Brevet FR2393691A1 — publié le 19790105

L'invention, due à la-collaboration de Monsieur Jean BEAUJARD, est relative à des perfectionnements apportés aux- échangeurs thermiques du genre de ceux qui sont destinés à assurer le chauffage de l'air pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile à partir de la tubulure d'échappement du groupe moto-propulseur à combustion, et qui comportent un corps radiant d'échangeur composé de deux éléments réunis suivant un plan de joint et définissant un canal intérieur à travers lequel passent les gaz d'échappement, l'air à réchauffer circulant à l'extérieur de ce corps radiant. L'invention a pour but, surtout, de rendre ces échangeurs thermiques tels qu'ils répondent mieux que qu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment tels qu'ils permettent, pratiquement, de supprimer tout risque d'infiltration nocive des- gaz d'échappement dans l'air destiné à la climatisation de l'habitacle l'invention a également pour but d'améliorer la robustesse de ces échangeurs ainsi que les possibilités de contrôle des zones critiques de ces échangeurs Un autre but de l'invention est de simplifier la fabrication et l'assemblage de l'échangeur thermique tout en satisfaisant aux exigences de compacité en vue de permettre un logement et une mise en place simples de cet échangeur thermique. Selon l'invention, un échangeur thermique du genre défini précédemment est caractérisé par le fait que chaque élément du corps radiant est recouvert, dans une région éloignée du plan de joint, par une enveloppe de telle sorte que deux chambres distinctes soient formées, chambres dans lesquelles circulera l'air à réchauffer pour la climatisation, et que le plan de joint entre les deux éléments du corps radiant est situé à l'air libre et à l'extérieur des4eux chambres. Avantageusement, chaque élément du corps radiant est limité, extérieurement, par deux parois longitudinales, sensiblement parallèles entre elles et perpendiculaires au plan de joint et par une région de raccordement entre ces deux parois longitudinales, éloignée du plan de joint, et l'enveloppe associée à l'élément de corps radiant entoure cette région, tout en laissant à l'air libre les susdites parois longitudinales. De-préférence, le corps radiant est muni d'ailettes externes et internes, notamment opposées, parallèles entre elles et perpendiculaires au plan de joint. Plusieurs plans ou zones de fixation sont prévus pour l'assemblage des différentes parties constituant l'échangeur thermique notamment un plan médian de fixation pour la réunion des éléments du corps radiant, et deux autres plans de fixation distincts, écartés de part et d'autre du plan médian pour la fixation des enveloppes sur chaque élément de corps radiant. Selon un mode de réalisation avantageux, la fixation dans les différents plans est obtenue grâce à un rebord périphérique prévu sur chaque paroi longitudinale des éléments du corps radiant ; ce rebord suit un trajet sinueux et passe alternativement d'un bord de la paroi longitudinale, correspondant au plan médian,à l'autre-bord de cette paroi, correspondant à un des deux plans éloignés du plan médian, pour la fixation de l'enveloppe associée à l'élément de corps radiant ; ce rebord fait sai-llie sur les parois longitudinales perpendicu lairement à ces parois et comporte des trous pour la réalisation des diverses fixations. Le corps radiant peut avoir une forme à directrice curviligne déterminée de manière à assurer le logement de l'échangeur thermique avec une exploitation maximale de l'espace disponible. Invention concerne également un véhicule automobile équipé d'un tel échangeur thermique, L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode particulier de réalisation décrit avec référence aux dessins ci-annexés, -mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1, de ces dessins, est une vue schématique en élévation, d'un échangeur thermique selon l'invention. La figure 2 est une vue à plus grande échelle, avec parties non représentées d'une extrémité de l'échangeur thermique. La figure 34est une coupe transversale de cet échangeur thermique. La figure 4, est une vue simplifiée suivant IV-IV, Fig. 1. La figure 5, enfin, est une vue éclatée, en perspective, avec parties enlevées, d'une extrémité de l'échan- geur et.de la tubulure de raccordement. En se reportant aux dessins, on peut voir un échangeur thermique 1 destiné à assurer le chauffage de l'air pour la climatisation de l'habitacle (non montré) d'un véhicule automobile, à partir de la tubulure d'échappement 2 (figure 1) du groupe moto-propulseur à combustion interne. Cet échangeur 1 comporte un corps radiant C (figure 3), composé de deux éléments 3a, 3b, réunis suivant un plant de joint P (figures 2 et 3). Ces éléments 3a, 3b, définissent un canal intérieur 4 (figure 3), raccordé à la tubulure d'échappement 2, dans lequel passent les gaz chauds d'échappement. L'air à réchauffer, destiné à la climatisation de l'habitacle du véhicule, circule à ltextérieur du corps radiant C, de telle sorte qu'un échange de chaleur à travers la paroi du corps C ait lieu entre les gaz chauds circulant dans le canal 4 et l'air de climatisation. Chaque élément 3a, 3b, est recouvert dans une région Das Db, éloignée du plan due joint P par une enveloppe Sa, 5b, de telle sorte que deux chambres distinctes 6a, 6b, sont formées, chambres dans lesquelles circule l'air à réchauffer le plan de joint P des deux éléments 3a, 3b, est situé à l'air libre et à l'extérieur des chambres 6a, 6b. Chaque éliment du corps radiant est muni d'ailettes externes 7a, 7b et internes 8a, 8b, opposées, parallèles entre elles et perpendiculaires au plan de joint. L'agencement des'éléments 3a, 3b, permet leur réalisation par moulage ; le démoulage de chaque élément est réalisé facilement grâce à la disposition particulière des ailettes. Chaque élément, après moulage ne doit subir qu'une reprise d'usinage limitée aux zones des éléments définissant le plan de joint P. Comme visible d'après la figure 3, l'étanchéité dans le plan de joint P des éléments 3a, 3b est obtenue par la coopération de nervures 9; 10, et de rainures 11, 12, prévues respectivement dans chaque élément. Par exemple, les nervures 9 et 10 sont prévues sur l'élément 3a, tandis que les rainures 11, 12, sont prévues dans l'élément 3b. Les sections transversales des nervures et des rainures ont la forme de trapèzes isocèles ; les faces inclinées des nervures 9 et 10 sont propres à venir en contact avec les faces inclinées des rainures alors qu'un jeu subsiste entre le sommet de la nervure et le fond de la rainure, comme visible sur la figure 3. Le serrage des éléments 3a, 3b, l'un contre l'autre assure une étanchéité suffisante au niveau du contact des surfaces inclinées. I1 est à noter- que l'expression utilisée dans la description et les revendications plan de joint P" désigne la zone dans laquelle s'établit la jonction étanche entre ltélément 3a, 3b ; l'expression "plan de joint" doit donc être interprétée dans un sens général, le plan P étant le plan moyen de la zone de jonction. tes deux éléments 3a, 3b, peuvent être symétriques par rapport au plan de joint P, abstraction faite des nervures 9, 10, et des rainures 11, 12. Une grande liberté de choix est offerte pour la forme de la directrice 13 (fig. 1), c'est-à-dire de la courbe qui constitue le lieu du centre de la section intérieure 4 (fig. 3). Comme visible sur la figure 1, la directrice 13 a une forme curviligne qui permet d'envelopper au plus près le profil d'un groupe moteur M, schématiquement représenté, en contournant un arbre de transmission 14, orienté transversalement par rapport au véhicule. L'échangeur 1 est raccordé à une tubulure 15 d'évacuation des gaz de combustion, en passant au plus près de la paroi 16 d'habitacle. D'une manière générale, les possibilités de variantes géométriques de' la forme des éléments 3a, 3b, facilitent le respect de la compacité volumétrique fréquemment exigée par ltexiguité des emplacements disponibles aux alentours immédiats des groupes moto-propulseurs et de leurs équipements. Elles permettent de retenir les formes les mieux adaptées à chaque problème particulier. Chaque élément 3a, 3b est limité, extérieurement, par deux parois longitudinales 17a, isba, et 1.7b, 18b sensiblement parallèles entre elles, et perpendiculaires au plan P. Ces parois longitudinales sont reliées par une région de raccordement constituant la région Da, Db, éloignée du plan P. Il est à noter que par région Da Db, on désigne, en fait, la surface enveloppe des extrémités extérieures des ailettes externes 7a, 7b. Les enveloppes ou couvercles 5a, 5b, notamment réalisés en tôle emboutie, sont disposés de manière à laisser à l'air libre les parois longitudinales 17a 18b. L'assemblage des différentes parties constituant l'échangeur thermique 1 est réalisé dans plusieurs plans ou niveaux de fixation P, P et P a b (fig 3). Un plan médian de fixation correspondant au plan de joint P est prévu pour la réunion des éléments 3a, 3b ; deux autres plans Pa, Pb, parallèles au plan P, mais écartés de part et d'autre de ce plan médian, sont prévus pour la fixation des enveloppes Sa, 5b, sur les éléments correspondants La fixation dans ces différents plans est avantageusement obtenue grâce à un rebord périphérique 19a, 20a, 19b, 20b, prévu sur chaque paroi longitudinale des éléments 3a, 3b ce rebord suit un trajet sinueux bien visible sur la figure 2 en passant alternativement du voisinage du plan P à un plan a ou Les rebords i9a00000020b, forment des surfaces sensiblement orthogonales aux parois longitudinales 17a . 18b. Chaque rebord comporte des parties da, db et ea, eb (fig. 2 et 5) parallèles au plan P ; les parties daS db, sont voisines de ce plan P tandis que les parties ea, eb sont tangentes aux plans PaX Pb. b Ces parties sont reliées entre elles par des parties i inclinées sur les plans de fixation, de telle sorte que le contour général des rebords périphériques a l'aspect d'une sinusoïde dont les sommets incurvés sont écrêtés par des segments de droite, Les parties da, db, ea, eb, comportent des trous 21se227 pour le passage d'organes de fixation tels que des rivets 23.La réunion des éléments 3a, 3b, est assurée par les rivets traversant les trous 21 prévus dans les par ties da, du ; la fixation de l'enveloppe 5a est assurée par des rivets traversant les trous 22, prévus dans les -parties ea. La fixation de l'enveloppe 5b est réalisée d'une manière semblable. Ce mode d'assemblage et de fixation permet d'éviter une localisation d'efforts dont la concentration serait génératrice de déformations néfastes à lSétanchéité et à la longévité du dispositif. Les rebords l9a.... 20b confèrent à l'ensemble une importante rigidité. Non seulement le plan de joint médian se trouve à l'air libre, mais également les parois longitudinales 17a.... 18b ou flancs du corps d'échangeur, de telle sorte que les contrôles visuels de ce corps d'échangeur et, éventuellement, les tests de vieillissement et de porosité peuvent être effectués facilement sans avoir à démonter les enveloppes 5a, 5b. Comme visible sur les figures 1, 2 et 5, chaque extrémité des éléments 3a, 3b comporte une partie telle que 24a, 24b (fig. 2) faisant saillie hors des enveloppes Sa, Sb. Cette partie est munie à sa périphérie d'un bourrelet 25e, 25b semi-annulaire formé-par deux troncs de cône de révolution dont les grandes bases sont tournées l'une vers l'autre et sont reliées par une partie cylindrique ; lorsque les deux éléments 3a, 3b, sont réunis suivant. le plan de joint P, les deux bourrelets 25e, 25b, de forme semi-annulaire, permettent de réaliser un bourrelet complet de révolution destiné à être serré par un collier 26 pour raccordement à la tubulure d'échappement 2 du moteur (fig. 1) ou à la tubulure d'évacuation 15. Les chambres 6a, 6b, sont reliées à une extrémité, par exemple l'extrémité supérieure sur la figure 1, à une tubulure d'admission d'air 27 à réchauffer, délivré par une soufflante 28.L'autre extrémité des chambres est reliée à une tubulure d'évacuation 29 par laquelle 11 air chaud est dirigé vers une boite de distribution 30. Cette boite de distribution est agencée pour doser le mélange d'air froid et d'air chaud, dirigé vers l'habitacle pour la climati-. sation, selon la demande de l'utilisateur. Le raccordement entre la tubulure d'admission d'air 27 et les chambres 6e, 6b, de l'échangeur thermique 1 sera expliqué avec référence aux figures 1, 4 et 5. Ces explications -concerneront également le raccordement de la tubulure d'évacuation 29 avec les chambres 6a, 6b. Il convient de noter que la figure 5 est une perspective partielle, destinée à mieux faire comprendre les explications et-qu'il n'y a pas lieu de chercher une corres pondance rigoureuse avec les autres figures. La tubulure 27 se compose d'un conduit unique raccordé à la sortie de la soufflante 28, lequel conduit se divise ensuite en deux branches 27a, 27b (voir notamment figure 5) formant un U, qui sont raccordées respectivement aux chambres 6a, 6b. Le plan moyen des deux branches 27a, 27b, est orthogonal au plan de joint P. Le raccordement entre chaque branche 27a, 27b, et la chambre correspondante 6a, 6b, est assuré par une tête d'alimentation telle que 31. Sur la figure 5, on a représenté -seulement la tête 31 associée à la partie 27e ; il est clair qu'une tête semblable- est prévue de l'autre côté du plan P pour assurer le raccordement entre la branche 27b et la chambre 6b. Chaque tête 31 comporte deux coquilles d'embout 33a, 34a, (voir notamment figures 1 et 5), qui sont réunies suivant un plan Q sensiblement orthogonal au plan de joint P et- au plan moyen des branches 27a, 27b. Chaque coquille comporte un bord tel que 35 (figure 5), parallèle au plan Q, destiné à coopérer avec le bord correspondant de l'autre coquille pour permettre l'assemblage, par des moyens de fixation appropriés (non représentés), des deux coquilles 33e, 34a. Chaque coquille comporte, dans sa partie destinée à se trouver au contact de l'élément 3a, 3b, un bord tel que 36 muni d'un ou plusieurs trous 37 pour la fixation sur l'élément 3e, 3b. Comme visible d'après la figure 5, les coquilles 33a, 34e, ont une dimension H, suivant une direction perpendiculaire au plan P, supérieure à la hauteur h, suivant cette même direction, des enveloppes telles que Sa. La zone de la face de la coquille tournée vers l'extrémité du couvercle Sa et destinée à se trouver à l'extérieur de la chambre 6a est fermée ; par contre, à sa partie inférieure, cette zone comporte une ouverture limitée par un rebord 38 propre à s'engager tangentiellement sous l'extrémité de l'enveloppe telle que 5a. La coquille 33e a essentiellement un rôle de fermeture de la tête d'alimentation 31, tandis que la coquille 34a comporte une ouverture de raccordement avec la branche 27e du conduit d'admission d'air. Le raccordement de l'autre extrémité de ltéchangeur thermique avec la tubulure 29 d'évacuation de l'air réchauffé s'effectue dans des conditions semblables. La tubulure 29 comporte deux branches, formant by-pass, chaque branche étant raccordée à une chambre 6a, 6b, par une tête d'évacuation 32'(Fig. 1) semblable à la tête 31. L'échangeur thermique conforme à l'invention permet de supprimer les risques accidentels d'infiltration nocive à l'intérieur des conduites de distribution d'air chaud vers l'habitacle, puisque le plan de joint P est situé à l'air libre et à l'extérieur des chambre 6a, Gb, dans lesquelles circule l'air de climatisation. En cas de fuite, les gaz de combustion sont évacués à l'atmosphère et ne sont pas dirigés vers l'habitacle. Le corps radiant est robuste. L'accès à l'échangeur thermique est assuré dans de bonnes conditions. Il existe, en permanence, une possibilité de contrôle visuel des zones critiques telles que plan de joint et parois latérales 17a...-.. 18b. On-peut satisfaire aux exigences de compacité imposées par les conditions de logement et de mise en place. Le rendement thermique de l'échangeur est élevé ce qui est intéressant du fait d'une source calorifique limitée et de surfaces d'échange réduites. La- fabrication et l'assemblage du corps de chauffe sont simplifiés ; la pose et la fixation des enveloppes 5a, 5b extérieures sont faciles à effectuer. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique destiné à assurer le chauffage de l'air pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile à partir de la tubulure d'échappement d'un groupe moto-propulseur à combustion, comportant un corps ràdiant d'échangeur composé de deux éléments réunis suivant un plan de joint , définissant un canal intérieur à travers lequel passent les gaz d'échappement, l'air à réchauffer circulant à l'extérieur de ce corps radiant, chaque élément du corps radiant étant recouvert, dans une région éloignée du plan de joint, par une enveloppe de telle sorte que deux chambres distinctes soient formées, chambres dans lesquelles circulera l'air réchauffé pour la climatisation, le plan de joint entre les deux éléments du corps radiant étant situé à l'air libre et à l''extérieur des deux chambres, plusieurs plans de fixation étant prévus pour l'assemblage des différentes parties consituant l'échangeur, notamment un plan de fixation pour la réunion des éléments du corps radiant, et deux autres plans de fixation distincts pour la fixation des enveloppes sur chaque élément de corps radiant, caractérisé par le fait que chaque élément de corps radiant comporte, sur ses parois longitudinales, un rebord périphérique qui suit un trajet sinueux et qui passe alternativement d'un bord de la paroi longitudinale correspondant au plan de fixation pour la réunion des éléments du corps radiant, à l'autre bord de cette paroi, les rebords ainsi prévus permettant d'assurer la fixation des diverses parties de l'échangeur dans les différents plans. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le plan de fixation des éléments du corps radiant entre eux forme un plan médian, tandis que les deux autres plans de fixation distincts des enveloppes sur chaque élément sont écartés de part et d'autre de ce plan médian. 3. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les rebords font saillie sur les parois longitudinales des éléments perpendiculairement à ces parois, et comportent des trous placés de manière à permettre la réalisation des diverses fixations. 4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque élément du corps radiant est limité, extérieurement, par deux parois longitudinales sensiblement paralleles entre elles et perpendiculaires au plan de joint et par une région de raccordement, entre deux parois longitudinales, éloignée du plan de joint, l'enveloppe associée à l'élément de corps radiant entourant la susdite région tout en laissant à l'air libre les susdites parois longitudinales. 5. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps radiant est muni d'ailettes externes et internes, notamment opposées, parallèles entre elles et perpendiculaires au plan de joint. 6. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps radiant a une forme à directrice curviligne déterminée de manière à assurer une exploitation maximale de l'espace disponible pour le logement de l'échangeur thermique. 7. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte, à une extrémité de chaque chambre, une tête pour l'admission d'air à réchauffer et, à l'autre extrémité, une tête pour l'évacuation de l'air réchauffé, chaque tête comprenant deux coquilles d'embout assurant, d'une part, la fermeture des chambres et, d'autre part, le raccordement de chaque chambre à l'une des deux branches d'un conduit d'admission ou d'évacuation, notamment relié à une boîte de distribution. 8. Véhicule automobile à moteur à combustion équipé d'un échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes.