Brevet FR2850452A1 — publié le 20040730

L'invention a trait à un échangeur de chaleur pour ligne d'échappement de véhicule automobile défini apte à réguler la température des gaz d'échappement destinés à entrer dans un dispositif, notamment de dépollution, de type catalyseur ou 5 autre, comportant un corps d'échanges présentant une ouverture d'entrée et une ouverture d'évacuation des gaz d'échappement, respectivement en amont et en aval du sens de circulation de ces gaz. Les échangeurs de chaleur sont à l'heure actuelle 10 implantés sur des véhicules automobiles pour modifier la température des gaz d'échappement issus du fonctionnement du moteur. Une de leurs principales fonctions est de conférer à ces gaz une température comprise à l'intérieur d'une plage 15 prédéfinie, favorisant un fonctionnement, à la fois optimum et conforme aux normes en vigueur en matière d'émission de particules et autres composés polluants dans l'atmosphère, de dispositifs de dépollution, tels que des catalyseurs Ainsi, les réactions chimiques, auxquelles les gaz 20 d'échappement sont soumises à l'intérieur de certains de ces catalyseurs, en vue de respecter ces normes, n'ont lieu de manière efficace, par exemple, qu'entre 2500C et 5000C. En particulier, lorsque la température des gaz d'échappement est inférieure à 2500C ou supérieure à 5000C, 25 l'on estime que le catalyseur n'est pas en mesure de jouer son rôle car son efficacité décroît, tandis qu'à une température supérieure à 8000C, on assiste à un vieillissement forcé et prématuré du catalyseur, aboutissant rapidement à un dysfonctionnement de ce dernier. L'on connaît aujourd'hui différents modèles d'échangeurs de chaleur destinés à être implantés sur les lignes d'échappement, en amont des dispositifs de dépollution tels que des catalyseurs. Le modèle le plus classique et le plus répandu 35 actuellement est l'échangeur de type tubulaire, constitué d'une pluralité de tubes métalliques assemblés en faisceau que traversent les gaz à refroidir, tandis que le fluide refroidissant, généralement l'air ambiant, circule autour de ces tubes. Ces derniers peuvent également être munis de chicanes 5 servant à augmenter les turbulences et la surface d'échanges pour améliorer l'efficacité de l'échangeur. Si les échangeurs tubulaires sont d'une efficacité tout à fait reconnue, ils présentent cependant un nombre élevé d'inconvénients, dus essentiellement à la complexité de leur 10 structure. En effet, cette dernière implique, non seulement, des investissements importants en terme d'outillage et de matériaux, mais également une grande précision au niveau de la fabrication, en particulier au niveau de l'assemblage des tubes 15 et de leur raccordement avec les cônes d'entrée et de sortie au niveau desquels doit persister une étanchéité parfaite. De plus, le nombre élevé de manipulations, notamment de soudures, nécessaires pour fabriquer un tel échangeur, implique un temps de fabrication élevé, lequel, encore une fois, se 20 répercute sur le prix final de ce dispositif. D'autre part, ces échangeurs tubulaires présentent encore l'inconvénient d'être lourds et de conformation difficilement adaptable à la diversité des environnements pouvant être rencontrés au niveau des lignes d'échappement de véhicules 25 automobiles. Afin d'éviter ces différentes contraintes, notamment de fabrication, on a donc essayé de développer des échangeurs parfaitement efficaces, bien que dotés d'une structure moins complexe que les échangeurs tubulaires connus. L'une des solutions proposées a ainsi consisté à baser la conformation des échangeurs de chaleur sur celles des silencieux, utilisés dans le domaine de l'automobile pour réduire le volume sonore issu du fonctionnement de certains éléments du moteur. Ceci a permis d'obtenir des échangeurs de type " silencieux ", composés d'une pluralité de coupelles métalliques emboîtées, et associées à des déflecteurs permettant d'orienter la trajectoire des gaz, en vue de les mettre au contact avec une surface d'échange maximum. Cependant, de tels échangeurs de type " silencieux ", 5 bien que d'un prix deux fois inférieur à celui des échangeurs de type tubulaires, sont encore jugés trop complexes et trop coteux par les constructeurs automobiles. La présente invention a par conséquent pour objet de proposer une nouvelle solution destinée à résoudre ces 10 problèmes. Son principal objectif consiste à proposer un échangeur de chaleur présentant une surface d'échange importante, tout en étant basé sur une structure simple, dans laquelle le nombre de pièces est réduit au maximum, en vue d'une simplification du 15 procédé de fabrication, tant au niveau des outils nécessaires, qu'au niveau du nombre de gestes à accomplir. A ce effet, la présente invention concerne un échangeur de chaleur pour ligne d'échappement de véhicule automobile défini apte à réguler la température des gaz d'échappement 20 destinés à entrer dans un dispositif, notamment de dépollution de type catalyseur ou autre, comportant un corps d'échange présentant une ouverture d'entrée et une ouverture d'évacuation des gaz d'échappement, respectivement en amont et en aval par rapport au sens de circulation de ces gaz, caractérisé par le 25 fait que le corps d'échange est constitué de deux demicoquilles assemblées par soudure, sertissage ou autre, qui, au travers d'une paroi de subdivision adaptée, délimitent intérieurement deux volumes distincts, un premier communiquant avec ladite ouverture d'entrée et un second avec l'ouverture 30 d'évacuation, à l'intérieur de ces volumes étant prévus des moyens de déflection pour dévier le flux des gaz d'échappement en direction des parois desdites demi-coquilles, ces gaz d'échappement passant du premier volume dans le second en traversant un tunnel de transfert s'étendant à l'intérieur 35 dudit corps d'échange dans une direction principalement à contre courant. Une telle conception répond parfaitement au but recherché par la présente invention, la structure de l'échangeur de chaleur n'étant basée que sur un nombre réduit de pièces métalliques permettant d'en simplifier notablement l'assemblage, tout en minimisant le poids du dispositif, et son prix final. Selon une première caractéristique du présent échangeur de chaleur, l'axe dudit tunnel de transfert définit un angle a aigu par rapport à l'axe principal de l'échangeur passant par 10 lesdites ouvertures d'entrée et d'évacuation, tandis que l'entrée dudit tunnel se situe en partie avale dudit corps d'échange, et que la sortie dudit tunnel se situe en partie amont dudit corps d'échange, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement. Cette particularité permet de définir une trajectoire des gaz au cours de laquelle ces derniers sont au contact d'une surface d'échanges très importante, sans pour autant multiplier les moyens pour y parvenir. Selon une caractéristique additionnelle, ledit premier 20 volume s'étend depuis l'ouverture d'entrée des gaz en partie amont dudit corps d'échange, jusqu'en partie aval à hauteur de l'entrée du tunnel de transfert, audessus d'un plan sensiblement médian dudit corps d'échange, tandis que le second volume s'étend au-dessous de ce plan depuis la sortie du tunnel 25 de transfert, en partie amont, jusqu'à l'ouverture d'évacuation des gaz en partie aval. Selon une autre caractéristique, le corps d'échange dudit échangeur de chaleur comporte un centre de symétrie et est conçu par assemblage de deux demi-coquilles identiques. Selon un mode de réalisation envisageable, ledit échangeur de chaleur se caractérise encore en ce que le tunnel de transfert est défini par un profilé tubulaire monté à l'intérieur du corps d'échanges entre les deux demi-coquilles. Selon une autre possibilité de réalisation, ledit 35 échangeur de chaleur peut également se caractériser en ce que lesdits moyens de déflection sont définis au niveau de chaque demi-coquille par au moins un déflecteur à même de concevoir, au moins en partie, le tunnel de transfert après assemblage desdites demi-coquilles. Selon un mode de réalisation préférentiel, ladite paroi 5 de subdivision est perforée et constitue, substantiellement, des moyens de maintien du tunnel de transfert défini par un profilé tubulaire ou conçu par des déflecteurs solidarisés de part et d'autre de cette paroi de subdivision. Par ailleurs, selon une forme de réalisation 10 préférentielle, ledit échangeur de chaleur se caractérise également en ce que lesdites ouvertures d'entrée des gaz et/ou d'évacuation des gaz communiquent avec des embouts de raccordement d'orientation définie. Ceci a pour effet de permettre avantageusement 15 l'implantation d'un échangeur de chaleur selon l'invention dans une ligne d'échappement quelle qu'en soit la configuration. D'autre part, le présent échangeur de chaleur peut également être traversé par un bipasse destiné à faire emprunter aux gaz d'échappement un trajet court-circuitant 20 l'échangeur. Selon une forme de réalisation préférentielle, ledit bipasse est défini par au moins un profilé tubulaire traversant le corps d'échanges en passant par le tunnel de transfert. Enfin, selon une autre caractéristique, l'échangeur de 25 chaleur selon la présente invention est traversé par au moins un canal d'air de refroidissement. L'invention et ses avantages seront à présent mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, se rapportant à des exemples de réalisation donnés à titre 30 indicatif et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée au vu des figures jointes en annexe dans lesquelles: - la figure 1 correspond à une représentation schématique d'une forme de réalisation d'un échangeur de 35 chaleur selon l'invention, vu de profil, - la figure 2 correspond à une vue en coupe selon A-A de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe selon B-B de la figure 2, - la figure 4 est une vue schématique d'éléments constitutifs d'un échangeur de chaleur selon l'invention. - la figure 5 correspond à une vue schématique en perspective d'éléments constitutifs d'une autre forme de réalisation d'un échangeur de chaleur selon la présente 10 invention, - la figure 6 correspond à une coupe de cette autre forme de réalisation d'un échangeur de chaleur correspondant à la figure 5. La présente invention concerne un nouvel échangeur de 15 chaleur destiné à être utilisé dans le domaine de l'industrie automobile, pour abaisser la température des gaz d'échappement émis par un moteur lors de son fonctionnement. Un tel échangeur de chaleur 1 est constitué classiquement d'un corps d'échange 10 muni d'une ouverture d'entrée 11 et 20 d'une ouverture d'évacuation 12 des gaz d'échappement, ces ouvertures étant placées de sorte à se trouver respectivement en amont et en aval, dans le sens de circulation desdits gaz. Tel que visible, notamment aux figures 1 et 6, le corps d'échange 10 présente, en outre, la spécificité d'être 25 constitué de deux demicoquilles 13, 14 définies par deux pièces, de préférence, mais non nécessairement, identiques, assemblées par exemple par soudure, sertissage ou toute autre technique similaire, au niveau d'un plan de jonction 15, de sorte à ce que chacune d'entre elles représente, selon le mode 30 de réalisation correspondant aux figures 1 à 4, l'image tête bêche de l'autre dans un miroir ou, tout simplement, le symétrique de l'autre comme cela est visible dans le mode de réalisation correspondant aux figures 5 et 6. En fait, dans le mode de réalisation des figures 1 à 4, 35 l'échangeur de chaleur 1 présente un point de symétrie situé à l'intersection entre l'axe principal X du corps d'échange 10 passant par les ouvertures d'entrée 11 et d'évacuation 12, et un axe Y perpendiculaire à l'axe X et passant par le centre dudit échangeur de chaleur 1. Grâce à une paroi de subdivision 23, les deux demicoquilles 13, 14 permettent de définir, à l'intérieur du corps d'échange 10, deux volumes 16, 17, visibles sur les figures 2, 3 et 6. Ces derniers communiquent, d'une part, respectivement 10 avec l'ouverture d'entrée 11 et l'ouverture d'évacuation 12 des gaz d'échappement et, d'autre part, l'un avec l'autre au travers d'un tunnel de transfert 18, à l'intérieur duquel les gaz d'échappement sont amenés à circuler, de préférence, à contre courant. En fait, la paroi de subdivision 23 empêche les gaz d'échappement de pénétrer directement du volume 16 dans le volume 17 sans avoir au préalable traversé le tunnel de transfert 18. Ainsi, ils sont contraints d'entrer en contact avec toutes les surfaces d'échanges offertes par le corps 20 d'échanges 10. En fait, le trajet particulier que les gaz d'échappement sont forcés à suivre est déterminé avantageusement au travers de moyens de déflection 18; 21, 22 qui viennent les dévier en direction des parois desdites demicoquilles 13, 14. Ces moyens de déflection peuvent être constitués, substantiellement, par la configuration particulière du tunnel de transfert 18, qui, au moins dans le mode de réalisation schématisé aux figures 1 à 4 forme un angle a aigu avec l'axe principal X du corps d'échanges 10, tandis que dans le mode de 30 réalisation des figures 5 et 6, cet angle a est nul. Ainsi, les gaz d'échappement traversent le corps d'échange 10 en pénétrant, d'abord via l'ouverture d'entrée 11, à l'intérieur du volume 16. Après avoir léché les parois de la demi-coquille 13, ils 35 entrent à l'intérieur du tunnel de transfert 18, au niveau d'une entrée 19 située dans la partie avale du corps d'échange 10, ce qui les oblige à circuler à contre courant, jusqu'à une sortie 20 située dans la partie amont de ce corps d'échange 10, o ils sont libérés au sein du volume 17, pour retrouver le sens de circulation d'origine et, après avoir léché les parois 5 de la demi-coquille 14, être évacués au niveau de l'ouverture d'évacuation 12. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'échangeur de chaleur 1, le volume 16 s'étend au-dessus d'un plan sensiblement médian du corps d'échange 10, sur toute la zone 10 comprise entre l'ouverture d'entrée 11 des gaz d'échappement et l'entrée 19 du tunnel de transfert 18, tandis que le volume 17 s'étend au-dessous de ce même plan, sur la zone comprise entre la sortie 20 du tunnel de transfert et l'ouverture d'évacuation 12 des gaz d'échappement. Par ailleurs, le tunnel de transfert 18 peut être conçu, selon le mode de réalisation retenu, soit à partir d'un profilé de forme tubulaire monté entre les deux demi-coquilles 13, 14, de sorte à former, tel que précédemment décrit, un angle a aigu ou nul avec l'axe X, soit à partir d'au moins deux déflecteurs 20 21, 22 complémentaires, fixés chacun à l'intérieur d'une demicoquille 13, 14 de forme préférentiellement identique et appropriée pour définir le tunnel de transfert 18 après assemblage desdites demi-coquilles 13, 14. De tels déflecteurs 21, 22, dont la structure est plus 25 clairement représentée à la figure 4, présentent ainsi chacun une forme sensiblement concave et leur association au niveau d'un plan de symétrie, après retournement de l'un d'entre eux par rapport à l'autre, permet de définir un élément tubulaire apte à constituer le tunnel de transfert 18. Ainsi, au cours de leur trajet à travers le corps d'échanges 10, les gaz d'échappement se trouvent, avantageusement, au contact d'une surface d'échange particulièrement importante, constituée, tel que visible dans les figures 3 et 6, à la fois par les parois des demi-coquilles 35 13, 14 permettant de délimiter les volumes 16, 17 et par les parois du tunnel de transfert 18, définies par le profilé tubulaire ou les déflecteurs 21, 22. De manière avantageuse, la paroi de subdivision 23 constitue, substantiellement et comme visible dans la figure 4, 5 les moyens de maintien du tunnel de transfert 18 à l'intérieur du corps d'échanges 10. Elle est à cet effet munie, sensiblement au niveau de son centre, d'un orifice traversé par le profilé tubulaire venant définir ce tunnel de transfert 18 ou de part et d'autre duquel 10 sont montés les déflecteurs 21, 22 formant celui-ci. La paroi de subdivision 23 peut également présenter, à l'une de ses extrémités destinée à correspondre, après assemblage, avec l'ouverture d'entrée 11 des gaz d'échappement du corps d'échange 10, une zone 25 légèrement incurvée apte à 15 la fois à autoriser une adaptation convenable avec les embouts de raccordement et de favoriser l'inclinaison de la trajectoire effectuée par les gaz lors de leur entrée dans le volume 16 pour les guider vers l'entrée 19 du tunnel de transfert 18. Une autre zone 27, de forme complémentaire à celle de la 20 zone 25, est réalisée au niveau de l'autre extrémité 26 de la paroi de subdivision 23, pour correspondre avec l'ouverture d'évacuation 12 des gaz d'échappement. La présence des deux zones 25, 27 permet également de conférer à la paroi de subdivision 23 un caractère symétrique 25 autorisant son utilisation dans n'importe quel sens, après un simple retournement. On comprendra aisément qu'un tel échangeur de chaleur 1, en particulier lorsqu'il est conçu à partir de deux demicoquilles 13, 14 identiques, présente l'avantage d'une 30 structure très sommaire ne comportant qu'un très faible nombre de pièces constitutives, tout en offrant une surface d'échanges importante. Ainsi, la fabrication d'un tel échangeur de chaleur 1 ne nécessite qu'un outillage extrêmement limité ; il suffit, 35 notamment, de ne disposer que de deux moules, l'un servant à fabriquer chacune des demi-coquilles 13, 14 et l'autre servant à fabriquer les pièces destinées à définir le tunnel de transfert 18. En outre, le nombre d'opérations à accomplir pour l'assemblage de l'échangeur de chaleur 1 est également 5 fortement limité et il est donc possible de proposer un tel dispositif à un prix particulièrement compétitif. Selon une caractéristique additionnelle, l'échangeur de chaleur 1, dans la forme de réalisation représentée aux figures 1, 2, 3 et 4, est également avantageusement traversé par un 10 profilé tubulaire 28 ajusté dans le tunnel de transfert 18, et pouvant jouer, le cas échéant, le rôle d'un bipasse ou d'un passage d'air de refroidissement. Comme on le voit dans le mode de réalisation des figures et 6, on peut, bien entendu, envisager pour cela d'autres 15 modes de réalisation, dans lesquels le corps d'échange 10 est équipé d'un bipasse ou d'un, voire de plusieurs canaux 28A, 28B destinés au passage d'air de refroidissement, implantés selon une autre configuration, et non pas emboîtés dans le tunnel de transfert 18. En fin de compte, ces canaux 28A, 28B, ici sous 20 forme de profilés tubulaires, traverse le corps d'échange 10 perpendiculairement par rapport à l'axe X de ce dernier En cas de présence de canaux pour le passage d'air de refroidissement, il peut en outre être prévu d'équiper ces derniers de vannes permettant avantageusement d'en réguler le 25 débit, en fonction des besoins. Par ailleurs, afin d'autoriser une parfaite intégration d'un échangeur de chaleur 1 selon l'invention au sein de n'importe quel type de ligne d'échappement, quelles que soient les contraintes imposées par l'environnement rencontré, il peut 30 être prévu d'adapter, respectivement, sur l'ouverture d'entrée 11 et sur l'ouverture d'évacuation 12 des gaz d'échappement, un embout de raccordement d'orientation définie et variant en fonction des besoins. Bien que l'invention ait été décrite à propos de quelques 35 formes de réalisation particulières, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter il diverses modifications de forme, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur (1) pour ligne d'échappement de véhicule automobile défini apte à réguler la 5 température des gaz d'échappement destinés à entrer dans un dispositif, notamment de dépollution de type catalyseur ou autre, comportant un corps d'échange (10) présentant une ouverture d'entrée (11) et une ouverture d'évacuation (12) des gaz d'échappement, respectivement en amont et en aval par 10 rapport au sens de circulation de ces gaz, caractérisé par le fait que le corps d'échange (10) est constitué de deux demicoquilles (13, 14) assemblées par soudure, sertissage ou autre, qui, au travers d'une paroi de subdivision (23) adaptée, délimitent intérieurement deux volumes (16, 17) distincts, un 15 premier con-mmuniquant avec ladite ouverture d'entrée (11) et un second avec ladite ouverture d'évacuation (12), à l'intérieur de ces volumes (16, 17) étant prévus des moyens de déflection (18; 21, 22) pour dévier le flux des gaz d'échappement en direction des parois desdites demi- coquilles (13, 14), ces gaz 20 d'échappement passant du premier volume (16) dans le second (17) en traversant un tunnel de transfert (18) s'étendant à l'intérieur dudit corps d'échange (10) dans une direction principalement à contre courant. 2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe dudit tunnel de transfert (18) définit un angle (a) aigu ou nul par rapport à l'axe principal (X) de l'échangeur passant par lesdites ouvertures d'entrée (11) et d'évacuation (12), tandis que l'entrée (19) dudit tunnel de transfert (18) se situe en partie avale dudit corps 30 d'échange (10), et que la sortie (20) dudit tunnel de transfert (18) se situe en partie amont dudit corps d'échange (10), en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement. 3. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit premier 35 volume (16) s'étend depuis l'ouverture d'entrée (11) des gaz en partie amont dudit corps d'échange (10), jusqu'en partie avale à hauteur de l'entrée (19) du tunnel de transfert (18), audessus d'un plan sensiblement médian dudit corps d'échange (10), tandis que le second volume (17) s'étend au-dessous de ce plan depuis la sortie (20) du tunnel de transfert (18) en 5 partie amont jusqu'à l'ouverture (12) d'évacuation des gaz, en partie aval. 4. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps d'échange (10) comporte un centre de symétrie et est conçu par 10 assemblage de deux demi-coquilles (13, 14) identiques. 5. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tunnel de transfert (18) est défini par un profilé tubulaire monté à l'intérieur du corps d'échange (10) entre les deux demi15 coquilles (13, 14). 6. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque demicoquilles (13, 14) reçoit au moins un déflecteur (21, 22) défini apte à concevoir le tunnel de transfert (18) après 20 assemblage desdites demi-coquilles (13, 14). 7. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de subdivision (23) constitue des moyens de maintien du tunnel de transfert (18) à l'intérieur du corps d'échanges (10). 8. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication ou 6 et la revendication 7, caractérisé en ce que la paroi de subdivision (23) est pourvue, sensiblement au niveau de son centre, d'un orifice traversé par le profilé tubulaire venant définir ce tunnel de transfert (18) ou de part et d'autre 30 duquel sont montés les déflecteurs (21, 22) formant celui-ci. 9. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication ou 6, caractérisé en ce que les moyens de déflection (18; 21, 22) sont constitués par le profilé tubulaire venant définir le tunnel de transfert (18) ou les déflecteurs (21, 22) formant 35 celui-ci à l'intérieur du corps d'échanges (10). 10. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites ouvertures d'entrée (11) des gaz et/ou d'évacuation (12) des gaz communiquent avec des embouts de raccordement d'orientation définie. 11. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est traversé par un bipasse (28; 28A, 28B). 12. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 11, caractérisé en ce que le bipasse est défini par au moins un profilé tubulaire (28) traversant le corps d'échange (10) en passant par le tunnel de transfert (18). 13. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est 15 traversé par au moins un canal d'air de refroidissement(28; 28A, 28B).