WO2016107899A1 - Dispositif de récupération de chaleur et ligne d'échappement équipée d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de récupération de chaleur et ligne d'échappement équipée d'un tel dispositif Download PDF

Info

Publication number
WO2016107899A1
WO2016107899A1 PCT/EP2015/081410 EP2015081410W WO2016107899A1 WO 2016107899 A1 WO2016107899 A1 WO 2016107899A1 EP 2015081410 W EP2015081410 W EP 2015081410W WO 2016107899 A1 WO2016107899 A1 WO 2016107899A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
inlet
valve
exhaust gas
valve body
passage
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/081410
Other languages
English (en)
Inventor
Yannick Godard
Julien CABILLIC
Original Assignee
Faurecia Systemes D'echappement
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Faurecia Systemes D'echappement filed Critical Faurecia Systemes D'echappement
Priority to DE112015005850.8T priority Critical patent/DE112015005850T5/de
Priority to KR1020177018150A priority patent/KR101974764B1/ko
Priority to US15/540,345 priority patent/US10337382B2/en
Publication of WO2016107899A1 publication Critical patent/WO2016107899A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2260/00—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
    • F01N2260/08—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for preventing heat loss or temperature drop, using other means than layers of heat-insulating material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/02—Tubes being perforated
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention generally relates to heat recovery devices for exhaust lines.
  • the invention relates, according to a first aspect, to an exhaust line heat recovery device, the device being of the type comprising:
  • valve body having at least one exhaust gas inlet and at least one exhaust gas outlet, the valve body internally defining a direct flow path for the exhaust gases from the inlet to the exit ;
  • a heat exchanger between the exhaust gases and a heat transfer fluid comprising an exhaust gas circulation passage and a heat transfer fluid circulation passage, the exhaust gas circulation passage having upstream and downstream ends; opening respectively into inlet and outlet areas of the valve body, respectively relatively closer to the inlet and relatively closer to the outlet along the direct path;
  • a valve disposed in the valve body, movable relative to the valve body at least between a heat exchange position in which the valve closes a cut-off section of the direct flow path and thus forces the flow of gas exhaust from the inlet to the outlet through the heat exchanger along the exhaust gas flow passage, and a short-circuit position in which the valve disengages said cut-off section from the direct passage path and closes the exit zone, the valve thereby forcing the flow of exhaust gases from the inlet to the outlet along the direct path, the cutoff section being located between the inlet zone and the outlet zone along the the direct passage way.
  • the heat exchanger When the valve is in the short-circuit position, the heat exchanger is inactive. Exhaust gases flow from the inlet to the outlet of the valve body along the direct path.
  • the invention aims to propose a heat recovery device in which the parasitic losses are reduced.
  • the invention relates to a heat recovery device of the aforementioned type, characterized in that the heat recovery device comprises a wall guide arranged in the direct passage path to the right of the inlet zone, arranged to guide the exhaust gas from the inlet to the cutoff section away from the inlet area when the valve is in short circuit position, and delimiting at least one orifice for passing the exhaust gas to the inlet zone when the valve is in the heat exchange position.
  • the guide wall in that it deflects the exhaust gases away from the inlet zone of the exchanger when the valve is in the short-circuit position, reduces the amount of penetrating exhaust gas. in the heat exchanger by its entrance area.
  • This quantity is significant, in the absence of guide wall. It helps to transfer heat to the heat transfer fluid.
  • the heat recovery device may also have one or more of the following features, considered individually or in any technically feasible combination:
  • the guide wall is a tube, internally defining a conduit for the exhaust gas, the duct extending from an upstream opening upstream of the inlet zone to a downstream opening downstream of the zone entrance;
  • the device comprises, in the cut-off section, at least one obstacle likely to hinder the flow of the exhaust gases, a downstream end portion of the guide wall being arranged to deflect the exhaust gases away from said obstacle;
  • the obstacle comprises a frame defining a sealing surface for the valve in the heat exchange position
  • the frame has an inner edge defining a central opening for the passage of the exhaust gas, the downstream end portion of the guide wall being connected to the inner edge;
  • the guide wall is delimited upstream by an upstream edge sealingly connected to an inner surface of the direct flow path;
  • the guide wall is separated from the valve body by a gas strip, at least to the right of the inlet zone, the direct passage path being at a first pressure at the exit zone when the valve is in short circuit position, the gas blade being at a second pressure lower than the first pressure when the valve is in the short-circuit position;
  • the heat exchanger comprises an envelope internally delimiting the circulation passage of the coolant fluid and pressed against the valve body, the casing having at least one opening closed by a wall of the valve body in which is formed the inlet area;
  • valve carries a seal coming against the valve body in a short-circuit position, this seal being made of a metallic knit;
  • the direct flow path provides, along the guide wall, a first passage section for the exhaust gases, the passage path providing, along the exit zone, a second passage section for the gases; exhaust, greater than the first passage section.
  • the invention relates to a vehicle exhaust line, comprising a heat recovery device having the above characteristics.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat recovery device according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view similar to that of Figure 1, one of the two half-shells forming the valve body and the guide wall not being shown, so as to reveal the internal structure of the valve body, the valve being in the short-circuit position;
  • FIG. 3 is a view similar to that of Figure 2, a half of the guide wall being shown, the valve being in the heat exchange position;
  • FIG. 4 is a top view, in section, of the heat recovery device of Figures 1 to 3, the valve being heat exchange position, a single heat exchange tube being shown.
  • the heat recovery device 1 shown in Figure 1 is intended to be inserted in the exhaust line of a vehicle.
  • This vehicle is typically a motor vehicle, for example a car or a truck.
  • This device is intended to recover a portion of the thermal energy of the exhaust gas, for example to transfer it to the engine coolant, or to the heating circuit of the passenger compartment.
  • the device 1 comprises a valve 3 and a heat exchanger 5.
  • the valve 3 comprises: a valve body 7 having an exhaust gas inlet 9 and an exhaust gas outlet 1 1, the valve body 7 internally defining a direct flow path 13 for the exhaust gases from the inlet 9 to exit 1 1;
  • valve 15 disposed inside the valve body 7, and movable relative to the valve body 7 between a heat exchange position ( Figure 3) in which the valve closes a cut-off section of the path 13 and thus forces the circulation of the exhaust gases from the inlet 9 to the outlet 1 1 through the heat exchanger, and a short-circuit position (FIG. 2) in which the valve 15 disengages said cut-off section of the direct flow path 13, and forces the flow of exhaust gas from the inlet 9, to the outlet 1 1 along the direct path 13.
  • a heat exchange position Figure 3
  • FIG. 2 short-circuit position
  • the valve body 7 has a central axis C, which is also the central axis of the direct flow path 13.
  • the valve 15 is rotatable relative to the valve body between its heat exchange and short-circuit positions, about an axis 17, visible in FIG. 3.
  • the valve 15 is integral with the axis 17 .
  • the valve 15 is for example displaced by a crank 18.
  • the valve body 7 comprises two half-shells 25, 27 contiguous to each other by respective edges 29.
  • the edges 29 are placed against each other in a contact plane substantially parallel to the axis 17.
  • the inlet 9 and the outlet 1 1 are each delimited for half by the half-shell 25, and for the other half by the half-shell 27.
  • the axis 17 is mounted on the half-shell 27.
  • valve body is not formed of two half-shells, but is constituted in any other suitable manner.
  • the valve body 7 also comprises an inlet zone 31 (FIG. 2) through which the exhaust gases can flow from the direct flow path 13 into the heat exchanger 5. It also comprises an exit zone 33 (Figure 3), by which the exhaust gases from the heat exchanger 5 return to the direct flow path 13. As shown in Figures 2 and 3, the inlet zone 31 has a plurality of holes d 35, and the exit zone 33 has a plurality of exit holes 37.
  • the entrance zone 31 is located along the direct pathway 13 between the inlet 9 and the cutoff section.
  • the exit zone 33 is situated along the direct passage path 13, between the cut-off section and the outlet 11.
  • the heat exchanger 5 is provided so that the exhaust gases give a portion of their heat energy to a heat transfer fluid. It therefore comprises a passage 39 for circulation of the exhaust gas, and a passage 41 for circulating the coolant. The exhaust gas flowing through the circulation passage 39 is in thermal contact with the coolant flowing through the circulation passage 41.
  • the exhaust gas circulation passage 39 has upstream and downstream ends opening respectively into the inlet and outlet zones 31, 33 of the valve body 7.
  • the heat exchanger 5 comprises a plurality of tubes 43, inside which the exhaust gases circulate.
  • the tubes 43 thus delimit together, internally, the passage 39 of circulation of the exhaust gas.
  • Each tube 43 is connected at one end to one of the inlet ports 35, and at its end opposite one of the outlet openings 37.
  • the tubes each have a U-shape, and each have an upstream branch 45 connected to one of the inlet ports 35, a downstream branch 47 connected to one of the outlet orifices 37, and a hanger 49 connecting the upstream and downstream branches 45, 47 to one another.
  • the upstream and downstream branches are here substantially parallel to one another and substantially perpendicular to the input and output zones.
  • the heat exchanger 5 further comprises a casing 51 internally defining a volume in which the tubes 43 are housed.
  • the casing 51 has an inlet 53 for the coolant, and an outlet 55 for the heat transfer fluid.
  • the internal volume of the casing 51 internally defines the passage 41 for circulating the coolant.
  • the heat exchanger may have any other form, provided that the upstream and downstream ends of the exhaust gas flow passage open into the direct flow path 13 through respectively the inlet zone 31 and the outlet zone 33 of the valve body.
  • the heat exchanger may for example be a tube exchanger whose tubes do not have a U-shape, or a plate heat exchanger or any other type of exchanger.
  • the heat exchange position of the valve is shown in Figure 3.
  • the valve 15 closes the direct flow path 13 at the cutoff section.
  • the exhaust gases are thus forced to flow from the inlet 9 to the inlet zone 31, from which they enter the heat exchanger 5, and then travel through the passage of circulation 39 to the exit zone 33. At the exit zone 33, they return inside the direct path 13, then flow to the exit 1 1.
  • valve 15 The short-circuit position of the valve 15 is illustrated in FIG. 2. In this position, the valve 15 disengages the cut-off section of the direct flow path and closes the exit zone 33. The exhaust gases are thus forced. to flow from the entrance 9 to the exit 1 1 along the direct path 13.
  • the heat recovery device 1 comprises a guide wall 57, arranged in the direct flow path 13 to the right of the inlet zone 31.
  • the guide wall 57 is arranged to guide the exhaust gas from the inlet 9 to the cutoff section away from the inlet area 31 when the valve 15 is in the short-circuit position.
  • the inlet zone 31 is of limited size relative to the total area of the valve body 7. It typically extends circumferentially on less than half of the perimeter of the valve body, preferably , on less than one third of the perimeter of the valve body. According to the central axis C of the valve body, it extends over less than half the length of the valve body, preferably less than one third of the length of the valve body.
  • the exit zone 33 has substantially the same dimension as the entry zone 31.
  • the guide wall 57 is located at the right of the inlet zone 31 in the sense that it is interposed radially between the central axis C of the valve body and the inlet zone 31.
  • the guide wall is arranged to guide the exhaust gas away from the inlet area, in the sense that the flow lines which, in the absence of guide walls, would pass close to the most of the entrances are deviated and pass away from the entrance area 31. Likewise, the turbulence in the flow is reduced and consequently the parasitic gas flow reaching the inlet zone 31 is also reduced.
  • the guide wall 57 defines at least one orifice 59 to allow the exhaust gases to pass to the inlet zone 31 when the valve is in the heat exchange position, as shown in FIG. .
  • the exhaust gases flow from the inlet 9 through the orifice (s) 59 to the inlet zone 31 and then through the circulation passage 39 of the heat exchanger 5.
  • the orifices 59 are pierced in the guide wall 57. According to a non-preferred variant, they are formed between an edge of the guide wall and the valve body.
  • the guide wall 57 is a tube, internally defining a conduit 60 for the exhaust gas, the duct extending from an upstream opening 61 upstream of the inlet zone 31 until at a downstream opening 63 situated downstream of the inlet zone 31.
  • the tube has a closed section. It typically has a circular, or rectangular, or oval section or any other sectional shape.
  • the guide plate is typically made of steel. For example, it has a thickness of less than 1.5 mm, so as to limit the thermal inertia of the system.
  • the guide wall 57 considered in section perpendicular to the central axis, is not closed contour. It is open on one side, typically on a side opposite the input zone 31 with respect to the central axis C.
  • the heat recovery device 1 comprises a frame 65 disposed in the cutoff section.
  • This frame 65 defines a sealing surface 67 (FIG. 4) against which the valve 15 bears in the heat exchange position.
  • the frame 65 is a geometrical singularity likely to hinder the flow of exhaust gas when the valve 15 is in the short-circuit position. More specifically, in the absence of the guide wall 57, the frame 65 will generate within the exhaust gas flow recirculations, which are partly responsible for the parasitic losses in addition to an increase in the cons pressure. These recirculations drive part of the exhaust gas to the inlet zone 31 and then inside the heat exchanger 5.
  • the device may comprise other obstacles, in the cut-off section or at any point located between the input zone 31 and the output zone 33, for example the flap axis 17 or other parts or reliefs formed in the valve body 7.
  • a downstream end portion 69 of the guide wall 57 is arranged to deflect the exhaust gases away from the obstacle or obstacles.
  • the flow of exhaust gas no longer forms recirculation contributing to direct a portion of the exhaust gas to the inlet zone.
  • the frame 65 has an inner edge 71, delimiting a central opening 73 for the passage of the exhaust gas.
  • the sealing surface 67 surrounds the central opening 73.
  • the downstream end portion 69 of the guide wall 57 is connected, preferably sealingly, to the inner edge 71.
  • downstream end portion 69 is connected to the inner edge over the entire periphery of the opening 73.
  • downstream end portion 69 terminates with a downstream edge 74 which is placed against the peripheral edge 71 and is welded thereto.
  • downstream end portion 69 is connected only to a portion of the inner edge 71, typically the portion facing the inlet zone 31.
  • the guide wall 57 is delimited upstream by an upstream edge 75, sealingly connected to an internal surface of the direct flow path 13.
  • the exhaust gases do not infiltrate between the guide wall 57 and the valve body 7, and thus do not circulate to the inlet zone 31.
  • the upstream edge 75 delimits typically the upstream opening 61 of the conduit. Furthermore, the downstream opening 63 coincides in the example shown with the central opening
  • the upstream edge 75 is closed contour, and is connected to the inner surface of the direct path 13 over the entire periphery thereof. It is placed for example in coincidence with the exhaust gas inlet 9, or shifted slightly towards the inside of the passageway with respect to the inlet 9. For example, it is welded to the valve body 7 of waterproof way.
  • the guide wall 57 is separated from the valve body 7 by a gas strip 77, at least to the right of the inlet zone 31.
  • a gas strip 77 there is a layer of gas between the guide wall 57 and the valve body 7.
  • the gas strip 77 extends over the entire periphery of the guide wall 57, when the wall guide is a tube.
  • the gas strip typically has a thickness greater than or equal to 2 mm. This has the advantage of reducing the heat transfer from the exhaust gases to the valve body 7.
  • the inlet zone 31 and the outlet zone 33 are zones of the wall 79.
  • the casing 51 has an opening, this opening being closed by the wall 79.
  • the opposite ends of the tubes 43 pass through the opening.
  • the invention is particularly advantageous when the valve carries a metal knit seal 81, bearing against the valve body 7 in the short-circuit position.
  • the seal 81 bears against a sealing surface formed on the valve body 7 around the outlet zone 33.
  • the seal 81 damps the vibrations generated in the valve 15 by the circulation of the exhaust gas. These vibrations are not or only slightly transferred to the valve body 7. This contributes in particular to reducing the noise generated by the heat recovery device 1.
  • the metal knit seal 81 ensures a seal between the valve 15 and the valve body 7.
  • this seal is not perfect, which contributes to the circulation of the exhaust gases through the heat exchanger. in the short-circuit position of the valve, in the absence of the guide wall 57.
  • the direct flow path 13 is at a first pressure at the outlet zone 33 of the valve body.
  • the gas blade 77 is at a second pressure lower than the first pressure.
  • the device comprises a sealing member between the valve and the valve body which is different from a metal knit seal.
  • This organ is of any suitable type. Whatever the level of sealing provided by the sealing member, the existence of a pressure difference between the gas strip 77 and the outlet zone 33 contributes to preventing the flow of exhaust gas along the circulation passage 39 of the heat exchanger 5, from the inlet zone 31 to the outlet zone 33.
  • the direct flow path 13 provides, along the guide wall 57, a first passage section for the exhaust gas.
  • the passageway 13, along the outlet zone 33, provides a second passage section for the exhaust gas, greater than the first passage section.
  • the flow velocity of the exhaust gases is greater along the guide wall 57 than along the exit zone 33, which contributes to creating an overpressure at the outlet 11.
  • the first passage section is delimited by the guide wall 57, which has a tubular shape with a closed section.
  • the guide wall 57 is not of closed section, the first passage section is delimited between the guide wall 57 and the valve body 7.
  • the guide wall makes it possible to reduce the pressure drops for the exhaust gases flowing along the direct flow path.
  • the number and the surface of the orifices 59 are chosen so that the guide wall 57 has only a slight impact on the operation of the heat exchanger when the valve is in the heat exchange position.
  • the orifices 59 are gathered in the zone of the guide wall situated at the right of the entry zone 31.
  • the guide wall 57 does not increase the pressure drop for the exhaust gases significantly in the heat exchange position of the valve 15.
  • this valve body is thermally isolated from the exhaust gas by the gas blade.
  • the valve body therefore has at the guiding wall a temperature lower than the temperature in the absence of guide wall and gas blade. As a result, the thermomechanical stresses in the valve body are lower.
  • the valve body 7 therefore undergoes smaller deformations, and the fasteners of the two half-shells 25, 27 to one another are less stressed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Le dispositif (1) de récupération de chaleur comprend: un corps de vanne (7) définissant intérieurement un chemin de passage direct (13) pour les gaz d'échappement depuis une entrée (9) jusqu'à une sortie (11); un échangeur de chaleur (5) comportant un passage (39) de circulation des gaz d'échappement débouchant dans une zone d'entrée du corps de vanne (7); un clapet (15) disposé dans le corps de vanne (7). Le dispositif de récupération de chaleur (1 ) comprend une paroi de guidage (57) disposée dans le chemin de passage direct (13) au droit de la zone d'entrée (31), agencée pour guider les gaz d'échappement depuis l'entrée à l'écart de la zone d'entrée (31) quand le clapet (15) dégage le chemin de passage direct (13), et délimitant au moins un orifice (59) pour laisser passer les gaz d'échappement jusqu'à la zone d'entrée (31) quand le clapet (15) obture le chemin de passage direct (13).

Description

Dispositif de récupération de chaleur et ligne d'échappement équipée d'un tel dispositif
L'invention concerne en général les dispositifs de récupération de chaleur pour des lignes d'échappement.
Plus précisément, l'invention concerne selon un premier aspect, un dispositif de récupération de chaleur pour ligne d'échappement, le dispositif étant 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 de passage direct pour les gaz d'échappement depuis l'entrée jusqu'à la sortie ;
- un échangeur de chaleur entre les gaz d'échappement et un fluide caloporteur, comportant un passage de circulation des gaz d'échappement et un passage de circulation du fluide caloporteur, le passage de circulation des gaz d'échappement ayant des extrémités amont et aval débouchant respectivement dans des zones d'entrée et de sortie du corps de vanne, situées respectivement relativement plus proche de l'entrée et relativement plus proche de la sortie le long du chemin de passage direct ;
- un clapet disposé dans le corps de vanne, mobile par rapport au corps de vanne au moins entre une position d'échange de chaleur dans laquelle le clapet obture une section de coupure du chemin de passage direct et force ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée vers la sortie à travers l'échangeur de chaleur le long du passage de circulation des gaz d'échappement, et une position de court-circuit dans laquelle le clapet dégage ladite section de coupure du chemin de passage direct et obture la zone de sortie, le clapet forçant ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée vers la sortie le long du chemin de passage direct, la section de coupure étant située entre la zone d'entrée et la zone de sortie le long du chemin de passage direct.
Quand le clapet est en position de court-circuit, l'échangeur est inactif. Les gaz d'échappement circulent de l'entrée à la sortie du corps de vanne le long du chemin de passage direct.
Toutefois, on observe des transferts de chaleur résiduels depuis les gaz d'échappement vers le fluide caloporteur. Ces transferts de chaleur résiduels sont également appelés pertes parasites.
Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un dispositif de récupération de chaleur dans lequel les pertes parasites sont réduites.
A cette fin, l'invention porte sur un dispositif de récupération de chaleur du type précité, caractérisé en ce que le dispositif de récupération de chaleur comprend une paroi de guidage disposée dans le chemin de passage direct au droit de la zone d'entrée, agencée pour guider les gaz d'échappement depuis l'entrée vers la section de coupure à l'écart de la zone d'entrée quand le clapet est en position de court-circuit, et délimitant au moins un orifice pour laisser passer les gaz d'échappement jusqu'à la zone d'entrée quand le clapet est en position d'échange de chaleur.
La paroi de guidage, du fait qu'elle dévie les gaz d'échappement à l'écart de la zone d'entrée de l'échangeur quand le clapet est en position de court-circuit, réduit la quantité de gaz d'échappement pénétrant dans l'échangeur de chaleur par sa zone d'entrée.
Cette quantité est significative, en l'absence de paroi de guidage. Elle contribue à transférer de la chaleur au fluide caloporteur.
Le dispositif de récupération de chaleur peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la paroi de guidage est un tube, délimitant intérieurement un conduit pour les gaz d'échappement, le conduit s'étendant depuis une ouverture amont située en amont de la zone d'entrée jusqu'à une ouverture aval située en aval de la zone d'entrée ;
- le dispositif comprend dans la section de coupure au moins un obstacle susceptible de gêner l'écoulement des gaz d'échappement, une partie d'extrémité aval de la paroi de guidage étant agencée pour dévier les gaz d'échappement à l'écart dudit obstacle ;
- l'obstacle comprend un cadre définissant une portée d'étanchéité pour le clapet en position d'échange de chaleur ;
- le cadre présente un bord interne délimitant une ouverture centrale pour le passage des gaz d'échappement, la partie d'extrémité aval de la paroi de guidage étant raccordée au bord interne ;
- la paroi de guidage est délimitée vers l'amont par un bord amont raccordé de manière étanche à une surface interne du chemin de passage direct ;
- la paroi de guidage est séparée du corps de vanne par une lame de gaz, au moins au droit de la zone d'entrée, le chemin de passage direct étant à une première pression au niveau de la zone de sortie quand le clapet est en position de court-circuit, la lame de gaz étant à une seconde pression inférieure à la première pression quand le clapet est en position de court-circuit ;
- l'échangeur de chaleur comporte une enveloppe délimitant intérieurement le passage de circulation du fluide caloporteur et plaquée contre le corps de vanne, l'enveloppe présentant au moins une ouverture fermée par une paroi du corps de vanne dans laquelle est ménagée la zone d'entrée ; et
- le clapet porte un joint venant porter contre le corps de vanne en position de court-circuit, ce joint étant en un tricot métallique ;
- le chemin de passage direct offre, le long de la paroi de guidage, une première section de passage pour les gaz d'échappement, le chemin de passage offrant, le long de la zone de sortie, une seconde section de passage pour les gaz d'échappement, supérieure à la première section de passage.
Selon un second aspect, l'invention porte sur une ligne d'échappement de véhicule, comprenant un dispositif de récupération de chaleur ayant les caractéristiques ci-dessus.
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 selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective similaire à celle de la figure 1 , l'une des deux demi-coquilles formant le corps de vanne et la paroi de guidage n'étant pas représentées, de manière à laisser apparaître la structure interne du corps de vanne, le clapet étant en position de court-circuit ;
- la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, une moitié de la paroi de guidage étant représentée, le clapet étant en position d'échange de chaleur ; et
- la figure 4 est une vue de dessus, en coupe, du dispositif de récupération de chaleur des figures 1 à 3, le clapet étant position d'échange de chaleur, un seul tube d'échange de chaleur étant représenté.
Le dispositif de récupération de chaleur 1 représenté sur la figure 1 est destiné à être intercalé dans la ligne d'échappement d'un véhicule. Ce véhicule est typiquement un véhicule automobile, par exemple une voiture ou un camion.
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 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 1 1 de gaz d'échappement, le corps de vanne 7 définissant intérieurement un chemin de passage direct 13 pour les gaz d'échappement depuis l'entrée 9 jusqu'à la sortie 1 1 ;
- 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'échange de chaleur (figure 3) dans laquelle le clapet obture une section de coupure du chemin de passage 13 et force ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée 9 vers la sortie 1 1 à travers l'échangeur de chaleur, et une position de court-circuit (figure 2) dans laquelle le clapet 15 dégage ladite section de coupure du chemin de passage direct 13, et force la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée 9, vers la sortie 1 1 le long du chemin de passage direct 13.
Le corps de vanne 7 présente un axe central C, qui est également l'axe central du chemin de passage direct 13.
Le clapet 15 est mobile en rotation par rapport au corps de vanne entre ses positions d'échange de chaleur et de court-circuit, autour d'un axe 17, visible sur la figure 3. Le clapet 15 est solidaire de l'axe 17.
Le clapet 15 est par exemple déplacé par une manivelle 18.
Dans l'exemple représenté, 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 1 1 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.
En variante, le corps de vanne n'est pas formé de deux demi-coquilles, mais est constitué de toute autre façon adaptée.
Le corps de vanne 7 comporte encore une zone d'entrée 31 (figure 2) par laquelle les gaz d'échappement peuvent circuler depuis le chemin de passage direct 13 jusque dans l'échangeur de chaleur 5. Il comporte également une zone de sortie 33 (figure 3), par laquelle les gaz d'échappement provenant de l'échangeur de chaleur 5 reviennent dans le chemin de passage direct 13. Comme visible sur les figures 2 et 3, la zone d'entrée 31 comporte une pluralité de trous d'entrée 35, et la zone de sortie 33 comporte une pluralité de trous de sortie 37.
La zone d'entrée 31 est située, le long du chemin de passage direct 13, entre l'entrée 9 et la section de coupure. La zone de sortie 33 est située le long du chemin de passage direct 13, entre la section de coupure et la sortie 1 1 . L'échangeur de chaleur 5 est prévu pour que les gaz d'échappement cèdent une partie de leur énergie calorifique à un fluide caloporteur. Il comporte donc un passage 39 de circulation des gaz d'échappement, et un passage 41 de circulation du fluide caloporteur. Les gaz d'échappement parcourant le passage de circulation 39 sont en contact thermique avec le fluide caloporteur parcourant le passage de circulation 41 .
Le passage de circulation des gaz d'échappement 39 présente des extrémités amont et aval débouchant respectivement dans les zones d'entrée et de sortie 31 , 33 du corps de vanne 7.
Dans l'exemple de réalisation représenté, l'échangeur de chaleur 5 comporte une pluralité de tubes 43, à l'intérieur desquels circulent les gaz d'échappement. Les tubes 43 délimitent donc ensemble, intérieurement, le passage 39 de circulation des gaz d'échappement. Chaque tube 43 est raccordé par une extrémité à un des orifices d'entrée 35, et, par son extrémité opposée à un des orifices de sortie 37.
Dans l'exemple représenté sur les figures, les tubes ont chacun une forme en U, et présentent chacun une branche amont 45 raccordée à un des orifices d'entrée 35, une branche aval 47 raccordée à un des orifices de sortie 37, et un cintre 49 raccordant les branches amont et aval 45, 47 l'une à l'autre. Les branches amont et aval sont ici sensiblement parallèles l'une à l'autre et sensiblement perpendiculaires aux zones d'entrée et de sortie.
L'échangeur de chaleur 5 comporte encore une enveloppe 51 délimitant intérieurement un volume dans lequel sont logés les tubes 43. L'enveloppe 51 présente une entrée 53 pour le fluide caloporteur, et une sortie 55 pour le fluide caloporteur. Ainsi, le volume interne de l'enveloppe 51 définit intérieurement le passage 41 de circulation du fluide caloporteur.
En variante, l'échangeur de chaleur peut avoir toute autre forme, sous réserve que les extrémités amont et aval du passage de circulation des gaz d'échappement débouchent dans le chemin de passage direct 13 à travers respectivement la zone d'entrée 31 et la zone de sortie 33 du corps de vanne. L'échangeur de chaleur peut par exemple être un échangeur à tubes dont les tubes n'ont pas une forme en U, ou un échangeur à plaques ou tout autre type d'échangeur.
La position d'échange de chaleur du clapet est représentée sur la figure 3. Le clapet 15 obture le chemin de passage direct 13 au niveau de la section de coupure. Les gaz d'échappement sont ainsi forcés à circuler depuis l'entrée 9 jusqu' à la zone d'entrée 31 , d'où ils pénètrent dans l'échangeur de chaleur 5, puis parcourent le passage de circulation 39 jusqu'à la zone de sortie 33. Au niveau de la zone de sortie 33, ils reviennent à l'intérieur du chemin de passage direct 13, puis circulent jusqu'à la sortie 1 1 .
La position de court-circuit du clapet 15 est illustrée sur la figure 2. Dans cette position, le clapet 15 dégage la section de coupure du chemin de passage direct, et obture la zone de sortie 33. Les gaz d'échappement sont ainsi forcés à circuler depuis l'entrée 9 jusqu'à la sortie 1 1 le long du chemin de passage direct 13.
Selon l'invention, le dispositif de récupération de chaleur 1 comprend une paroi de guidage 57, disposée dans le chemin de passage direct 13 au droit de la zone d'entrée 31 . La paroi de guidage 57 est agencée pour guider les gaz d'échappement depuis l'entrée 9 vers la section de coupure à l'écart de la zone d'entrée 31 quand le clapet 15 est en position de court-circuit.
Comme visible notamment sur la figure 2, la zone d'entrée 31 est de taille limitée au regard de la superficie totale du corps de vanne 7. Elle s'étend typiquement circonférentiellement sur moins de la moitié du périmètre du corps de vanne, de préférence, sur moins d'un tiers du périmètre du corps de vanne. Suivant l'axe central C du corps de vanne, elle s'étend sur moins de la moitié de la longueur du corps de vanne, de préférence sur moins d'un tiers de la longueur du corps de vanne.
La zone de sortie 33 présente sensiblement la même dimension que la zone d'entrée 31 .
La paroi de guidage 57 est située au droit de la zone d'entrée 31 au sens où elle est interposée radialement entre l'axe central C du corps de vanne et la zone d'entrée 31 . La paroi de guidage est agencée pour guider les gaz d'échappement à l'écart de la zone d'entrée, au sens où les lignes de flux qui, en l'absence de parois de guidage, passeraient à proximité de la zone d'entrée sont déviées pour la plus grande part et passent à distance de la zone d'entrée 31 . De même, les turbulences dans l'écoulement sont réduites et par conséquent le flux gazeux parasite parvenant jusqu'à la zone d'entrée 31 est également réduit.
Par ailleurs, la paroi de guidage 57 délimite au moins un orifice 59, pour laisser passer les gaz d'échappement jusqu'à la zone d'entrée 31 quand le clapet est en position d'échange de chaleur, comme représenté sur la figure 3.
Ainsi, en position d'échange de chaleur du clapet 15, les gaz d'échappement circulent depuis l'entrée 9 à travers le ou les orifices 59 jusqu'à la zone d'entrée 31 puis à travers le passage de circulation 39 de l'échangeur de chaleur 5. Typiquement, les orifices 59 sont percés dans la paroi de guidage 57. Selon une variante non préférée, ils sont ménagés entre un bord de la paroi de guidage et le corps de vanne.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la paroi de guidage 57 est un tube, délimitant intérieurement un conduit 60 pour les gaz d'échappement, le conduit s'étendant depuis une ouverture amont 61 située en amont de la zone d'entrée 31 jusqu'à une ouverture aval 63 située en aval de la zone d'entrée 31 . Considéré perpendiculairement à l'axe central C du corps de vanne, le tube présente une section fermée. Il présente typiquement une section circulaire, ou rectangulaire, ou ovale ou toute autre forme de section.
Ainsi, les gaz d'échappement circulent à l'intérieur du conduit 60 et sont déviés à l'écart de la zone d'entrée 31 .
La plaque de guidage est typiquement en acier. Elle présente par exemple une épaisseur inférieure à 1 .5 mm, de sorte à limiter l'inertie thermique du système.
En variante, la paroi de guidage 57, considérée en section perpendiculairement à l'axe central, n'est pas à contour fermé. Elle est ouverte d'un côté, typiquement d'un côté opposé à la zone d'entrée 31 par rapport à l'axe central C.
Comme visible sur la figure 2 et sur la figure 3, le dispositif de récupération de chaleur 1 comporte un cadre 65 disposé dans la section de coupure. Ce cadre 65 définit une portée d'étanchéité 67 (figure 4) contre laquelle le clapet 15 est en appui en position d'échange de chaleur.
Le cadre 65 constitue une singularité géométrique susceptible de gêner l'écoulement des gaz d'échappement quand le clapet 15 est en position de court-circuit. Plus précisément, en l'absence de la paroi de guidage 57, le cadre 65 va générer au sein de l'écoulement de gaz d'échappement des recirculations, qui sont responsables en partie des pertes parasites en plus d'une augmentation de la contre pression. Ces recirculations entraînent une partie des gaz d'échappement jusqu'à la zone d'entrée 31 puis à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 5.
Le dispositif peut comporter d'autres obstacles, dans la section de coupure ou en tout point situé entre la zone d'entrée 31 et la zone de sortie 33, par exemple l'axe 17 du clapet ou d'autres pièces ou reliefs formés dans le corps de vanne 7.
Selon un aspect particulièrement avantageux de l'invention, une partie d'extrémité aval 69 de la paroi de guidage 57 est agencée pour dévier les gaz d'échappement à l'écart du ou des obstacles. Ainsi, le flux de gaz d'échappement ne forme plus de recirculation contribuant à diriger une partie des gaz d'échappement vers la zone d'entrée.
Dans l'exemple représenté, le cadre 65 présente un bord interne 71 , délimitant une ouverture centrale 73 pour le passage des gaz d'échappement. La portée d'étanchéité 67 entoure l'ouverture centrale 73.
La partie d'extrémité aval 69 de la paroi de guidage 57 est raccordée, de préférence de manière étanche, au bord interne 71 .
Typiquement, la partie d'extrémité aval 69 est raccordée au bord interne sur toute la périphérie de l'ouverture 73.
Typiquement, la partie d'extrémité aval 69 se termine par un bord aval 74 qui est placé contre le bord périphérique 71 et est soudé à celui-ci.
Quand la paroi de guidage 57 n'est pas à contour fermé, la partie d'extrémité aval 69 n'est raccordée qu'à une portion du bord interne 71 , typiquement la portion tournée vers la zone d'entrée 31 .
En variante, il existe un jeu entre la paroi de guidage 57 et le cadre 65, plus précisément entre la partie d'extrémité aval 69 et le bord interne 71 de cadre.
Dans l'exemple représenté sur la figure 3, la paroi de guidage 57 est délimitée vers l'amont par un bord amont 75, raccordé de manière étanche à une surface interne du chemin de passage direct 13.
Ainsi, les gaz d'échappement ne s'infiltrent pas entre la paroi de guidage 57 et le corps de vanne 7, et ne circulent pas ainsi jusqu'à la zone d'entrée 31 .
Le bord amont 75 délimite typiquement l'ouverture amont 61 du conduit. Par ailleurs, l'ouverture aval 63 coïncide dans l'exemple représenté avec l'ouverture centrale
73 du cadre.
Typiquement, le bord amont 75 est à contour fermé, et est raccordé à la surface interne du chemin de passage direct 13 sur toute la périphérie de celui-ci. Il est placé par exemple en coïncidence avec l'entrée de gaz d'échappement 9, ou décalé légèrement vers l'intérieur du chemin de passage par rapport à l'entrée 9. Par exemple, il est soudé sur le corps de vanne 7 de manière étanche.
Comme visible sur les figures 3 et 4, la paroi de guidage 57 est séparée du corps de vanne 7 par une lame de gaz 77, au moins au droit de la zone d'entrée 31 . En d'autres termes, il existe une couche de gaz entre la paroi de guidage 57 et le corps de vanne 7. De préférence, la lame de gaz 77 s'étend sur toute la périphérie de la paroi de guidage 57, quand la paroi de guidage est un tube. La lame de gaz présente typiquement une épaisseur supérieure ou égale à 2 mm. Ceci a pour avantage de réduire les transferts thermiques depuis les gaz d'échappement jusqu'au corps de vanne 7.
Ceci est particulièrement avantageux dans la configuration de l'échangeur de chaleur 5 représentée sur les figures 2 et 3, à savoir quand celui-ci est plaqué contre la paroi 79 du corps de vanne. La zone d'entrée 31 et la zone de sortie 33 sont des zones de la paroi 79.
Par exemple, l'enveloppe 51 présente une ouverture, cette ouverture étant fermée par la paroi 79. Les extrémités opposées des tubes 43 traversent l'ouverture.
Dans ce cas, le fait de réduire les transferts thermiques des gaz d'échappement vers la paroi 79 contribue à limiter de manière très efficace les pertes parasites, notamment car le fluide caloporteur est en contact avec la paroi 79.
L'invention est particulièrement avantageuse quand le clapet porte un joint en tricot métallique 81 , venant en appui contre le corps de vanne 7 en position de court- circuit. Le joint 81 porte contre une portée d'étanchéité ménagée sur le corps de vanne 7, autour de la zone de sortie 33. Le joint 81 permet d'amortir les vibrations engendrées dans le clapet 15 par la circulation des gaz d'échappement. Ces vibrations ne sont que pas ou peu transférées au corps de vanne 7. Ceci contribue notamment à réduire le bruit généré par le dispositif de récupération de chaleur 1 .
Par ailleurs, le joint 81 en tricot métallique assure une étanchéité entre le clapet 15 et le corps de vanne 7. Cette étanchéité toutefois n'est pas parfaite, ce qui contribue à la circulation des gaz d'échappement à travers l'échangeur de chaleur en position de court- circuit du clapet, en l'absence de la paroi de guidage 57.
En présence de la paroi de guidage 57, en position de court-circuit du clapet 15, le chemin de passage direct 13 est à une première pression au niveau de la zone de sortie 33 du corps de vanne. La lame de gaz 77 est à une seconde pression inférieure à la première pression. Ainsi, on observe de manière surprenante une circulation des gaz d'échappement non pas depuis la lame de gaz 77 jusqu'à la zone de sortie 33 puis la sortie 1 1 , mais inversement depuis la zone de sortie 33 jusqu'à la lame de gaz 77 à travers l'échangeur de chaleur, et plus précisément, à travers le passage de circulation 39. Cette circulation, en masse, est très inférieure à la circulation intervenant en sens inverse en l'absence de paroi de guidage 57. Elle est par exemple 4 fois plus faible que la circulation en sens inverse en l'absence de paroi 57.
En variante, le dispositif comporte un organe d'étanchéité entre le clapet et le corps de vanne qui est différent d'un joint en tricot métallique. Cet organe est de tout type adapté. Quel que soit le niveau d'étanchéité procuré par l'organe d'étanchéité, l'existence d'une différence de pression entre la lame de gaz 77 et la zone de sortie 33 contribue à empêcher la circulation de gaz d'échappement le long du passage de circulation 39 de l'échangeur de chaleur 5, depuis la zone d'entrée 31 jusqu'à la zone de sortie 33.
II est à noter que le chemin de passage direct 13 offre, le long de la paroi de guidage 57, une première section de passage pour les gaz d'échappement. Le chemin de passage 13, le long de la zone de sortie 33, offre une seconde section de passage pour les gaz d'échappement, supérieure à la première section de passage.
De ce fait, la vitesse d'écoulement des gaz d'échappement est plus grande le long de la paroi de guidage 57 que le long de la zone de sortie 33, ce qui contribue à créer une surpression au niveau de la sortie 1 1 .
Dans l'exemple représenté, la première section de passage est délimitée par la paroi de guidage 57, qui a une forme tubulaire à section fermée. Quand la paroi de guidage 57 n'est pas à section fermée, la première section de passage est délimitée entre la paroi de guidage 57 et le corps de vanne 7.
Il est à noter également que, notamment quand le dispositif comporte un obstacle dans la section de coupure, la paroi de guidage permet de réduire les pertes de charge pour les gaz d'échappement circulant le long du chemin de passage direct.
Le nombre et la surface des orifices 59 sont choisis pour que la paroi de guidage 57 n'ait qu'un faible impact sur le fonctionnement de l'échangeur de chaleur quand le clapet est en position d'échange de chaleur. En pratique, les orifices 59 sont rassemblés dans la zone de la paroi de guidage située au droit de la zone d'entrée 31 . En variante, il existe d'autres orifices 59, dans d'autres zones de la paroi de guidage 57.
La paroi de guidage 57 n'augmente pas les pertes de charge pour les gaz d'échappement de manière significative, en position d'échange de chaleur du clapet 15.
Par ailleurs, du fait qu'il existe une lame de gaz entre la paroi de guidage et le corps de vanne 7, ce corps de vanne est isolé thermiquement des gaz d'échappement par la lame de gaz. Le corps de vanne présente donc au niveau de la paroi de guidage une température inférieure à la température en l'absence de paroi de guidage et de lame de gaz. De ce fait, les contraintes thermomécaniques dans le corps de vanne sont plus faibles. Le corps de vanne 7 subit donc des déformations plus faibles, et les fixations des deux demi-coquilles 25, 27 l'une à l'autre sont moins sollicitées.
Du fait que toutes les pièces du dispositif de récupération de chaleur du côté de l'entrée 9 sont moins sollicitées d'un point de vue thermomécanique, il est possible de réduire l'épaisseur des matériaux, et donc de réduire l'inertie thermique du dispositif. Par ailleurs, du fait que les pertes parasites sont réduites en présence de la paroi de guidage, l'étanchéité entre le clapet en position de court-circuit et le corps de vanne est moins critique. Il devient possible d'utiliser comme joint d'étanchéité un matériau moins coûteux, procurant un niveau d'étanchéité moins élevé.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Dispositif (1 ) de récupération de chaleur pour ligne d'échappement, le dispositif comprenant :
- un corps de vanne (7) présentant au moins une entrée (9) de gaz d'échappement et au moins une sortie (1 1 ) de gaz d'échappement, le corps de vanne (7) définissant intérieurement un chemin de passage direct (13) pour les gaz d'échappement depuis l'entrée (9) jusqu'à la sortie (1 1 ) ;
- un échangeur de chaleur (5) entre les gaz d'échappement et un fluide caloporteur, comportant un passage (39) de circulation des gaz d'échappement et un passage (41 ) de circulation du fluide caloporteur, le passage (39) de circulation des gaz d'échappement ayant des extrémités amont et aval débouchant respectivement dans des zones d'entrée et de sortie (31 , 33) du corps de vanne (7), situées respectivement relativement plus proche de l'entrée (9) et relativement plus proche de la sortie (1 1 ) le long du chemin de passage direct (13) ;
- un clapet (15) disposé dans le corps de vanne (7), mobile par rapport au corps de vanne (7) au moins entre une position d'échange de chaleur dans laquelle le clapet (15) obture une section de coupure du chemin de passage direct (13) et force ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée (9) vers la sortie (1 1 ) à travers l'échangeur de chaleur (5) le long du passage (39) de circulation des gaz d'échappement, et une position de court-circuit dans laquelle le clapet (15) dégage ladite section de coupure du chemin de passage direct (13) et obture la zone de sortie (33), le clapet (15) forçant ainsi la circulation des gaz d'échappement depuis l'entrée (9) vers la sortie (1 1 ) le long du chemin de passage direct (13), la section de coupure étant située entre la zone d'entrée (31 ) et la zone de sortie (33) le long du chemin de passage direct (13) ;
caractérisé en ce que le dispositif de récupération de chaleur (1 ) comprend une paroi de guidage (57) disposée dans le chemin de passage direct (13) au droit de la zone d'entrée (31 ), agencée pour guider les gaz d'échappement depuis l'entrée vers la section de coupure à l'écart de la zone d'entrée (31 ) quand le clapet (15) est en position de court-circuit, et délimitant au moins un orifice (59) pour laisser passer les gaz d'échappement jusqu'à la zone d'entrée (31 ) quand le clapet (15) est en position d'échange de chaleur.
2. - Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la paroi de guidage (57) est un tube, délimitant intérieurement un conduit (60) pour les gaz d'échappement, le conduit (60) s'étendant depuis une ouverture amont (61 ) située en amont de la zone d'entrée (31 ) jusqu'à une ouverture aval (63) située en aval de la zone d'entrée (31 ).
3. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le dispositif comprend dans la section de coupure au moins un obstacle susceptible de gêner l'écoulement des gaz d'échappement, une partie d'extrémité aval (69) de la paroi de guidage (57) étant agencée pour dévier les gaz d'échappement à l'écart dudit obstacle.
4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'obstacle comprend un cadre (65) définissant une portée d'étanchéité (67) pour le clapet (15) en position d'échange de chaleur.
5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le cadre (65) présente un bord interne (71 ) délimitant une ouverture centrale (73) pour le passage des gaz d'échappement, la partie d'extrémité aval (69) de la paroi de guidage (57) étant raccordée au bord interne (71 ).
6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi de guidage (57) est délimitée vers l'amont par un bord amont (75) raccordé de manière étanche à une surface interne du chemin de passage direct (13).
7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la paroi de guidage (57) est séparée du corps de vanne par une lame de gaz (77), au moins au droit de la zone d'entrée (31 ), le chemin de passage direct (13) étant à une première pression au niveau de la zone de sortie (33) quand le clapet (15) est en position de court-circuit, la lame de gaz (77) étant à une seconde pression inférieure à la première pression quand le clapet (15) est en position de court-circuit.
8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (5) comporte une enveloppe (51 ) délimitant intérieurement le passage (41 ) de circulation du fluide caloporteur et plaquée contre le corps de vanne (7), l'enveloppe (51 ) présentant au moins une ouverture fermée par une paroi (79) du corps de vanne (7) dans laquelle est ménagée la zone d'entrée (31 ).
9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le clapet (15) porte un joint (81 ) venant porter contre le corps de vanne (7) en position de court-circuit, ce joint (81 ) étant en un tricot métallique.
10. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le chemin de passage direct (13) offre, le long de la paroi de guidage (57), une première section de passage pour les gaz d'échappement, le chemin de passage (13) offrant, le long de la zone de sortie (33), une seconde section de passage pour les gaz d'échappement, supérieure à la première section de passage.
1 1 .- Ligne d'échappement de véhicule, comprenant un dispositif de récupération (1 ) de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes.
PCT/EP2015/081410 2014-12-31 2015-12-30 Dispositif de récupération de chaleur et ligne d'échappement équipée d'un tel dispositif WO2016107899A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112015005850.8T DE112015005850T5 (de) 2014-12-31 2015-12-30 Wärmerückgewinnungsvorrichtung und mit einer solchen Vorrichtung ausgestattete Abgasleitung
KR1020177018150A KR101974764B1 (ko) 2014-12-31 2015-12-30 열회수 장치 및 그 장치가 장착된 배기 라인
US15/540,345 US10337382B2 (en) 2014-12-31 2015-12-30 Heat recovery device and exhaust line fitted with such device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1463481A FR3031140B1 (fr) 2014-12-31 2014-12-31 Dispositif de recuperation de chaleur et ligne d'echappement equipee d'un tel dispositif
FR1463481 2014-12-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016107899A1 true WO2016107899A1 (fr) 2016-07-07

Family

ID=52779835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/081410 WO2016107899A1 (fr) 2014-12-31 2015-12-30 Dispositif de récupération de chaleur et ligne d'échappement équipée d'un tel dispositif

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10337382B2 (fr)
KR (1) KR101974764B1 (fr)
DE (1) DE112015005850T5 (fr)
FR (1) FR3031140B1 (fr)
WO (1) WO2016107899A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108223085A (zh) * 2016-12-09 2018-06-29 佛吉亚排气系统有限公司 具有改进的密封性的排气热回收装置

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3462003A1 (fr) * 2017-09-29 2019-04-03 Borgwarner Emissions Systems Spain, S.L.U. Système de récupération de chaleur
JP6626531B2 (ja) * 2018-05-22 2019-12-25 マレリ株式会社 排熱回収装置
JP6783836B2 (ja) * 2018-09-19 2020-11-11 株式会社前川製作所 プレート重合体及び熱交換器
US11041459B2 (en) * 2018-12-07 2021-06-22 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust gas heat recovery system
US11022069B2 (en) * 2018-12-07 2021-06-01 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust gas heat recovery system
US11333255B2 (en) 2018-12-07 2022-05-17 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Valve assembly
US11208934B2 (en) 2019-02-25 2021-12-28 Cummins Emission Solutions Inc. Systems and methods for mixing exhaust gas and reductant
DE102019116156A1 (de) * 2019-06-13 2020-12-17 Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh Ventil, Abgasstrang für einen Verbrennungsmotor sowie Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor
US10961923B2 (en) 2019-07-26 2021-03-30 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Externally mounted in-line exhaust gas valve
US11274581B2 (en) 2019-07-26 2022-03-15 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Externally mounted in-line exhaust gas valve
US11371402B2 (en) 2019-07-26 2022-06-28 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Externally mounted in-line exhaust gas valve
DE102020105563A1 (de) * 2020-03-02 2021-09-02 Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh Abgasvorrichtung und Fahrzeug

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110131961A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 Hyundai Motor Company Exhaust heat recovery device
US20120144814A1 (en) * 2010-12-09 2012-06-14 Hyundai Motor Company Exhaust heat recovery apparatus for vehicle
FR2989998A1 (fr) * 2012-04-26 2013-11-01 Faurecia Sys Echappement Dispositif de recuperation de chaleur pour ligne d'echappement
DE102012104396A1 (de) * 2012-05-22 2013-11-28 Tenneco Gmbh Kraftfahrzeugschalldämpfer
EP2762695A1 (fr) * 2013-01-30 2014-08-06 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Échangeur de chaleur d'un moteur à combustion interne
EP2803843A1 (fr) * 2013-05-14 2014-11-19 Scambia Holdings Cyprus Limited Unité pour récupérer l'énergie thermique de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009030569A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Futaba Industrial Co Ltd 排気熱回収装置
US8424296B2 (en) * 2010-06-11 2013-04-23 Dana Canada Corporation Annular heat exchanger
FR2966873B1 (fr) 2010-10-27 2012-12-21 Faurecia Sys Echappement Dispositif de recuperation de chaleur pour ligne d'echappement
EP2772620A1 (fr) * 2013-03-01 2014-09-03 Borgwarner Inc. Dispositif de récupération de chaleur
US20140251579A1 (en) * 2013-03-05 2014-09-11 Wescast Industries, Inc. Heat recovery system and heat exchanger
JP6167998B2 (ja) * 2014-06-05 2017-07-26 トヨタ自動車株式会社 排気熱回収装置
DE102014110616A1 (de) * 2014-07-28 2016-01-28 Tenneco Gmbh Ventilgehäuse mit Ventilklappe

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110131961A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 Hyundai Motor Company Exhaust heat recovery device
US20120144814A1 (en) * 2010-12-09 2012-06-14 Hyundai Motor Company Exhaust heat recovery apparatus for vehicle
FR2989998A1 (fr) * 2012-04-26 2013-11-01 Faurecia Sys Echappement Dispositif de recuperation de chaleur pour ligne d'echappement
DE102012104396A1 (de) * 2012-05-22 2013-11-28 Tenneco Gmbh Kraftfahrzeugschalldämpfer
EP2762695A1 (fr) * 2013-01-30 2014-08-06 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Échangeur de chaleur d'un moteur à combustion interne
EP2803843A1 (fr) * 2013-05-14 2014-11-19 Scambia Holdings Cyprus Limited Unité pour récupérer l'énergie thermique de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108223085A (zh) * 2016-12-09 2018-06-29 佛吉亚排气系统有限公司 具有改进的密封性的排气热回收装置
US10557394B2 (en) 2016-12-09 2020-02-11 Faurecia Systemes D'echappement Exhaust heat recovery device having an improved tightness
CN108223085B (zh) * 2016-12-09 2021-08-10 佛吉亚排气系统有限公司 具有改进的密封性的排气热回收装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170088993A (ko) 2017-08-02
DE112015005850T5 (de) 2017-09-14
FR3031140B1 (fr) 2019-06-21
US10337382B2 (en) 2019-07-02
US20180003097A1 (en) 2018-01-04
KR101974764B1 (ko) 2019-05-02
FR3031140A1 (fr) 2016-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3031140B1 (fr) Dispositif de recuperation de chaleur et ligne d'echappement equipee d'un tel dispositif
WO2012056179A2 (fr) Dispositif de récupération de chaleur pour ligne d'échappement
EP2588780A1 (fr) Vanne de circulation de fluide
EP3743667B1 (fr) Plaque pour échangeur de chaleur et échangeur de chaleur comprenant une telle plaque
EP3551859B1 (fr) Dispositif de récupération de chaleur à l'échappement à étanchéité améliorée
FR2989998A1 (fr) Dispositif de recuperation de chaleur pour ligne d'echappement
EP3077231B1 (fr) Installation pour véhicule automobile
EP2856059B1 (fr) Echangeur de chaleur a collecteur renforce
WO2008053090A1 (fr) Échangeur thermique comportant un corps extrudé
EP2084388B1 (fr) Ensemble de vanne egr-by pass et dispositif d'échange thermique équipé d'un tel ensemble de vanne
WO2018189429A1 (fr) Vanne et ligne d'échappement comprenant une telle vanne
WO2018078259A1 (fr) Module de face avant pour vehicule automobile
FR2910120A1 (fr) Boite a eau pour echangeur de chaleur et echangeur de chaleur comportant une telle boite a eau
WO2008053093A1 (fr) Vanne de régulation reliée à un échangeur par un pont thermique et dispositif d'échange thermique correspondant
EP2877762B1 (fr) Vanne de controle moteur a fonctionnement ameliore
FR2907886A1 (fr) Echangeur thermique a canal central pour fluide caloporteur.
FR3074220A1 (fr) Silencieux d’echappement
EP3714668A1 (fr) Dispositif d'évacuation de la chaleur émise par un boîtier électronique
EP3999732B1 (fr) Répartiteur d'admission en matière plastique avec un chemisage intérieur au moins partiel
EP2901049B1 (fr) Vanne de contrôle moteur à étanchéité améliorée
WO2016092217A1 (fr) Vanne notamment agencée pour un moteur à combustion
WO2017187047A1 (fr) Collecteur et dispositif de refroidissement associe
FR3121176A1 (fr) Module de refroidissement pour véhicule automobile électrique ou hybride
FR3094401A1 (fr) Système modulaire pour dispositifs de récupération de chaleur de gaz d'échappement, adaptateur tubulaire pour système modulaire, et véhicule
EP3655639A1 (fr) Culasse pour moteur thermique equipee d'un conduit d'evacuation

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15817919

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15540345

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20177018150

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112015005850

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15817919

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1