Brevet FR3157465A1 — publié le 20250627

Disque chauffant pour élément chauffant de ligne d’échappement L’invention concerne un disque chauffant (1) pour un élément chauffant de ligne d’échappement, apte à être disposé en travers de la section de passage de l’élément chauffant de manière à sensiblement l’obturer, comprenant une couronne (2) électriquement isolante, une galette (3) électriquement conductrice, perméable aux gaz d’échappement, discoïdale et disposée dans la couronne isolante (2), au moins deux électrodes (8-9) permettant de faire circuler un courant au travers de la galette (3), comprenant encore au moins un diviseur (4), électriquement isolant, et séparant la galette (3) en secteurs (5, 6) égaux. Figure d’abrégé : Figure 2 Disque chauffant pour élément chauffant de ligne d’échappement L’invention concerne un disque chauffant pour élément chauffant de ligne d’échappement. Une ligne d’échappement permet de recueillir les gaz d’échappement en sortie d’un moteur thermique. Elle a pour fonction de transporter ces gaz d’échappement depuis le moteur jusqu’à une canule débouchant à l’air libre. Elle a encore pour fonction de les purifier avant de les libérer dans l’atmosphère. La purification est typiquement réalisée par un catalyseur qui permet une réaction de réduction des oxydes d’azote. Le bon fonctionnement d’un tel catalyseur nécessite une température minimum de fonctionnement. Cette température de fonctionnement du catalyseur est généralement obtenue par un chauffage réalisé au moyen des gaz d’échappement eux-mêmes. En phase de démarrage du moteur à froid, les gaz d’échappement ne sont pas assez chauds pour assurer cette fonction. Aussi, il est connu d’utiliser un élément chauffant, afin de chauffer les gaz d’échappement, typiquement disposé en travers de la section de passage de la ligne d’échappement, poreux, de manière à être traversé par les gaz d’échappement et à les chauffer durant leur traversée. Selon un mode de réalisation, illustré à la FIG. 1 , un tel élément chauffant 20 est réalisé à partir d’une galette 21 en mousse métallique, afin d’être poreux et perméable aux gaz d’échappement. Cette galette 21 est logée dans une couronne 22 isolante, ici réalisée en deux moitiés. La galette 21 et sa couronne 22 forment un disque chauffant. Ce dernier est logé dans un logement 23 dont la section se confond avec la section de la ligne d’échappement. La galette 21 comprend des découpes 28, alternativement débouchantes, empêchant le courant de passer, de manière à former un serpentin, guidant le courant. Aux deux extrémités du serpentin, se trouvent des points de contact 24, 25. A chaque point de contact 24, 25 est connectée une électrode 26, 27. Entre les électrodes 26, 27 est connectée une alimentation électrique, afin de faire circuler un courant dans le serpentin, de manière à échauffer la galette 21 / le disque chauffant 20, par effet Joule et ainsi chauffer les gaz d’échappement la / le traversant. Le problème qui se pose avec un tel disque chauffant 20, est que la mousse métallique ne présente pas une forte résistance mécanique. Aussi, et notamment lorsque la dimension de la section de passage augmente, comme c’est le cas pour une ligne d’échappement de véhicule industriel ou commercial, ce mode de réalisation devient trop fragile. L’invention présente un nouveau mode de réalisation innovant qui permet de réaliser un disque chauffant présentant une résistance mécanique augmentée. L’invention a pour objet un disque chauffant pour un élément chauffant de ligne d’échappement, apte à être disposé en travers de la section de passage de l’élément chauffant de manière à sensiblement l’obturer, comprenant une couronne électriquement isolante, une galette électriquement conductrice, perméable aux gaz d’échappement, discoïdale et disposée dans la couronne isolante, au moins deux électrodes permettant de faire circuler un courant au travers de la galette, où le disque chauffant comprend encore au moins un diviseur, électriquement isolant, et séparant la galette en secteurs égaux. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - le nombre de secteurs est compris entre 2 et 10, - un secteur est réalisé en mousse métallique, - un secteur, comprend une pluralité de découpes, sensiblement planes selon un plan sensiblement parallèle à un axe du disque chauffant, sensiblement parallèles entre elles, traversantes selon l’épaisseur, radialement débouchantes alternativement d’un côté ou de l’autre du secteur, de manière à former un serpentin, - les découpes sont sensiblement parallèles au plan bissecteur du secteur, - une électrode est connectée à chaque extrémité du serpentin, - deux secteurs, avantageusement tous les secteurs d’une galette, sont connectés en parallèle, chaque secteur comprenant deux électrodes connectées à une alimentation, - deux secteurs, avantageusement tous les secteurs d’une galette, sont connectés en série, une première électrode d’un premier secteur étant connectée à une deuxième électrode d’un deuxième secteur, à l’exclusion de deux électrodes extrémales connectées à l’alimentation électrique, - la première électrode d’un premier secteur et la deuxième électrode adjacente d’un deuxième secteur adjacent, sont confondues et connectées par une jonction, traversant le diviseur. Selon un deuxième aspect de l’invention, un élément chauffant comprenant un tel disque chauffant. Selon un troisième aspect de l’invention, une ligne d’échappement comprenant un tel élément chauffant. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : FIG. 1 déjà décrite, montre, en vue perspective, un élément chauffant selon l’art antérieur, FIG. 2 montre, en vue perspective, un premier mode de réalisation selon l’invention, FIG. 3 montre, en vue perspective, un autre mode de réalisation selon l’invention. En référence à la FIG. 2 ou 3, l’invention concerne un disque chauffant 1 pour un élément chauffant de ligne d’échappement. Un tel disque chauffant 1 est apte à prendre place dans un élément chauffant 20, semblable à celui de l’art antérieur, tel qu’illustré à la FIG. 1 . Un tel disque chauffant 1 est classiquement disposé en travers de la section de passage de l’élément chauffant de manière à sensiblement l’obturer en occupant toute ladite section de passage. Ce disque chauffant 1 comprend avantageusement une couronne 2 électriquement isolante. Le disque chauffant 1 est destiné à être inséré dans un logement métallique disposé en travers ou se confondant avec la section de passage d’une ligne d’échappement. La galette 3 est discoïdale et est disposée dans la couronne isolante 2 qui la sépare du logement. La galette 3 est électriquement conductrice et est prévue pour être parcourue par un courant, afin de s’échauffer par effet Joule. La couronne 2 isolante permet de ne pas faire circuler ledit courant dans le logement et dans la ligne d’échappement. Le disque chauffant 1 obture sensiblement la section de passage afin de voir passer tout le flot de gaz d’échappement. Cependant, la galette 3 est perméable aux gaz d’échappement, afin de permettre leur traversée, et ainsi leur échauffement au contact de la galette 3 chauffée. Le disque chauffant 1 comprend encore au moins deux électrodes 8-9. Ces électrodes 8-9, connectées électriquement à la galette 3, permettent, en disposant une alimentation électrique entre elles, de faire circuler un courant au travers de la galette 3, et ainsi de chauffer la galette 3 par effet Joule. Selon une caractéristique, le disque chauffant 1 comprend encore au moins un diviseur 4. Ce diviseur 4 sépare la galette 3 en secteurs 5, 6, préférentiellement égaux. Les secteurs 5, 6 aboutissent tous au centre de la galette 3. Les contours des secteurs 5, 6 présentent une forme quelconque, mais préférentiellement identique d’un secteur à l’autre, afin que la forme et la surface des secteurs 5, 6 soient égales. Aussi, le diviseur 4 présente la forme d’une étoile régulière. Selon un mode de réalisation simple, entre deux secteurs 5, 6, une branche du diviseur 4, présente une forme radiale et rectiligne. Aussi, le diviseur 4 présente la forme d’une croix régulière comportant autant de branches qu’il y a de secteurs 5, 6. Le séparateur 4 est électriquement isolant, de manière à isoler électriquement chaque secteur 5, 6 de ses voisins. La fragilité relative d’une galette 21 selon l’art antérieur est liée à la faible résistance mécanique du matériau perméable constituant la galette 21 en combinaison avec une portée importante, liée à la taille de la section de passage, et augmentant avec la section de la galette 3. L’insertion d’un diviseur 4, plus résistant mécaniquement, et réduisant la taille de la galette 21 à la taille des secteurs 5, 6, soit une portée au moins divisée par 2, augmente avantageusement sensiblement la résistance de la galette 3. Le nombre de secteurs 5, 6, et donc de branches du séparateur 4 est au moins égal à 2. Le nombre maximal de secteurs 5, 6 est un compromis entre augmentation de la résistance mécanique et réduction de la complexité. Il ne semble pas pertinent de diviser en plus de 10 secteurs 5, 6. Selon une autre caractéristique, un secteur 5, 6 est réalisé en mousse métallique. Ceci permet avantageusement de réaliser une galette 3 métallique, donc chauffable électriquement par effet Joule, tout en étant poreuse afin de laisser traverser les gaz d’échappement. Selon une autre caractéristique, un secteur 5, 6 est conformé selon un serpentin, afin de faire circuler le courant le plus uniformément possible dans sensiblement toute la surface du secteur 5, 6. Pour cela, un secteur 5, 6 comprend une pluralité de découpes 7. Ces découpes 7 sont sensiblement planes selon un plan sensiblement parallèle à un axe A du disque chauffant 1. Elles sont sensiblement parallèles entre elles. Elles sont traversantes selon l’épaisseur du secteur 5, 6. Elles sont radialement débouchantes d’un seul côté du secteur 5, 6. Ce côté débouchant est alternativement d’un côté ou de l’autre du secteur 5, 6, entre une découpe 7 et la découpe immédiatement adjacente. Ainsi, l’ensemble des découpes 7 découpe le secteur 5, 6, de manière à former un serpentin. Selon une autre caractéristique, les découpes 7 sont sensiblement parallèles au plan bissecteur du secteur 5, 6. Elles sont encore disposées symétriquement relativement au plan bissecteur du secteur 5, 6. Ainsi, il est formé un serpentin. Ce serpentin forme un chemin de circulation du courant au travers du secteur 5, 6. Selon une autre caractéristique, pour que le courant circule, une électrode 8-12 est connectée à chaque extrémité du serpentin. Un courant est appliqué entre ces deux électrodes 8-12. Le câblage des électrodes 8-12 de chaque secteur 5, 6 peut être réalisé indépendamment pour chaque paire de secteurs 5, 6 ou de manière récurrente pour chaque paire d’ensemble de secteurs 5, 6, soit en série soit en parallèle. Selon une autre caractéristique, deux secteurs 5, 6 d’une galette 3 sont connectés en parallèle. Il peut s’agir de secteurs 5, 6 adjacents ou non. Tel que plus particulièrement illustré à la FIG. 2 , chaque secteur 5, 6 comprend deux électrodes 8, 9. Ces électrodes sont connectées, soit chacune à une alimentation, soit préférentiellement en parallèle à une même alimentation. Ceci est applicable à tout ou partie des secteurs 5, 6. La résistance r1 d’un secteur 5, 6 est égale à la résistance R d’une galette 21 non divisée en secteurs, divisée par le nombre n de secteurs 5, 6, soit r1 = R/n. Aussi, la résistance r2 d’une paire de secteurs 5, 6 connectés en parallèle est égale à la moitié de r1, r2=r1/2, soit R/2n. Cette diminution de la résistance équivalente entraîne, pour une même tension appliquée, une augmentation de la puissance de chauffe, relativement à une galette 21 non divisée en secteurs. Ainsi, à la FIG. 2 , il est possible de connecter toutes les premières électrodes 8 ensemble à un premier pôle d’une alimentation et toutes les deuxièmes électrodes 9 à un deuxième pôle d’une alimentation. Ainsi, avantageusement, tous les secteurs 5, 6 d’une galette 3, sont connectés en parallèle. Dans ce cas, la résistance équivalente des n secteurs 5, 6 connectés en parallèle est égale à r1/n, soit R/n² ou n est le nombre de secteurs 5, 6 connectés en parallèle. Cette diminution de la résistance équivalente entraîne, pour une même tension appliquée, une augmentation de la puissance de chauffe, relativement à une galette 3 non divisée en secteurs. Cette augmentation de la puissance, est égale à la puissance de chauffe d’une galette 21 non divisée, multipliée par le nombre n de secteurs 5, 6. Aussi, la division en secteurs 5, 6, associée à une connexion en parallèle permet de modifier la résistance de la galette 3 et donc la puissance de chauffe d’une galette 3. Le paramètre nombre n de secteurs 5, 6 permet ainsi de faire varier la résistance de la galette 3. Selon une autre caractéristique, deux secteurs 5, 6 d’une galette 3, sont connectés en série. Il peut s’agir de secteurs 5, 6 adjacents ou non. Tel que plus particulièrement illustré à la FIG. 3 , une première électrode 8 d’un premier secteur 5 est connectée à une deuxième électrode 9 d’un deuxième secteur 6. Les deux électrodes restantes, soit la deuxième électrode 9 du premier secteur 5 que l’on nomme encore première électrode extrémale 11 et la première électrode 8 du deuxième secteur 6 que l’on nomme encore deuxième électrode extrémale 12 sont alors connectées à une alimentation. La résistance r1 d’un secteur 5, 6 est égale à la résistance R d’une galette 3 non divisée en secteurs, divisée par le nombre n de secteurs 5, 6, soit r1 = R/n. Aussi, la résistance r3 d’une paire de secteurs 5, 6 connectés en série est égale à la somme des résistances r1 des deux secteurs 5, 6, soit r3=r1+r1= 2r1, soit 2R/2=R. Ainsi, à la FIG. 3 , il est possible de connecter en série tous les secteurs 5, 6 en reliant les électrodes extrémales 11, 12 à une alimentation. Ainsi, avantageusement, tous les secteurs 5, 6 d’une galette 3, sont connectés en série. Dans ce cas, la résistance équivalente des n secteurs 5, 6 connectés en série est égale à n.r1, soit R ou n est le nombre de secteurs 5, 6 connectés en série. Aussi, une connexion en série ne modifie pas la résistance R et la puissance de chauffe, relativement à une galette 21 non divisée. Il apparait à l’homme du métier qu’il est possible de panacher les deux modes de réalisation précédents, série et parallèle, et de connecter un premier ensemble de secteurs 5, 6 selon un premier mode, un deuxième ensemble de secteurs 5, 6 selon un deuxième mode, identique ou différent du deuxième mode et ensuite de connecter le premier ensemble et le deuxième ensemble selon l’un quelconque des deux modes. Ces connexions peuvent encore être reproduites, au choix, sur les ensembles nouvellement formés par les connexions précédentes, de manière récurrente. Il est ainsi possible en panachant des connexions séries et des connexions parallèles entre secteurs 5, 6, de faire varier la résistance de la galette 3, relativement à une galette 21 non divisée, et ce sans modifier les caractéristiques dimensionnelles de la galette 3, telle que son épaisseur. Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la FIG. 3 , pour deux secteurs 5, 6 adjacents, il est possible de simplifier leur connexion en série. Pour cela la première électrode 8 d’un premier secteur 5 et l’électrode adjacente, soit la deuxième électrode 9 du deuxième secteur 6, adjacent au premier secteur 5, sont confondues en une jonction 10. La jonction 10 connecte la première électrode 8 du premier secteur 5 et la deuxième électrode 9 du deuxième secteur 6. Avantageusement, la jonction 10, traverse le diviseur 4, dans sa branche disposée entre le premier secteur 5 et le deuxième secteur 6 adjacent. L’invention concerne encore un élément chauffant comprenant un disque chauffant 1 tel que précédemment décrit. L’invention concerne encore une ligne d’échappement comprenant un tel élément chauffant. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. Disque chauffant (1) pour un élément chauffant de ligne d’échappement, apte à être disposé en travers de la section de passage de l’élément chauffant de manière à sensiblement l’obturer, comprenant une couronne (2) électriquement isolante, une galette (3) électriquement conductrice, perméable aux gaz d’échappement, discoïdale et disposée dans la couronne isolante (2), au moins deux électrodes (8-9) permettant de faire circuler un courant au travers de la galette (3), caractérisé en ce qu’il comprend encore au moins un diviseur (4), électriquement isolant, et séparant la galette (3) en secteurs (5, 6) égaux. Disque chauffant (1) selon la revendication précédente, où le nombre de secteurs est compris entre 2 et 10. Disque chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un secteur (5, 6) est réalisé en mousse métallique. Disque chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un secteur (5, 6), comprend une pluralité de découpes (7), sensiblement planes selon un plan sensiblement parallèle à un axe (A) du disque chauffant (1), sensiblement parallèles entre elles, traversantes selon l’épaisseur, radialement débouchantes alternativement d’un côté ou de l’autre du secteur (5, 6), de manière à former un serpentin. Disque chauffant (1) selon la revendication précédente, où les découpes (7) sont sensiblement parallèles au plan bissecteur du secteur (5, 6). Disque chauffant (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, où une électrode (8-12) est connectée à chaque extrémité du serpentin. Disque chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où deux secteurs (5, 6), avantageusement tous les secteurs (5, 6) d’une galette (3), sont connectés en parallèle, chaque secteur (5, 6) comprenant deux électrodes (8-9) connectées à une alimentation. Disque chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où deux secteurs (5, 6), avantageusement tous les secteurs (5, 6) d’une galette (3), sont connectés en série, une première électrode (8) d’un premier secteur (5) étant connectée à une deuxième électrode (9) d’un deuxième secteur (6), à l’exclusion de deux électrodes extrémales (11-12) connectées à l’alimentation électrique. Disque chauffant (1) selon la revendication précédente, où la première électrode (8) d’un premier secteur (5) et la deuxième électrode (9) adjacente d’un deuxième secteur (6) adjacent, sont confondues et connectées par une jonction (10), traversant le diviseur (4). Elément chauffant, caractérisé en ce qu’il comprend un disque chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Ligne d’échappement, caractérisée en ce qu’elle comprend un élément chauffant selon la revendication précédente.