Brevet FR2938321A1 — publié le 20100514

Echangeur thermique comportant des conduites parallèles L'invention concerne un échangeur thermique destiné 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'échappement 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 des gaz d'échappement à refroidir, et d'une seconde embouchure 8 de refoulement des gaz d'échappement refroidis, 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 refroidis avant d'être refoulé par la seconde embouchure 8. Lorsqu'il occupe la seconde position, le gaz admis est directement transférés 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 de passage de l'eau de refroidissement, repéré par 13, et 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 refoule-ment 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. Cette structure générale d'échangeur, c'est à dire comprenant des conduites d'admission et de refoule-ment communiquant les unes avec les autres par une chambre de retour est adaptée à l'intégration dans un circuit de recirculation des gaz de combustion. En effet, grâce à cette structure générale, l'embouchure d'admission et l'embouchure de refoulement du gaz sont contiguës, ce qui facilite l'intégration à un circuit de gaz existant car la connexion nécessite de mo- difier un tronçon très court de ce circuit. Cependant, on attend par ailleurs d'un tel échangeur qu'il offre le meilleur compromis entre encombrement et rendement thermique, car il est intégré dans l'environnement compact d'un groupe motopropulseur de véhicule, entre différents organes de ce groupe représentés schéma- tiquement par les éléments portant les références 16 à 19 dans la figure 1. Plus concrètement, le cahier des charges d'un tel échangeur limite son encombrement en donnant une hauteur maximale, une longueur maximale et une largeur maximale. OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est de proposer une architecture d'échangeur dont la structure générale offre un rendement amélioré par rapport à son encombrement. 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 d'admission et de refoulement du premier fluide, les conduites d'admission et les conduites de refoulement s'étendant parallèlement à un axe longitudinal en étant situées respectivement de part et d'autre d'un plan de séparation longitudinal, chaque conduite présentant une extrémité débouchant dans une chambre de retour fermée par un fond et dans laquelle transite le premier fluide pour être transféré depuis les conduites d'admission vers les conduites de refoulement, et un circuit de circulation du second fluide pour transférer de la chaleur entre les deux fluides par l'intermédiaire notamment des conduites, caractérisé en ce que la distance séparant longitudinalement une extrémité de conduite d'un plan de référence normal à l'axe longitudinal interceptant toutes les conduites d'admission et/ou de refoulement, est d'au-tant plus faible qu'elle est mesurée selon un axe proche du plan de séparation. Avec cette solution, la chambre de retour a une face creuse qui est délimitée par les extrémités des conduites, de sorte que l'autre face de cette chambre de retour peut être délimitée par un fond ayant un forme à faible courbure, voire plane, ce qui permet d'augmenter le volume interne de l'échangeur sans modifier sa longueur. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, comportant plusieurs conduites d'admission et de refoulement, et dans lequel chaque conduite a son extrémité d'autant plus proche du plan de référence interceptant toutes les conduites d'admission et de refoulement qu'elle est proche du plan de séparation. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, comportant au moins une extrémité de conduite ayant une section orientée de façon oblique par rapport à la direction longitudinale, la distance séparant longitudinalement cette section du plan de réfé- rence interceptant toutes les conduites d'admission et de refoulement, étant d'autant plus faible qu'elle est mesurée selon un axe proche du plan de séparation. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, comprenant un profilé extrudé corn- portant les conduites d'admission et de refoulement, une coque à fond plat enserrant une extrémité de ce profilé pour délimiter la chambre de retour, et dans lequel l'extrémité enserrée par la coque est taillée pour avoir une forme creuse. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, dans lequel l'extrémité est taillée pour présenter, dans un plan longitudinal normal au plan de séparation, un profil en forme de Vé. L'invention concerne également un échangeur tel que défini ci-dessus, comprenant un profilé extrudé comportant les conduites d'admission et de refoulement, une coque à fond plat enserrant une extrémité de ce profilé pour délimiter la chambre de retour, et dans lequel l'extrémité enserrée par la coque est taillée en biseau, pour que la distance séparant une extrémité de conduite d'un plan de référence interceptant soit toutes les conduites d'admission, soit toutes les conduites de refoulement soit d'autant plus faible qu'elle est mesurée selon un axe proche du plan de séparation. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES - la figure 1 est une représentation schématique d'un échangeur de l'Etat de la technique ; - la figure 2 est une représentation schématique 10 de l'échangeur selon l'invention ; - la figure 3 montre un exemple de réalisation d'une première variante de l'échangeur selon l'invention ; - la figure 4 est une vue latérale schématique 15 d'une seconde variante de l'échangeur selon l'invention ; - la figure 5 est une vue latérale schématique d'une troisième variante de l'échangeur selon l'invention ; - la figure 6 est une vue latérale schématique 20 d'une quatrième variante de l'échangeur selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'idée à la base de l'invention est de concevoir une géométrie de la fonction de retour des gaz optimisant 25 l'échange thermique ainsi que l'espace disponible. L'échangeur selon l'invention, repéré par 21 dans la figure 2, comprend une enveloppe 22 cylindrique à base rectangulaire, pourvue d'un fond 23 fermant l'une de ses extrémités, un collecteur 24 de connexion au circuit de 30 gaz fermant l'autre extrémité de cette enveloppe, et un corps principal 26 entouré par l'enceinte que délimitent conjointement l'enveloppe 22 et le collecteur 24. Le collecteur 24 comporte une première embouchure 27 d'admission du gaz d'échappement, et une seconde em- 35 bouchure 28 par laquelle ce gaz est refoulé. Il comporte aussi un clapet 29 mobile entre une première position, qu'il occupe en figure 2, et une seconde position non représentée. Dans la première position, le clapet 29 oriente le gaz admis par la première embouchure 27 vers le corps principal 26 pour le refroidir avant qu'il ne soit refoulé par la seconde embouchure 28. Lorsqu'il est dans la seconde position, le gaz admis est directement transféré vers la seconde embouchure 28, sans être refroidi. Le corps principal 26 comprend des conduites d'admission 31, et des conduites de refoulement 32, s'étendant parallèlement à la direction longitudinale AX entre le fond 23 et le collecteur 24. Les conduites d'admission 31 sont situées d'un côté d'un plan longitudinal dit de séparation, noté PS, et les conduites de refoule-ment 32 sont situées de l'autre côté de ce plan de séparation PS. L'échangeur comporte encore un circuit de circulation de l'eau de refroidissement, repéré par 33. Le gaz admis par la première embouchure 27 s'en- gage dans les conduites d'admission 31, via leurs extrémités situées en vis à vis du collecteur 24, il parcourt ces conduites 31 jusqu'à atteindre leurs autres extrémités situées en vis à vis du fond 23, pour déboucher dans la chambre de retour 34. Après avoir transité dans la chambre 34 le gaz entre dans les extrémités des conduites de refoulement 32, qui sont situées en vis-à-vis du fond 23 et communiquent avec la chambre 34, et il parcourt ces conduites 32 jusqu'à atteindre leurs autres extrémités situées en vis à vis du collecteur 24, avant d'être refoulé via la se- conde embouchure 28. Comme visible dans la figure 2, le fond 23 de l'enveloppe 22 est un fond plat qui s'étend selon une di-rection normale à l'axe AX, et les conduites d'admission et de refoulement ont des longueurs qui diffèrent les unes des autres au lieu d'être identiques. Ces conduites 31 et 32 présentent des premières extrémités, repérées par 41, débouchant en vis à vis du collecteur 24, en étant situées au même niveau par rapport à la direction longitudinale AX, c'est à dire dans un même plan normal à cet axe. Mais leurs secondes extrémités, repérées par 42, et qui débouchent en vis-à-vis du fond plat 23 sont si- tuées à des niveaux différents le long de l'axe AX. En d'autres termes, chaque conduite 31, 32 a sa seconde extrémité 42 qui est séparée d'un plan de référence PR normal à l'axe AX, par une distance qui dépend de la conduite considérée. Ce plan de référence PR est l'un des plans normaux à l'axe AX interceptant toutes les conduites d'admission et toutes les conduites de refoulement, et la distance séparant longitudinalement une extrémité 42 du plan PR est d'autant plus faible que la conduite considé- rée est proche du plan de séparation PS. Ainsi, les extrémités 42 des conduites centrales, c'est à dire celles qui sont les plus proches du plan de séparation PS sont les plus proches du plan de référence PR. Les conduites qui sont éloignées de ce plan de sépa- ration PS, c'est à dire celles qui sont les plus proches de la face supérieure et de la face inférieure de l'enveloppe, ont leurs extrémités 42 qui sont éloignées du plan de référence PR. Ces extrémités délimitent conjointement une face creuse interne de la chambre de retour 34, celle-ci étant d'autre part délimitée par le fond plat 23, ce qui permet d'augmenter la longueur totale de ces conduites sans augmenter la longueur de l'échangeur. Ainsi, pour une même longueur d'échangeur, notée L, et pour une même longueur de la chambre de retour, no- tée 1, la longueur totale des conduites d'admission et de refoulement que le gaz doit parcourir est augmentée. Dans le cas de l'échangeur connu de la figure 1, la longueur des conduites d'admission et de refoulement vaut (L-1), alors que dans le cas de l'invention, la longueur moyenne de ces conduites vaut (L-1/2), ce qui se traduit par un gain du rendement ou de l'efficacité de l'échangeur, puisque la longueur de refroidissement du gaz est augmentée, à encombrement identique. Dans le présent exemple, la longueur L vaut quatre-vingt millimètre et la longueur 1 vaut vingt millimètre, de sorte que le gain obtenu en matière d'augmentation de la longueur de conduite est de l'ordre de quinze pour cent. Dans le cas de la figure 2, l'invention est appliquée à un échangeur dont le corps principal 22 comporte d'une part des conduites de circulation du gaz à refroidir, et d'autre part des conduites de circulation de l'eau de refroidissement de ce gaz. Mais l'invention s'applique aussi à un autre type d'échangeur, qui est représenté dans la figure 3 en y étant repéré par 43. Cet autre échangeur comporte également une enveloppe externe 44 qui a une forme généralement cylindrique à base rectangulaire, dont une extrémité est fermée par un fond rapporté 46, et dont l'autre extrémité est fermée par un collecteur qui n'est pas représenté. L'enceinte délimitée par l'enveloppe 44 avec son fond 46 renferme un corps principal 47 comportant un pro- filé en aluminium extrudé 48 ayant une section transversale à contour rectangulaire, entouré par une coque 49 en inox ayant une paroi latérale cylindrique à base rectangulaire 51 fermée par un fond plat 52. Le profilé extrudé 48 comporte des conduites d'admission et de refoulement de gaz, dont les extrémités débouchant en vis à vis du fond 52 sont repérées par 53 et 54, respectivement. Les conduites d'admission sont si-tuées d'un côté d'un plan de séparation longitudinal PS, contenant l'axe longitudinal AX de l'échangeur, et les conduites de refoulement sont situées de l'autre côté de ce plan. L'eau de refroidissement, au lieu de circuler au sein du profilé d'aluminium extrudé, baigne celui-ci pour le refroidir en circulant entre l'enveloppe externe 44 et la coque en inox 49 qui est significativement plus petite. Chaque conduite d'admission ou de refoulement a ici une section généralement rectangulaire, orientée de façon oblique par rapport au plan de séparation PS qui est lui-même parallèle à deux faces externes opposées du corps. Chaque section de l'extrémité d'une conduite, s'étend depuis une zone proche du plan de séparation PS, jusqu'à une autre région qui est proche d'une face ex- terne plane du profilé. Comme visible dans la figure 3, l'extrémité du profilé 48 est taillée en V. Elle comporte une première face plane oblique par rapport à un plan de référence PR normal à l'axe AX, et interceptant toutes les conduites d'admission et de refoulement, les extrémités des conduites d'admission étant réparties dans cette première face. Elle comporte une seconde face plane orientée de façon oblique par rapport au plan de référence PS, et dans la-quelle sont distribuées les extrémités 54 des conduites de refoulement. Ces deux faces obliques se rejoignent au niveau d'une arête inscrite dans le plan de séparation PS, elles délimitent l'extrémité du profilé 48 à laquelle elles donnent une forme creuse qui délimite la chambre de re- tour 56, conjointement avec le fond 52. L'extrémité de chaque conduite d'admission ou de refoulement a ainsi une section de dimensions relative-ment importantes vis-à-vis de l'échangeur, et qui est orientée de façon oblique, de sorte que la distance qui la sépare longitudinalement du plan de référence PR dé-pend de l'axe de mesure considéré. Concrètement, les portions d'une telle section d'extrémité proche du plan de séparation PS sont plus proches du plan PR, que les portions éloignées de ce plan de référence qui sont elles très éloignées du plan PR. De même que dans l'exemple de la figure 2, l'invention apporte ici un gain sur la longueur des conduites à parcourir par le gaz devant être refroidi, la longueur moyenne de chaque conduite étant en pratique accrue de quinze pour cent. Dans l'exemple de la figure 3, les deux faces obliques de l'extrémité du profilé 48 ont des contours rectangulaires de mêmes dimensions, et elles sont orientées de façon symétrique par rapport au plan de sépara- tion PS. Ces faces peuvent aussi avoir des dimensions et des orientations différentes pour optimiser l'écoulement du gaz. Dans l'exemple de la figure 4, l'échangeur comporte un profilé 57 qui est prévu avec une face 58 coin- cidant avec les extrémités des conduites d'admission dont les dimensions sont plus grandes que celles de la face 59 coïncidant avec les conduites de refoulement. Avec cette solution, les conduites d'admission ont une section moyenne plus importante que les conduites de refoulement, pour prendre en compte le fait que le volume massique du gaz est conditionné par sa température. Ce volume massique plus important lorsque le gaz est chaud, c'est à dire lorsqu'il circule dans les conduites d'admission, que lorsqu'il est froid, c'est à dire lors- qu'il circule dans les conduites de refoulement. L'ensemble peut alors être enserré par une coque en inox 61 à fond plat, comme dans le cas de la figure 4, ou bien par une coque dont le fond est bombé, comme dans l'exemple de la figure 5. Dans les exemples des figures 1 à 5, les extrémités des conduites d'admission et de refoulement délimitent conjointement une forme creuse correspondant à l'une des faces internes de la chambre de retour. Les extrémités de conduites sont alors séparées d'un plan de réfé- rence PR par une distance d'autant plus faible qu'elle est mesurée selon un axe proche de ce plan de séparation PS, le plan de référence PR interceptant alors toutes les conduites. D'autres géométries sont possibles, comme dans l'exemple de la figure 6, où l'extrémité du profilé a simplement une forme biseautée, définie par une unique face orientée de façon oblique par rapport à l'axe longitudinal, l'extrémité étant enserrée dans une coque ayant un fond plat normal à l'axe AX. Le plan de référence PR choisi intercepte alors uniquement les conduites d'admission ou bien uniquement les conduites de refoulement. La distance séparant longitudinalement une extrémité de conduite du plan de référence PR, est également d'autant plus faible qu'elle est mesurée selon un axe proche du plan de séparation PS. Comme dans les autres cas, le plan de séparation PS longitudinal est celui de part et d'autre duquel sont si-tuées respectivement les conduites d'admission et les conduites de refoulement.30 REVENDICATIONS1. Echangeur thermique (21; 43), pour transférer de la chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant une série de conduites d'admission (31) et de refoulement (32) du premier fluide, les conduites d'admission (31) et les conduites de refoule-ment (32) s'étendant parallèlement à un axe longitudinal (AX) en étant situées respectivement de part et d'autre d'un plan de séparation longitudinal (PS), chaque conduite présentant une extrémité (42 ; 53, 54) débouchant dans une chambre de retour (34 ; 56) fermée par un fond et dans laquelle transite le premier fluide pour être transféré depuis les conduites d'admission (31) vers les conduites de refoulement (32), et un circuit (33) de circulation du second fluide pour transférer de la chaleur entre les deux fluides par l'intermédiaire notamment des conduites (31, 32), caractérisé en ce que la distance séparant longitudinalement une extrémité de conduite (42 ; 53, 54) d'un plan de référence (PR) normal à l'axe longitudinal (PR) interceptant toutes les conduites d'admission (31) et/ou de refoulement (32), est d'autant plus faible qu'elle est mesurée selon un axe proche du plan de séparation (PS). 2. Echangeur (21) selon la revendication 1, comportant plusieurs conduites d'admission et de refoule-ment, et dans lequel chaque conduite (31, 32) a son extrémité d'autant plus proche du plan de référence (PR) interceptant toutes les conduites d'admission et de re- foulement qu'elle est proche du plan de séparation (PS). 3. Echangeur (43) selon la revendication 1, comportant au moins une extrémité (54) de conduite ayant une section orientée de façon oblique par rapport à la direction longitudinale (AX), la distance séparant longitudi- nalement cette section du plan de référence (PR) inter-ceptant toutes les conduites d'admission et de refoule-ment, étant d'autant plus faible qu'elle est mesurée selon un axe proche du plan de séparation (PS). 4. Echangeur (43) selon l'une des revendications précédentes, comprenant un profilé extrudé (48 ; 57) comportant les conduites d'admission et de refoulement, une coque (49 ; 61) à fond plat (51) enserrant une extrémité de ce profilé (48 ; 57) pour délimiter la chambre de retour (56), et dans lequel l'extrémité enserrée par la co- que (48 ; 57) est taillée pour avoir une forme creuse. 5. Echangeur (43) selon la revendication 4, dans lequel l'extrémité est taillée pour présenter, dans un plan longitudinal normal au plan de séparation (PS), un profil en forme de Vé. 6. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant un profilé extrudé (57) comportant les conduites d'admission et de refoulement, une coque (61) à fond plat enserrant une extrémité de ce profilé pour dé-limiter la chambre de retour, et dans lequel l'extrémité enserrée par la coque (61) est taillée en biseau, pour que la distance séparant une extrémité de conduite d'un plan de référence (PR) interceptant soit toutes les conduites d'admission, soit toutes les conduites de refoulement soit d'autant plus faible qu'elle est mesurée selon un axe proche du plan de séparation (PS).