EP1795732A1 - Echangeur thermique pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur - Google Patents

Echangeur thermique pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur Download PDF

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EP1795732A1
EP1795732A1 EP06025329A EP06025329A EP1795732A1 EP 1795732 A1 EP1795732 A1 EP 1795732A1 EP 06025329 A EP06025329 A EP 06025329A EP 06025329 A EP06025329 A EP 06025329A EP 1795732 A1 EP1795732 A1 EP 1795732A1
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    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/04—Means for preventing wrong assembling of parts

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger for gas, in particular the exhaust gas of an engine, of the type comprising a plurality of parallel ducts arranged inside a housing, by means of which the gases to be cooled by exchange thermal circuit with a cooling fluid circulate, said conduits being coupled between two support plates fixed at both ends of said housing, and the housing and the support plates having a substantially rectangular section.
  • the invention is particularly applicable to heat exchangers whose housing, support plates and parallel ducts have a substantially rectangular cross section.
  • it applies to small heat exchangers such as engine exhaust gas recirculation (EGRC) exchangers.
  • EGRC engine exhaust gas recirculation
  • the gases circulate in a set of tubes or parallel conduits arranged inside a housing and they are cooled by heat exchange with a cooling fluid which circulates outside the gas passage ducts.
  • the tubes are fixed at their ends between two support plates coupled to each end of the housing.
  • the two support plates have a plurality of orifices for accommodating the respective tubes.
  • the gases are supplied by means of a bundle of tubes of the exchanger from an intake duct; insofar as the diameter of the intake duct is less than the diameter of the housing and the tube bundle of the exchanger, there exists between them an intake tank which is discharged progressively.
  • Heat exchangers are known whose housing and support plates have a substantially rectangular cross section.
  • the assembly of the exchanger consists first of all to assemble beforehand the assembly formed by the housing, the plurality of tubes and the support plates. Thereafter, it continues with the application on said assembly of a solder paste, the assembly of gas tanks and the oven welding of the complete heat exchanger.
  • the support plates may have a flange for engaging the contour of the housing, or the support plates are engaged by the housing. It is also possible to use baking or laser welding to join the two components together.
  • protuberances allow the operator to quickly identify the face to be located against the housing, insofar as said face is the one that includes the protuberances.
  • said protuberances also have the function of preventing the relative movement of the support plates relative to the housing during the assembly before the welding in the oven. It is possible to achieve this effect through frictional contact of the protuberances with the peripheral zone of the housing, insofar as these protuberances must be made in an area near the periphery of the support plates.
  • the object of the present invention is to solve the disadvantages mentioned above, by developing a heat exchanger which immobilizes the support plates during assembly and welding of the exchanger.
  • the gas heat exchanger in particular the exhaust gas of an engine, object of the present invention, is of the type comprising a plurality of parallel ducts arranged inside a housing, by means of which the gases in front of being cooled by heat exchange with a cooling fluid circulate, said ducts being coupled between two support plates fixed at both ends of said housing, and the housing and the support plates having a substantially rectangular section;
  • the heat exchanger is characterized in that each support plate comprises protuberances arranged near its peripheral zone, said protuberances comprising reliefs likely to come into contact with a peripheral surface of the housing.
  • the protuberances are arranged symmetrically on each support plate. In this way, it is possible to prevent rotation of said support plates.
  • each support plate comprises at least four protuberances.
  • each support plate comprises six protuberances, four protuberances being disposed at each corner of the support plate and the two remaining protuberances being disposed in the middle zone of two opposite sides.
  • the reliefs of the protuberances are oriented towards the inside of the exchanger to assemble the support plates with the housing.
  • the height of the reliefs is 0.5 mm with a tolerance of +0.1 / -0.2 mm; the diameter of the protuberances is 2 mm with a tolerance of +0 / -0.2 mm; and the distance of the protuberances from the edge of the support plate is approximately 1.05 mm with a tolerance of +0.1 / -0 mm.
  • the heat exchanger 1 consists of a housing 2 which contains a bundle of parallel tubes 3 for the passage of gases to be cooled. Inside the housing 2, outside the tubes 3, a cooling fluid flows from an inlet 4 to an outlet (not shown).
  • the gases to be cooled enter the exchanger 1 from a supply duct 5 and through an intake tank 6, which is discharged progressively.
  • the bundle of tubes 3 is fixed at its ends between two support plates 7 coupled to each end of the case 2, FIG. which is located at the admission level.
  • Each support plate 7 has a plurality of orifices 8 for accommodating the respective tubes 3 (see FIG. 2).
  • each support plate 7 comprises a set of protuberances 9 disposed near its peripheral zone. As shown in FIGS. 3 and 4, said protuberances 9 comprise reliefs 10 oriented towards the inside of the casing 2, capable of coming into contact with a peripheral surface 11 of the casing 2 (see FIG. 1).

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur Echangeur thermique (1) pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, qui comprend une pluralité de conduits parallèles (3) disposés à l'intérieur d'un boîtier (2), au moyen desquels les gaz devant être refroidis par échange thermique avec un fluide de refroidissement circulent, lesdits conduits (3) étant couplés entre deux plaques de support (7) fixées au niveau des deux extrémités dudit boîtier (2), et le boîtier (2) ainsi que les plaques de support (7) présentant une section sensiblement rectangulaire, caractérisé en ce que chaque plaque de support (7) comprend des protubérances disposées à proximité de sa zone périphérique, lesdites protubérances comprenant des reliefs susceptibles d'entrer en contact avec une superficie périphérique (11) du boîtier (2).

Description

  • La présente invention concerne un échangeur thermique pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, du type comprenant une pluralité de conduits parallèles disposés à l'intérieur d'un boîtier, au moyen desquels les gaz devant être refroidis par échange thermique avec un fluide de refroidissement circulent, lesdits conduits étant couplés entre deux plaques de support fixées au niveau des deux extrémités dudit boîtier, et le boîtier ainsi que les plaques de support présentant une section sensiblement rectangulaire.
  • L'invention s'applique tout particulièrement à des échangeurs thermiques dont le boîtier, les plaques de support et les conduits parallèles présentent une section transversale sensiblement rectangulaire. De préférence, elle s'applique à des échangeurs thermiques de petite taille tels que des échangeurs de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur (EGRC).
    • Arrière-plan de l'invention
  • Dans certains échangeurs thermiques pour le refroidissement des gaz, par exemple ceux qui sont utilisés dans des systèmes de recirculation des gaz d'échappement jusqu'à l'admission d'un moteur à explosion, les deux moyens qui effectuent des échanges thermiques sont séparés par une paroi.
  • Plus particulièrement, les gaz circulent dans un ensemble de tubes ou de conduits parallèles disposés à l'intérieur d'un boîtier et ils sont refroidis par échange thermique avec un fluide de refroidissement qui circule en dehors des conduits de passage des gaz.
  • Les tubes sont fixés au niveau de leurs extrémités entre deux plaques de support couplées à chaque extrémité du boîtier. Les deux plaques de support présentent une pluralité d'orifices pour le logement des tubes respectifs.
  • Les gaz sont amenés au moyen d'un faisceau de tubes de l'échangeur à partir d'un conduit d'admission ; dans la mesure où le diamètre du conduit d'admission est inférieur au diamètre du boîtier et du faisceau de tubes de l'échangeur, il existe entre ces derniers un réservoir d'admission qui est évacué progressivement.
  • On connaît des échangeurs thermiques dont le boîtier et les plaques de support présentent une section transversale sensiblement rectangulaire. Dans ce cas, le montage de l'échangeur consiste tout d'abord à assembler au préalable l'ensemble formé par le boîtier, la pluralité de tubes et les plaques de support. Par la suite, on poursuit par l'application sur ledit ensemble d'une pâte de soudure, l'assemblage des réservoirs à gaz et la soudure au four de l'échangeur thermique complet.
  • Dans la pratique, il a été constaté que les plaques de support assemblées au préalable peuvent subir des déplacements non souhaités au cours du montage du reste des composants, dans la mesure où il n'existe ni soudure ni aucune union mécanique entre les plaques de support et le boîtier avant de mener à bien la soudure au four de la totalité de l'échangeur thermique.
  • On connaît certaines solutions permettant d'immobiliser les plaques de support au cours de l'assemblage de l'échangeur thermique ; par exemple, les plaques de support peuvent présenter un rebord destiné à mettre en prise le contour du boîtier, ou encore les plaques de support sont mises en prise par le boîtier. Il est également possible d'utiliser la soudure au four ou la soudure au laser pour unir les deux composants.
  • Dans le cas d'échangeurs thermiques dont le boîtier et les conduits présentent une section sensiblement circulaire, une solution connue consiste à effectuer des protubérances au moyen d'un outil servant de poinçon sur la plaque de support. D'une part, les protubérances permettent à l'opérateur d'identifier rapidement la face qui doit être située contre le boîtier, dans la mesure où ladite face est celle qui comprend les protubérances. D'autre part, lesdites protubérances ont également pour fonction d'éviter le mouvement relatif des plaques de support par rapport au boîtier au cours du montage avant la soudure au four. Il est possible d'obtenir cet effet grâce au contact par frottement des protubérances avec la zone périphérique du boîtier, dans la mesure où ces protubérances doivent être effectuées dans une zone proche de la périphérie des plaques de support.
  • Cependant, dans la pratique, il a été constaté qu'il est très difficile de mécaniser un boîtier présentant une section parfaitement circulaire, dans la mesure où il existe un risque en ce que certaines des protubérances peuvent se trouver en dehors de la zone périphérique du boîtier, ce qui a pour conséquence que les plaques de support se déplacent au cours du montage préalable à la soudure au four.
    • Description de l'invention
  • L'objet de la présente invention est de résoudre les inconvénients mentionnés ci-dessus, en développant un échangeur thermique qui permet d'immobiliser les plaques de support au cours du montage et de la soudure de l'échangeur.
  • L'échangeur thermique pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, objet de la présente invention, est du type comprenant une pluralité de conduits parallèles disposés à l'intérieur d'un boîtier, au moyen desquels les gaz devant être refroidis par échange thermique avec un fluide de refroidissement circulent, lesdits conduits étant couplés entre deux plaques de support fixées au niveau des deux extrémités dudit boîtier, et le boîtier ainsi que les plaques de support présentant une section sensiblement rectangulaire ; l'échangeur thermique est caractérisé en ce que chaque plaque de support comprend des protubérances disposées à proximité de sa zone périphérique, lesdites protubérances comprenant des reliefs susceptibles d'entrer en contact avec une superficie périphérique du boîtier.
  • De cette façon, grâce au frottement produit entre les protubérances et la superficie périphérique du boîtier, il est possible d'éviter tout mouvement non souhaité des plaques de support au cours de l'assemblage et de l'application de la soudure au four de l'échangeur thermique.
  • De manière avantageuse, les protubérances sont disposées de façon symétrique sur chaque plaque de support. De cette façon, il est possible d'empêcher la rotation desdites plaques de support.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque plaque de support comprend au moins quatre protubérances.
  • De préférence, chaque plaque de support comprend six protubérances, quatre protubérances étant disposées au niveau de chaque coin de la plaque de support et les deux protubérances restantes étant disposées dans la zone médiane de deux latérales opposées.
  • De manière avantageuse, les reliefs des protubérances sont orientés vers l'intérieur de l'échangeur pour assembler les plaques de support avec le boîtier.
  • De préférence, la hauteur des reliefs est de 0,5 mm avec une tolérance de +0,1 / -0,2 mm ; le diamètre des protubérances est de 2 mm avec une tolérance de +0 / -0,2 mm ; et la distance des protubérances par rapport au bord de la plaque de support est d'approximativement 1,05 mm avec une tolérance de +0,1 / -0 mm.
    • Brève description des dessins
  • Afin de faciliter la description de ce qui a été exposé précédemment il est fait référence à un certain nombre de dessins sur lesquels, de manière schématique et uniquement à titre d'exemple non limitatif, il est représenté un cas pratique de mode de réalisation de l'échangeur thermique pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, de l'invention, sur lesquels :
    • la figure 1 est une section longitudinale schématique de la zone d'admission d'un échangeur thermique de faisceau de tubes classique ;
    • la figure 2 est une vue de face d'une plaque de support de section rectangulaire de l'échangeur thermique, montrant les protubérances qui immobilisent la plaque de support par rapport au boîtier de l'échangeur ;
    • la figure 3 est une vue latérale de la plaque de support de la figure ; et
    • la figure 4 est une vue large en section transversale d'une protubérance.
    Description d'un mode de réalisation préféré
  • Comme représenté sur la figure 1, l'échangeur thermique 1 est constitué d'un boîtier 2 qui contient un faisceau de tubes 3 parallèles, destinés au passage des gaz devant être refroidis. A l'intérieur du boîtier 2, en dehors des tubes 3, un fluide de refroidissement circule, depuis une admission 4 jusqu'à une évacuation (non représentée).
  • Les gaz devant être refroidis entrent dans l'échangeur 1 à partir d'un conduit d'alimentation 5 et à travers un réservoir d'admission 6, qui est évacué progressivement.
  • Le faisceau de tubes 3 est fixé par ses extrémités entre deux plaques de support 7 couplées à chaque extrémité du boîtier 2, la figure 1 représentant celle qui est située au niveau de l'admission. Chaque plaque de support 7 présente une pluralité d'orifices 8 pour le logement des tubes 3 respectifs (se reporter à la figure 2).
  • De plus, chaque plaque de support 7 comprend un ensemble de protubérances 9 disposées à proximité de sa zone périphérique. Comme représenté sur les figures 3 et 4, lesdites protubérances 9 comprennent des reliefs 10 orientés vers l'intérieur du boîtier 2, susceptibles d'entrer en contact avec une superficie périphérique 11 du boîtier 2 (se reporter à la figure 1).
  • Par la suite, les caractéristiques géométriques des protubérances 9 selon le présent mode de réalisation sont décrites :
    • On effectue six protubérances 9 distribuées de façon symétrique, quatre protubérances 9 étant disposées à chaque coin de la plaque de support 7 et les deux autres protubérances 9 restantes étant disposées dans la zone médiane de deux latérales opposées.
    • Les reliefs 10 des protubérances 9 sont orientés vers l'intérieur de l'échangeur 1 pour assembler les plaques de support 7 avec le boîtier 2.
    • La hauteur des reliefs 10 est de 0,5 mm avec une tolérance de +0,1 / -0,2 mm.
    • Le diamètre des protubérances 9 est de 2 mm avec une tolérance de +0 / -0,2 mm.
    • La distance des protubérances 9 par rapport au bord de la plaque de support 7 est d'approximativement 1,05 mm avec une tolérance de +0,1 / -0 mm.
  • Afin de procéder au montage de l'échangeur thermique 1, il faut tout d'abord procéder à l'assemblage préalable de l'ensemble formé par le boîtier 2, la pluralité de tubes 3 et les plaques de support 7. Par la suite, on procède à l'application sur ledit ensemble d'une pâte de soudure, l'assemblage des réservoirs à gaz 6 et la soudure au four de l'échangeur thermique 1 complet.
  • Grâce au frottement produit entre les protubérances 9 et la superficie périphérique 11 du boîtier 2, il est possible d'immobiliser les plaques de support 7, évitant tout déplacement non souhaité desdites plaques 7 au cours dudit assemblage préalable, ainsi qu'au cours du montage du reste des composants et de la soudure au four finale.

Claims (8)

  1. Echangeur thermique (1) pour gaz, en particulier les gaz d'échappement d'un moteur, qui comprend une pluralité de conduits parallèles (3) disposés à l'intérieur d'un boîtier (2), au moyen desquels les gaz devant être refroidis par échange thermique avec un fluide de refroidissement circulent, lesdits conduits (3) étant couplés entre deux plaques de support (7) fixées au niveau des deux extrémités dudit boîtier (2), et le boîtier (2) ainsi que les plaques de support (7) présentant une section sensiblement rectangulaire, caractérisé en ce que chaque plaque de support (7) comprend des protubérances (9) disposées à proximité de sa zone périphérique, lesdites protubérances (9) comprenant des reliefs (10) susceptibles d'entrer en contact avec une superficie périphérique (11) du boîtier (2).
  2. Echangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les protubérances (9) sont disposées de façon symétrique sur chaque plaque de support (7).
  3. Echangeur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque plaque de support (7) comprend au moins quatre protubérances (9).
  4. Echangeur (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque plaque de support (7) comprend six protubérances (9), quatre protubérances (9) étant disposées au niveau de chaque coin de la plaque de support (7) et les deux protubérances (9) restantes étant disposées dans la zone médiane de deux latérales opposées.
  5. Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les reliefs (10) des protubérances (9) sont orientés vers l'intérieur de l'échangeur (1) pour assembler les plaques de support (7) avec le boîtier (2).
  6. Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur des reliefs (10) est de 0,5 mm avec une tolérance de +0,1 / -0,2 mm.
  7. Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des protubérances (9) est de 2 mm avec une tolérance de +0 / -0,2 mm.
  8. Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance des protubérances (9) par rapport au bord de la plaque de support (7) est d'approximativement 1,05 mm avec une tolérance de +0,1 / -0 mm.
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