter integrated in the gas tank.
  • FIG. 1 is a partial representation of a heat exchanger 1 which comprises a bundle of tubes 2 disposed inside a housing 3, delimiting an inlet 4 and a gas outlet, said tubes 2 being intended for the circulation of gas with heat exchange with a heat transfer fluid.
  • the tubes 2 are fixed at 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 housing 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 gas, integrated in the gas reservoir 6 and forming a single inseparable piece that can be 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 in the gas tank 6 by welding, whether by spot welding or by arc welding. This provides a fixation of the filter 7 to the gas tank 6 simpler, since it is not necessary that the filter 7 has a metal collar or intermediate fixing parts, and more than hardware, 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 flange 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 increase the filtration area and, on the other hand, the plane surface of the peripheral flange 9 facilitates the fixing of the filter 7 to the gas reservoir 6 by welding, without i need intermediate parts or hardware.
  • the gas tank 6 comprises in its inner part a flat peripheral edge 10 intended to receive the peripheral flange 9 of the filter 7 in order to assemble them to one another. In this way, it ensures a permanent and robust welding between the two parts.
  • the gas reservoir 6 comprises another collar 1 1 intended to fit and assemble with the edge of the housing 3, as can be seen in FIG.

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Abstract

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) est intégré au réservoir de gaz (6) et forme une unique pièce inséparable susceptible d'être ajustée au boîtier (3) de l'échangeur (1). De préférence, le filtre (7) est intégré au réservoir de gaz (6) par soudage. 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.

Description

DESCRIPTION
ÉCHANGEUR THERMIQUE POUR GAZ. EN PARTICULIER POUR LES GAZ D'ÉCHAPPEMENT D'UN MOTEUR
La présente invention concerne un échangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d'échappement d'un moteur.
L'invention s'applique tout spécialement dans les échangeurs thermiques de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur (EGRC).
CONTEXTE DE L'INVENTION
La fonction principale des échangeurs EGR est l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement et le fluide caloporteur, dans le but de refroidir les gaz.
Actuellement, les échangeurs thermiques EGR sont largement utilisés pour des applications Diesel afin de réduire les émissions et servent aussi dans des applications à essence pour réduire la consommation de carburant.
Le marché tend à réduire la taille des moteurs et à appliquer les échangeurs de chaleur EGR non seulement dans les applications haute pression (HP) mais aussi dans celles basse pression (LP); toutes les deux ont un impact sur la conception des échangeurs de chaleur EGR. Les constructeurs de véhicules exigent des échangeurs de chaleur EGR avec de meilleurs rendements et, en même temps, l'espace disponible pour placer l'échangeur et ses composants est de plus en plus petit, ce qui les rend de plus en plus difficiles à intégrer.
En plus, dans de nombreuses applications l'écoulement du fluide caloporteur pour refroidir les gaz d'échappement tend à se réduire bien que les rendements de l'échangeur soient allés en augmentant.
La configuration actuelle des échangeurs EGR présents sur le marché correspond à un échangeur thermique métallique généralement fabriqué en acier inoxydable ou en aluminium.
Fondamentalement, il y a deux types d'échangeurs de chaleur EGR: un premier type consiste en un boîtier à l'intérieur duquel on dispose un faisceau de tubes parallèles pour le passage des gaz, le réfrigérant circulant dans le boîtier, à l'extérieur des tubes, et le second type se compose d'une série de plaques parallèles qui constituent les surfaces d'échange de chaleur, de sorte que les gaz d'échappement et le réfrigérant circulent entre deux plaques, en couches alternées, avec possibilité d'inclure des ailettes pour améliorer l'échange de chaleur.
Dans le cas d'échangeurs de chaleur à faisceau de tubes, l'assemblage entre les tubes et le boîtier peut être de différents types. Généralement, les tubes sont fixés par leurs extrémités entre deux plaques de support raccordées à chaque extrémité du boîtier, les deux plaques de support présentant une pluralité d'orifices pour l'installation des tubes respectifs.
Lesdites plaques de support sont fixées à leur tour à des moyens de raccordement avec la ligne de recirculation, qui peuvent consister en un montage en V ou bien en un collet périphérique de raccordement ou bride, en fonction de la conception de la ligne de recirculation dans laquelle est assemblé l'échangeur. Le collet périphérique peut être assemblé avec un réservoir à gaz, de façon à ce que le réservoir à gaz soit une pièce intermédiaire entre le boîtier et le collet, ou bien le collet peut être assemblé directement au boîtier.
Dans les deux types d'échangeurs EGR, la plupart de leurs composants sont métalliques, de sorte qu'ils sont assemblés par des moyens mécaniques et ensuite soudés au four ou soudés à l'arc ou au laser pour assurer l'étanchéité appropriée que requiert cette application.
Quelques échangeurs EGR comprennent aussi un filtre dans la ligne d'échappement, qui est généralement constitué par un composant indépendant, quoiqu'il puisse être partiellement intégré à l'échangeur EGR.
Le brevet EP2273095 concerne un échangeur thermique comprenant un filtre de liquide intégré audit échangeur, qui comprend une zone de filtre dépassant d'une surface plane. Ce filtre est configuré comme un joint et est monté entre la bride de raccordement et le réservoir de gaz au moyen d'éléments de visserie.
Le brevet EP2194351 concerne un échangeur thermique comprenant un filtre à particules pour la filtration des gaz d'échappement, structurellement intégré à l'intérieur du tube d'entrée des gaz de l'échangeur thermique. Le brevet FR2938051 concerne un échangeur thermique qui comprend un filtre logé dans une position choisie de façon à ce que le filtre soit disposé près d'un côté extrême du faisceau tubulaire. Cependant, ces filtres présentent l'inconvénient de nécessiter un processus d'assemblage ardu et lent puisqu'on utilise des joints supplémentaires et une fixation au moyen des éléments de visserie. En outre, leur volume fait augmenter les dimensions de l'échangeur, avec les problèmes qui en résultent pour le montage dans le compartiment moteur.
DESCRI PTION DE L'INVENTION
L'objectif de l'échangeur thermique pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, selon la présente invention est de résoudre les inconvénients que présentent les échangeurs connus dans l'art, en offrant un filtre à particules plus économique et simple à assembler dans l'échangeur.
L'échangeur thermique pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, objet de la présente invention est du type comprenant un faisceau de tubes disposés à l'intérieur d'un boîtier, destinés à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide caloporteur, au moins un réservoir de gaz pouvant être ajusté à une extrémité du boîtier et raccordé à la ligne de recirculation des gaz et un filtre à particules pour la filtration des gaz d'échappement, associé audit réservoir de gaz, et il se caractérise en ce que ledit filtre est intégré au réservoir de gaz et forme une unique pièce inséparable susceptible d'être ajustée au boîtier de l'échangeur.
De cette façon, on obtient un filtre totalement intégré au réservoir de gaz en une unique pièce, ce qui facilite ainsi son assemblage au boîtier de l'échangeur.
De façon avantageuse, le filtre est intégré au réservoir de gaz par soudage. On obtient ainsi une fixation du filtre au réservoir de gaz plus simple, puisqu'il n'est pas nécessaire que le filtre ait un collet métallique ou des pièces intermédiaires de fixation, pas plus que des éléments de visserie, pour être assemblé au réservoir de gaz, comme cela se passait avec les filtres connus.
Également, le réservoir de gaz peut être assemblé directement par brasage au four au noyau de l'échangeur thermique et il n'est pas nécessaire d'utiliser une pièce séparée assemblée par des éléments de visserie comme dans l'art antérieur.
De préférence, le filtre est assemblé au réservoir de gaz par soudage par points ou soudage à l'arc.
Facultativement, le filtre est en outre assemblé au réservoir de gaz par brasage au four. En général, il suffit d'un assemblage par soudage par points ou à l'arc pour garantir une fixation correcte du filtre. Néanmoins, il est possible d'améliorer la fixation par un brasage au four additionnel.
Conformément à un mode de réalisation de l'invention, le filtre comprend un écran de configuration concave en guise de plateau, avec une aile périphérique plate prévue pour l'assemblage d'un seul tenant avec le réservoir de gaz.
La configuration en forme d'écran concave permet d'augmenter la superficie de filtration et d'autre part la surface plane de l'aile périphérique facilite la fixation du filtre au réservoir de gaz par soudage, sans qu'i soit besoin de pièces intermédiaires ni d'éléments de visserie.
De façon avantageuse, le réservoir de gaz comprend un bord périphérique plat dans sa partie intérieure, destiné à recevoir l'aile périphérique du filtre en vue de leur assemblage l'un à l'autre. De cette façon, on garantit une fixation par soudure permanente et robuste entre les deux pièces.
Les avantages que procure la présente invention sont résumés ci-après:
On obtient un filtre plus économique et plus facile à fabriquer, formé seulement par l'écran de filtration qui comprend l'aile périphérique constituée de la même matière. Néanmoins, si on le souhaite on peut aussi inclure un plan métallique autour de l'écran.
L'intégration du filtre simplifie la conception de l'échangeur en éliminant la nécessité d'inclure un collet, un joint et des éléments de visserie. Le résultat est une réduction significative du coût de l'assemblage.
L'intégration du filtre au réservoir de gaz implique un moindre volume de l'échangeur thermique par comparaison avec d'autres solutions qui nécessitent un collet ou une pièce supplémentaire.
En réduisant le nombre de pièces, on simplifie le processus d'assemblage de l'échangeur et aussi parce que le processus de soudage est beaucoup plus rapide que le processus avec éléments de visserie. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Afin de faciliter la description de ce que nous avons exposé précédemment, nous joignons des dessins sur lesquels, schématiquement et uniquement à titre d'exemple non limitatif, est représenté un cas pratique de mode de réalisation de l'échangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d'échappement d'un moteur, selon l'invention, parmi lesquels:
la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale partielle d'un échangeur thermique, montrant le filtre ajusté au réservoir de gaz, selon l'invention;
la figure 2 est une vue en perspective du filtre selon l'invention;
la figure 3 est une vue en perspective du réservoir de gaz montrant le bord périphérique d'emboîtement destiné à recevoir le filtre;
les figures 4 et 5 montrent deux vues en perspective et éclatées du filtre et du réservoir de gaz en coupe; et la figure 6 est une vue en perspective selon la figure 4 avec le filtre intégré au réservoir de gaz.
DESCRI PTION D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ
La figure 1 est une représentation partielle d'un échangeur thermique 1 qui comprend un faisceau de tubes 2 disposés à l'intérieur d'un boîtier 3, délimitant une entrée 4 et une sortie de gaz, lesdits tubes 2 étant destinés à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide caloporteur. Les tubes 2 sont fixés par leurs extrémités entre deux plaques de support 5 ajustées à chaque extrémité du boîtier 3, les deux plaques de support 5 présentant une pluralité d'orifices pour l'installation des tubes 2 respectifs.
Dans ce cas, l'échangeur 1 comprend un réservoir de gaz 6 ajusté au boîtier 3 à l'extrémité d'entrée de gaz 4 et raccordé à la ligne de recirculation des gaz.
L'échangeur 1 comprend également un filtre à particules 7 pour la filtration des gaz d'échappement, intégré au réservoir de gaz 6 et formant une unique pièce inséparable susceptible d'être ajustée au boîtier 3 de l'échangeur. De cette façon, en obtenant une unique pièce, on facilite son assemblage au boîtier 3 de l'échangeur 1 .
Le filtre 7 est intégré au réservoir de gaz 6 par soudage, que ce soit par soudage par points ou par soudage à l'arc. On obtient ainsi une fixation du filtre 7 au réservoir de gaz 6 plus simple, puisqu'il n'est pas nécessaire que le filtre 7 ait un collet métallique ou des pièces intermédiaires de fixation, pas plus que des éléments de visserie, pour être assemblé au réservoir de gaz 6.
En général, il suffit d'un assemblage par soudage par points ou à l'arc pour garantir une fixation correcte du filtre 7. Néanmoins, pour améliorer la fixation du filtre 7 au réservoir de gaz 6 on peut en outre appliquer un brasage au four.
Comme on peut s'en rendre compte sur les figures 2 à 6, le filtre 7 comprend un écran 8 de configuration concave en guise de plateau, avec une aile périphérique 9 plate prévue pour son assemblage d'un seul tenant avec le réservoir de gaz 6. La configuration en forme d'écran 8 concave permet d'augmenter la superficie de filtration et d'autre part la surface plane de l'aile périphérique 9 facilite la fixation du filtre 7 au réservoir de gaz 6 par soudage, sans qu'i soit besoin de pièces intermédiaires ni d'éléments de visserie.
Le réservoir de gaz 6 comprend dans sa partie intérieure un bord périphérique 10 plat destiné à recevoir l'aile périphérique 9 du filtre 7 en vue de leur assemblage l'un à l'autre. De cette façon, on garantit une fixation par soudure permanente et robuste entre les deux pièces.
Également, le réservoir de gaz 6 comprend un autre collet 1 1 prévu pour s'emboîter et s'assembler avec le bord du boîtier 3, comme on peut le voir sur la figure 3.

Claims

REVENDICATIONS
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), caractérisé en ce que ledit filtre (7) est intégré au réservoir de gaz (6) et forme une unique pièce inséparable susceptible d'être ajustée au boîtier (3) de l'échangeur (1 ).
2. Échangeur (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel le filtre (7) est intégré au réservoir de gaz (6) par soudage.
3. Échangeur (1 ) selon la revendication 2, dans lequel le filtre (7) est assemblé au réservoir de gaz (6) par soudage par points ou soudage à l'arc.
4. Échangeur (1 ) selon la revendication 3, dans lequel en outre le filtre (7) est assemblé au réservoir de gaz (6) par brasage au four.
5. Échangeur (1 ) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel 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).
6. Échangeur (1 ) selon la revendication 5, dans lequel 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.
PCT/EP2013/053587 2012-02-22 2013-02-22 Echangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d'echappement d'un moteur WO2013124431A1 (fr)

Priority Applications (3)

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