Brevet FR2938322A1 — publié le 20100514

Echangeur thermique comportant un profilé incluant des conduites et une coque entourant ce profilé L'invention concerne un échangeur thermique des- tiné à refroidir des gaz d'échappement d'un circuit de recirculation de ces gaz équipant un moteur thermique, encore connu sous le sigle EGR signifiant "Exhaust Gaz Recirculation". ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Un tel échangeur connu, représenté schématique-ment en figure 1 en y étant repéré par 1, comprend une enveloppe 2 généralement cylindrique pourvue d'un fond bombé 3 fermant l'une de ses extrémités, un collecteur 4 de connexion au circuit de recirculation des gaz d'échap- pement fermant l'autre extrémité de cette enveloppe, et un corps principal 6 entouré par l'enceinte délimitée par l'enveloppe 2 et le collecteur 4. Le collecteur est pourvu d'une première embouchure 7 d'admission du gaz à refroidir, et d'une seconde embouchure 8 de refoulement du gaz refroidi, ainsi qu'un clapet mobile 9. Ce clapet 9 est mobile entre une première position dite de refroidissement, qu'il occupe en figure 1, et une seconde position non représentée, dite de bypass. Lorsque le clapet occupe la première position, il oriente le gaz admis par la première embouchure 7 vers le corps principal 6 pour qu'il soit refroidi avant d'être refoulé par la seconde embouchure 8. Lorsqu'il occupe la seconde position, le gaz admis est directement transféré vers la seconde embouchure sans être refroidi. Comme le montre la figure 1, le corps principal 6 comprend des conduites dites d'admission repérées par 11, et des conduites dites de refoulement repérées par 12, s'étendant parallèlement à la direction longitudinale AX, entre le fond 3 et le collecteur 4. Ce corps principal comporte également un circuit 13 de passage de l'eau de refroidissement, dans lequel circule l'eau qui refroidit ce corps principal. En fonctionnement, le gaz est refroidi lorsqu'il parcourt les conduites dites d'admission et de refoulement du corps principal, celui-ci étant lui-même refroidi par l'eau de refroidissement. Le gaz admis par la première embouchure 7 s'en-gage dans les conduites d'admission 11, via leurs extré- mités situées en vis à vis du collecteur 4, il parcourt ces conduites 11 jusqu'à atteindre leurs autres extrémités situées en vis à vis du fond 3 de l'enveloppe 2, pour déboucher dans une chambre de retour 14. Le gaz qui transite dans la chambre 14 entre en- suite dans les extrémités des conduites de refoulement 12 qui sont aussi situées en vis-à-vis du fond 3 et communiquent avec la chambre 14, puis il parcourt ces conduites 12 jusqu'à atteindre leurs autres extrémités situées en vis à vis du collecteur 4, avant d'être refoulé via la seconde embouchure 8. OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est de proposer une architecture d'échangeur permettant de réduire significative-ment sont coût de fabrication sans pénaliser son rende- ment thermique. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique, pour transférer de la chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant une série de conduites de circulation du premier fluide, et un circuit de circulation du second fluide pour transférer de la chaleur entre les deux fluides, caractérisé en ce qu'il comprend un profilé rectiligne extrudé comportant les conduites du premier fluide, ainsi qu'une coque pro- tectrice entourant le profilé en l'enserrant sur une ré- gion couvrant la majeure partie de la surface externe de ce profilé, une enveloppe externe entourant la coque, le second fluide circulant entre l'enveloppe et la coque, et en ce que sur toute la région où la coque enserre le pro- filé, la coque est mécaniquement contrainte sur ce profi- lé et/ou soudée à ce profilé. La coque est ainsi fermement plaquée au profilé sur toute la surface par laquelle elle est en contact avec celui-ci. De l'air ou du gaz ne peut donc pas être piégé entre la coque et le profilé, de sorte que la jonction entre coque et profilé n'introduit pas de résistance thermique supplémentaire susceptible de dégrader le rendement de l'échangeur. L'invention concerne également un échangeur tel 15 que défini ci-dessus, dans lequel sur toute la région où la coque enserre le profilé, elle est mécaniquement contrainte sur ce profilé. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, dans lequel sur toute la région où 20 la coque enserre le profilé, elle est soudée à ce profi- lé. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, dans laquelle la coque est fabriquée en aluminium anodisé à sa face interne. 25 L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, dans lequel la coque a une forme de manchon entourant le profilé rectiligne sur toute sa longueur. L'invention concerne également un échangeur tel 30 que défini ci-dessus, dans lequel le profilé rectiligne comporte une série de conduites d'admission du premier fluide et une série de conduites de refoulement du premier fluide, chaque conduite présentant une extrémité dé-bouchant dans une chambre de retour fermée par un fond de 35 la coque, le premier fluide transitant dans cette chambre de retour pour être transféré depuis les conduites d'admission vers les conduites de refoulement. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, comprenant un collecteur situé en extrémité du profilé rectiligne, et dans lequel une extrémité de la coque entoure également une partie de ce collecteur, et dans lequel sur toute la région qui entoure cette partie du collecteur, la coque est mécanique-ment contrainte sur le collecteur et/ou soudée au collec- teur. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, dans lequel l'enveloppe comporte au moins une nervure circonférentielle formée par pliage ou emboutissage, et par laquelle cette enveloppe est en contact avec la coque. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, dans lequel la nervure s'étend selon une courbe correspondant à la projection sur la coque d'une hélicoïde de même axe que cette coque pour canali- ser le second fluide circulant entre la coque et l'enveloppe. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, dans lequel la coque est fixée par magnétoformage sur le profilé et éventuellement sur le collecteur. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, dans lequel l'enveloppe est montée sur le collecteur par magnétoformage. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES - la figure 1 est une représentation d'un échangeur de l'Etat de la technique ; - la figure 2 est une vue latérale en coupe et en éclaté montrant le collecteur et le profilé ainsi que la coque et l'enveloppe de l'échangeur selon l'invention ; - la figure 3 est une représentation du profilé de l'échangeur de la figure 2 en vue latérale avec une partie de sa coque et en vue de face ; - la figure 4 est une représentation d'un autre profilé pour l'échangeur selon l'invention en vue latérale avec une partie sa coque ; - la figure 5 est une vue latérale en coupe montrant le profilé ainsi que le collecteur et la coque de l'échangeur selon l'invention une fois assemblés ; - la figure 6 est une représentation schématique du procédé de magnétoformage utilisé pour assembler l'échangeur selon l'invention ; - la figure 7 est une vue latérale en coupe montrant le profilé avec le collecteur ainsi que la coque et l'enveloppe de l'échangeur selon l'invention une fois as- semblés ; - la figure 8 est une vue latérale en coupe montrant une variante de l'échangeur selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'idée à la base de l'invention est de réunir les conduites de gaz dans un profilé extrudé baignant dans le liquide de refroidissement, en prévoyant une coque protégeant la surface externe de ce profilé pour éviter que la corrosion due au gaz ne puisse mettre en communication le circuit de refroidissement liquide avec le circuit de circulation du gaz. Afin de réduire la résistance thermique de l'interface entre la coque protectrice et la surface externe du profilé, cette coque est montée en force autour du profilé et/ou soudée sur toute sa surface de contact. La coque est ainsi fermement solidarisée à la surface ex-terne du profilé, ce qui réduit la résistance thermique de la jonction en évitant la présence d'air dans cette jonction. Avec cette solution, il n'est pas nécessaire d'anodiser le profilé extrudé comportant les conduites de gaz : la protection contre la corrosion provoquée par les gaz d'échappements est assurée par la coque. Cette coque peut être fabriquée dans différents matériaux, par exem- ple en aluminium anodisé, en inox, ou autre. L'échangeur selon l'invention qui est visible en éclaté dans la figure 2 en y étant repéré par 16, comprend une enveloppe 17 cylindrique à base rectangulaire, pourvue d'un fond 18 fermant l'une de ses extrémités, un collecteur 19 de gaz, un profilé extrudé 21 et une coque protectrice 22 destinée à entourer ce profilé. Lorsque le tout est assemblé, comme dans la figure 7, la coque 22 entoure le profilé 21 dont une extré- mité est fixée au collecteur 19, et l'enveloppe entoure le profilé 21 et sa coque, et l'extrémité de l'enveloppe qui est opposée à son fond 18 est fixée au collecteur 19. Comme visible dans la figure 3, le profilé 21 comporte les conduites d'admission du gaz repérées par 23 et les conduites de refoulement du gaz qui sont repérées par 24, ces conduites s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal AX de l'échangeur 16 et sont situées respectivement de part et d'autre d'un plan médian parallèle à cet axe. Toutes ces conduites débouchent d'une part à l'extrémité du profilé 21 qui est en vis à vis du collecteur 19, et d'autre part à l'extrémité opposée de ce pro-filé. Cette autre extrémité est taillée pour avoir une forme en Vé en vue latérale, et elle est fermée par un fond 28 de la coque protectrice 22 pour délimiter conjointement avec ce fond, une chambre de retour 26. Le collecteur 19 comprend une conduite 25 dans laquelle il reçoit le gaz à refroidir pour l'introduire dans les conduites d'admission 23, via leurs extrémités situées en vis à vis de ce collecteur 19, ce gaz parcourt ensuite les conduites 23 jusqu'à atteindre leurs autres extrémités situées en vis à vis du fond 28 de la coque pour déboucher dans la dans la chambre de retour 26. Après avoir transité dans la chambre 26, le gaz entre dans les extrémités des conduites de refoulement 24, qui sont situées en vis-à-vis du fond 28 pour communiquer avec la chambre 26, et il parcourt ces conduites 24 jusqu'à atteindre leurs autres extrémités situées en vis à vis du collecteur 19, avant d'être refoulé au ni- veau d'une conduite de sortie 27 de ce collecteur 19. Dans l'exemple des figures 2 et 3, l'extrémité du profilé correspondant à la chambre de retour 26 est taillée en Vé en étant fermée par un fond 28 de coque qui est plat. Mais d'autres formes de la chambre de retour sont possibles, comme dans l'exemple de la figure 4 où l'extrémité du profilé 29 est droite en étant fermée par un fond de coque 31 de forme bombée pour délimiter une chambre de retour 32. Comme visible dans la figure 5, le collecteur 19 comprend une embase 33 prolongée par un manchon 34 ayant une section transversale à peu près identique à celle du profilé 21 qui est placé dans le prolongement de ce manchon. La coque 22 entoure le profilé 21 tout le long de l'axe AX, son extrémité qui comporte le fond 28 ferme l'extrémité du profilé 21 opposée au collecteur 19, et l'extrémité ouverte de cette coque s'étend le long du manchon 34. Cette coque enserre le profilé sur toute sa longueur, ainsi que le manchon 34, de telle manière qu'ils sont ainsi maintenus fixés l'un à l'autre. La coque 22 est fixée à ces éléments en étant montée serrée, c'est à dire en étant mécaniquement contrainte sur ceux-ci et/ou en étant soudée à ceux-ci. Ce montage peut être assuré par magnétoformage, c'est à dire selon le procédé illustré schématiquement en figure 6. Conformément à ce procédé, une pièce tubulaire 36 est montée sur un corps 37 qu'elle entoure par applica- tion d'un champ magnétique bref et intense. La pièce tubulaire 36 brute dont la section interne est supérieure à la section externe du corps 37, est d'abord positionnée autour du corps 37, l'ensemble étant entouré par une bobine électrique 38. L'injection d'un courant électrique I intense et bref dans la bobine 38 donne naissance à des courants in-duits au niveau de la pièce tubulaire 36, ce qui se traduit par une pression dite magnétique qui est centripète, c'est à dire qu'elle tend à rétracter la pièce tubulaire 36 sur le corps 37. Cette solution de montage permet d'assurer une cohésion optimale entre la coque 22 et le profilé 21 sur toute la surface d'appui de la coque 22 sur le profilé 21. Selon les paramètres de l'opération de magnétoformage choisis, la coque peut être soit simplement mécaniquement contrainte sur le profilé, c'est à dire montée en force sur celui-ci, soit soudée à celui-ci, sur toute la sur-face de contact. La jonction entre la coque et la face externe du profilé ne comporte ainsi pas d'air, ce qui contribue à minimiser la résistance opposée par cette jonction au passage de la chaleur transférée depuis le gaz vers le liquide de refroidissement. Comme visible dans la figure 5, le bord ou collet de l'extrémité ouverte de la coque 22 peut aussi être fixée au collecteur 19 par magnétoformage, ce qui permet alors d'assembler en une seule opération la coque 22 avec le profilé 21 et le collecteur 19. Les paramètres utilisés pour le magnétoformage pour rétracter la coque peuvent différer pour la région de la coque qui enserre le profilé et pour la région de la coque, à savoir son extrémité, qui enserre le manchon 34 du collecteur 19. Par exemple, on peut prévoir un magnétoformage moins puissant au niveau de l'interface entre la coque et le profilé, et un magnétoformage plus puissant, c'est à dire produisant une pression magnétique plus élevée, au niveau du collet de cette coque. Dans ce cas, le magnétoformage assure un montage simplement serré de la coque 22 sur le profilé 21, alors qu'il assure un montage allant jusqu'au soudage de la coque sur le manchon, au niveau du collet de cette coque. Avantageusement, on prévoit également des éléments d'étanchéité tels que les joints toriques 41 et 42 qui sont interposés entre le manchon 34 et la coque 22, l'un étant situé au niveau de l'extrémité du collet 39, et l'autre au niveau de la limite entre le manchon 34 et le profilé 21. D'autres éléments peuvent aussi être interposés entre la coque et le profilé, pour réduire encore les risques de fuites ou pour briser les ponts thermiques ou électro-chimiques susceptibles d'apparaître. L'enveloppe 17 qui entoure le profilé 21 et la coque 22 peut aussi être fabriquée dans un matériau corn- patible avec le magnétoformage, c'est à dire ayant une forte conductivité électrique, comme dans l'exemple de la figure 7, de manière à être fixée au collecteur 19 par magnétoformage. Dans ce cas, le collet 43 de cette enveloppe est dimensionné pour entourer l'embase du collec- teur 19, ou bien un manchon additionnel du collecteur prévu à cet effet. Comme pour le montage de la coque, l'enveloppe est alors positionnée pour que sont collet 43 entoure l'embase 33, et l'ensemble est soumis à un champ magnéti- que bref et puissant pour assurer la cohésion, par exemple jusqu'à atteindre le soudage. Un passage de liquide de refroidissement 44 peut alors être prévu au niveau de l'embase 33, en étant situé entre le manchon 34 et le pourtour de l'embase, pour alimenter en eau l'espace situé entre la coque et l'enveloppe. Cette particularité permet en outre d'assurer également le refroidissement du collecteur, comme dans la figure 6. Dans ce contexte, le reste de l'enveloppe 17 peut avoir une forme optimisée pour assurer d'autres fonction puisque la fixation de cette enveloppe 17 au reste de l'échangeur est assurée uniquement par son collet 43 qui est serré et/ou soudé sur l'embase 33. Cette enveloppe 17 peut alors comporter une ou plusieurs nervures réalisées par exemple par pliage ou par emboutissage, pour réduire localement son diamètre interne, de sorte qu'elle vienne en appui sur la face ex-terne de la coque 22 afin de se centrer sur celle-ci, ce qui garantit un espace minimum de passage de l'eau entre la coque et l'enveloppe. Avantageusement, ce pliage, qui est repéré par 46, a une forme générale correspondant à la projection sur la coque d'une hélicoïde d'axe AX, pour canaliser l'eau entre son point d'admission 44 situé au niveau du collecteur, et son point de sortie 47 situé au niveau de l'extrémité de la coque fermée par le fond 28. D'une manière générale, le profilé 21 peut être fabriqué en aluminium extrudé, sans devoir être anodisé. C'est alors la coque 22 qui est fabriquée en aluminium anodisé sur sa face interne, et éventuellement sur sa face externe, de manière à éviter un perçage du profilé et de cette coque, provoqué par la corrosion des condensats de gaz d'échappement. Dans l'exemple des figures 2 à 7, l'invention est appliquée à un échangeur thermique dans lequel le gaz effectue un trajet aller-retour dans le profilé. Mais l'invention s'applique à d'autres architectures d'échangeurs, comme l'échangeur 48 de la figure 8. Cet échangeur comporte un profilé 49 pourvu de conduites 51 ainsi qu'un premier et un second collecteur 52 et 53 situés à chaque extrémité de ce profilé. Le gaz est introduit par le premier collecteur 52 à l'une des extrémités du profilé, et il est refoulé à l'autre extrémité de ce profilé, via le second collecteur 53. La coque 54 de cet échangeur 48 est ici tubulaire, c'est à dire ouverte à ses deux extrémités. Elle entoure le profilé 49, et le bord ou collet de chacune de ses extrémités, repérés par 56 et 57 entourent respectivement un manchon 58 du premier collecteur, et un manchon 59 du second collecteur. Quatre joints toriques 61 sont interposés entre la coque et chaque manchon. L'ensemble est entouré par une enveloppe 62 de forme généralement tubulaire, c'est à dire ouverte à ses deux extrémités, chaque bord de cette enveloppe entourant une embase de l'un des collecteurs pour être fixée à celui-ci. Cette enveloppe comporte également une entrée et une sortie de liquide de refroidissement 63 et 64 s'éten- dant radialement par rapport à l'axe longitudinal AX de l'échangeur. De manière analogue à l'exemple des figures 2 à 7, la coque 54 est fixée par magnétoformage au profilé et aux collecteurs, et l'enveloppe 62 a elle aussi ses ex- trémités fixées par thermoformage à chaque collecteur. REVENDICATIONS1. Echangeur thermique (16 ; 48), pour transférer de la chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant une série de conduites de circulation du premier fluide (23, 24 ; 51), et un circuit de circulation du second fluide pour transférer de la chaleur entre les deux fluides, caractérisé en ce qu'il comprend un profilé rectiligne extrudé (21 ; 49) comportant les conduites du premier fluide (23, 24 ; 51), ainsi qu'une coque protectrice (22 ; 54) entourant le profilé en l'en-serrant sur une région couvrant la majeure partie de la surface externe de ce profilé, une enveloppe externe (17, 62) entourant la coque (22 ; 54), le second fluide circu- Tant entre l'enveloppe (17 ; 62) et la coque (22 ; 54), et en ce que sur toute la région où la coque (22 ; 54) enserre le profilé (21 ; 49), la coque (22 ; 54) est au contact intime du profilé (21; 49). 2. Echangeur selon la revendication 1, dans le- quel sur toute la région où la coque (22 ; 54) enserre le profilé (21 ; 49), elle est mécaniquement contrainte sur ce profilé (21 ; 49). 3. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel sur toute la région où la coque (22 ; 54) enserre le profilé (21 ; 49), elle est soudée à ce profilé (21 ; 49). 4. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la coque (22 : 54) est fabriquée en aluminium anodisé à sa face interne. 5. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la coque (22 ; 54) a une forme de manchon entourant le profilé rectiligne (21 ; 49) sur toute sa longueur. 6. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le profilé rectiligne (21) comporte unesérie de conduites d'admission (23) du premier fluide et une série de conduites de refoulement (24) du premier fluide, chaque conduite (23, 24) présentant une extrémité débouchant dans une chambre de retour (26) fermée par un fond (28) de la coque (22), le premier fluide transitant dans cette chambre de retour (26) pour être transféré de-puis les conduites d'admission (23) vers les conduites de refoulement (24), 7. Echangeur selon l'une des revendications pré- cédentes, comprenant un collecteur (19 ; 52, 53) situé en extrémité du profilé rectiligne (21 ; 49), et dans lequel une extrémité de la coque (22 ; 54) entoure également une partie de ce collecteur (19 ; 52, 53), et dans lequel sur toute la région (34) qui entoure cette partie du collec- teur (19 ; 52, 53), la coque est mécaniquement contrainte sur le collecteur (19 ; 52, 53) et/ou soudée au collecteur (19 ; 52, 53). 8. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe (17) comporte au moins une nervure circonférentielle (46) formée par pliage ou emboutissage, et par laquelle cette enveloppe (17) est en contact avec la coque (22). 9. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la nervure (46) s'étend selon une courbe correspondant à la projection sur la coque (22) d'une hélicoïde de même axe que cette coque (22) pour canaliser le second fluide circulant entre la coque et l'enveloppe. 10. Procédé de fabrication d'un échangeur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la coque est fixée par magnétoformage sur le profilé et éventuellement sur le collecteur. 11. Procédé selon la revendication 10, dans le-quel l'enveloppe est montée sur le collecteur par magné- toformage.