FR2935475A1 - Echangeur de chaleur pour le refroidissement d'un fluide, en particulier des gaz d'echappement recircules d'un moteur thermique - Google Patents

Abstract

Un échangeur de chaleur (10) comprend un boîtier (12) muni d'une entrée de fluide (14) pour un fluide à refroidir, d'une sortie de fluide (16) pour le fluide refroidi, d'une première entrée de fluide (18) pour admettre une première fraction (F1) d'un fluide de refroidissement à une première température, une deuxième entrée de fluide (20) pour admettre une deuxième fraction (F2) du même fluide de refroidissement à une deuxième température supérieure à la première température, ainsi qu'une sortie de fluide commune (22) pour évacuer en même temps la première fraction (F1) et la deuxième fraction (F2) du fluide de refroidissement. L'invention s'applique en particulier au refroidissement des gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique de véhicule automobile.

Description

Échangeur de chaleur pour le refroidissement d'un fluide, en particulier des gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur pour le refroidissement d'un fluide tel que, par exemple, 10 les gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type qui comprennent un boîtier muni d'une entrée de fluide pour le fluide à refroidir, d'une sortie de fluide pour le fluide 15 refroidi et de moyens de circulation de fluide entre l'entrée de fluide et la sortie de fluide, ainsi que de moyens de circulation pour un fluide de refroidissement qui échange de la chaleur avec le fluide à refroidir à l'intérieur du boîtier. 20 Pour refroidir et augmenter la densité de l'air de suralimentation d'un moteur à combustion interne, il est connu d'avoir recours à un refroidisseur d'air de suralimentation dans lequel un liquide tel que de l'eau est 25 utilisé comme fluide caloporteur.

Par ailleurs, pour réduire les émissions polluantes d'un moteur à combustion interne, il est connu de prélever une partie des gaz d'échappement pour les réinjecter dans l'air 30 frais d'admission. Pour assurer un remplissage correct des cylindres du moteur et protéger les éléments de la ligne d'admission, ces gaz sont alors refroidis par des échangeurs à eau, appelés refroidisseurs de gaz d'échappement recirculés. 35 Pour réinjecter des gaz d'échappement chauds avec un débit suffisant, tout en limitant les conduits de circulation, il est connu de prélever des gaz d'échappement à haute pression dans le collecteur d'échappement du moteur, de les refroidir à l'aide d'un échangeur à eau appelé refroidisseur de gaz d'échappement à haute pression, et de les réinjecter dans le collecteur d'admission du moteur. Il est connu aussi de court-circuiter cet échangeur de chaleur pour réchauffer plus vite le moteur au démarrage.

De plus, pour réinjecter des gaz d'échappement propres et froids, il est connu de prélever des gaz d'échappement à basse pression après un filtre à particules, de les refroidir à l'aide d'un échangeur à eau appelé refroidisseur de gaz d'échappement à basse pression, et de les réinjecter en amont du turbo-compresseur qui fournit l'air de suralimentation. Il est connu de refroidir ces différents échangeurs de chaleur avec un circuit de refroidissement indépendant du circuit de refroidissement du moteur. Ce circuit indépendant est couramment appelé circuit Basse Température (ou circuit BT) en référence à une température de liquide de refroidissement plus faible que celle du circuit Haute Température (ou circuit HT). Il est connu de refroidir tous les échangeurs de chaleur en parallèle ou tous les échangeurs de chaleur en série.

Par ailleurs, il est connu d'après la publication WO 2005/073535 de refroidir les gaz d'échappement recirculés par deux fluides différents. Le début de l'échange de chaleur est assuré par le liquide à Haute Température issu du bloc moteur, tandis que la fin de l'échange de chaleur est assurée par le liquide à Basse Température issu de la boucle à Basse Température (boucle BT). Les gaz d'échappement recirculés sont alors refroidis par deux échangeurs de chaleur distincts.

Il est en outre connu de réaliser les échangeurs de chaleur pour refroidir les gaz d'échappement recirculés selon différentes techniques, en particulier selon une technique à plaques et intercalaires, et selon une technique à tubes.

Un échangeur de chaleur du type mentionné plus haut doit posséder des performances thermiques élevées. Il doit être capable, spécialement dans le cas du refroidissement des gaz d'échappement recirculés, de refroidir des gaz qui pénètrent dans le boîtier à une température pouvant atteindre 900°C, par exemple.

Dans les circuits de refroidissement classiques, le liquide de refroidissement qui traverse le radiateur traverse également les différents échangeurs de chaleur mentionnés ci-dessus.

Si les échangeurs de chaleurs sont refroidis en parallèle, cela demande un débit total très important du liquide de refroidissement, et l'efficacité du radiateur en est réduite d'autant. 25 D'autre part, si les échangeurs de chaleur sont en série, cela crée des pertes de charges importantes au niveau du liquide de refroidissement, et donc des besoins importants de compression au niveau de la pompe du circuit. De plus, 30 l'échange thermique au niveau de chaque échangeur va être réduit, le fluide caloporteur s'échauffant après chaque échangeur.

Habituellement, les échangeurs de chaleur du type mentionné 35 en introduction comportent une seule entrée et une seule sortie pour le fluide de refroidissement. Il en résulte que ces échangeurs de chaleur, notamment dans le cas du 20 refroidissement des gaz d'échappement recirculés, ont un bon échange thermique dans une première partie de l'échangeur, puis cet échange se détériore au fur et à mesure que la différence de température diminue entre les gaz et le fluide de refroidissement.

Refroidir des gaz d'échappement recirculés avec deux fluides différents, comme enseigné par la publication WO 2005/073535, nécessite un circuit complexe avec de nombreuses connexions et deux échangeurs distincts, ce qui augmente la complexité et donc le coût.

L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.

Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, lequel comprend une première entrée de fluide pour admettre une première fraction du fluide de refroidissement, à une première température, une deuxième entrée de fluide pour admettre une deuxième fraction du même fluide de refroidissement, à une deuxième température supérieure à la première température, ainsi qu'une sortie de fluide commune pour évacuer en même temps la première fraction et la deuxième fraction du fluide de refroidissement.

Avantageusement, l'entrée de fluide et la sortie de fluide sont prévues ou concernent un gaz, et elles constituent ainsi respectivement une entrée de gaz et une sortie de gaz. Dans la suite de la description, on considèrera le fluide entrant et sortant comme étant un gaz.

Le refroidissement du gaz s'effectue ainsi par les débits de la première fraction et de la deuxième fraction au sein d'un même échangeur de chaleur, donc par un débit plus important, ce qui permet de meilleures performances thermiques.

Comme le fluide de refroidissement est généralement un liquide, tel que de l'eau, ce débit plus important permet d'éviter une ébullition du liquide et donc la création de bulles de gaz au sein du liquide. Ces bulles de gaz sont préjudiciables à un bon refroidissement et elles sont en plus susceptibles de créer un certain nombre de problèmes, notamment des points chauds sur la culasse du moteur, lorsque ce liquide sert aussi au refroidissement d'un tel moteur.

Le fait de pouvoir refroidir les gaz entrants par les débits des deux fractions du fluide de refroidissement est particulièrement avantageux dans le cas de gaz d'échappement recirculés qui pénètrent dans le boîtier à une température élevée, comme rappelé plus haut.

En outre, la structure de l'échangeur de chaleur est simplifiée car elle ne comporte que deux entrées et une 20 seule sortie pour le fluide de refroidissement.

Dans une première forme générale de réalisation de l'invention, le boîtier présente une configuration allongée, l'entrée de gaz et la sortie de gaz étant situées 25 respectivement à deux extrémités opposées du boîtier pour que les gaz suivent un parcours sensiblement rectiligne entre l'entrée de gaz et la sortie de gaz.

Dans une deuxième forme générale de réalisation de 30 l'invention, le boîtier présente une configuration allongée, l'entrée de gaz et la sortie de gaz étant situées à une même extrémité du boîtier, un retour étant prévu à une autre extrémité du boîtier pour que les gaz suivent un parcours sensiblement en forme de U entre l'entrée de gaz 35 et la sortie de gaz.

Dans une première variante, la première entrée de fluide est située dans une première zone du boîtier située du côté de la sortie de gaz, la deuxième entrée de fluide est située dans une deuxième zone du boîtier située entre l'entrée de gaz et la première zone, et la sortie de fluide commune est située dans une troisième zone du boîtier située du côté de l'entrée de gaz.

Ceci permet de bénéficier d'un débit cumulé de la première fraction et de la deuxième fraction de fluide de refroidissement dans la troisième zone du boîtier où les gaz sont à une température plus élevée.

De ce fait, les gaz entrants sont refroidis d'abord par le débit cumulé de la première et de la deuxième fraction, c'est-à-dire précisément à l'endroit où les gaz à refroidir sont le plus chaud.

Ce refroidissement des gaz entrants s'effectue par un mélange de la première et de la deuxième fraction, c'est-à-dire à une température intermédiaire entre la première température et la deuxième température mentionnées précédemment. Ensuite, les gaz qui ont été refroidis dans cette troisième zone sont refroidis dans une deuxième zone par la deuxième fraction du fluide de refroidissement et enfin dans la première zone par la première fraction du fluide de refroidissement qui se trouve à la température la plus basse.

Dans une deuxième variante, la première zone du boîtier est située du côté de la sortie de gaz, la deuxième zone du boîtier est située du côté de l'entrée de gaz, et la troisième zone du boîtier est située entre la première zone et la deuxième zone.35 Cette variante permet d'utiliser les débits respectifs des deux fractions de fluide, mais sans cumul de ces débits comme dans la variante précédente.

L'échangeur de chaleur de l'invention peut être réalisé par des techniques en soi connues, en particulier selon la technique à tubes, ou selon la technique à plaques et intercalaires.

L'échangeur de chaleur de l'invention est avantageusement réalisé sous la forme d'un refroidisseur pour les gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique, mais il peut aussi être utilisé dans d'autres applications qui nécessitent le refroidissement d'un fluide (le même principe peut être utilisé pour l'huile, le réfrigérant, etc .) .

Dans l'invention, le fluide de refroidissement est de préférence le liquide de refroidissement d'un moteur 20 thermique de véhicule automobile.

Sous un autre aspect, l'invention concerne un circuit de refroidissement parcouru par un fluide de refroidissement, et comprenant un échangeur de chaleur tel que défini 25 précédemment.

Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :

30 - la figure 1 est un schéma de principe d'un échangeur de chaleur selon l'invention, illustrant les différentes zones de refroidissement ;

- la figure 2 est une vue en perspective d'un échangeur de 35 chaleur comportant un boîtier allongé et réalisé selon une technique à tubes ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale de l'échangeur de chaleur de la figure 2 ;

- la figure 4 est une vue en perspective d'une plaque 5 supérieure propre à faire partie d'un empilement de plaques dans un échangeur de chaleur selon l'invention ;

- la figure 5 est une vue en perspective d'une plaque inférieure propre à être assemblée avec la plaque 10 supérieure de la figure 4 ;

- la figure 6 montre l'assemblage de la plaque supérieure de la figure 4 et de la plaque inférieure de la figure 5 ;

15 - la figure 7 est une vue schématique d'un échangeur de chaleur selon l'invention réalisé selon une technique à circulation en U des gaz ;

- la figure 8 représente schématiquement une partie d'un 20 circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile incorporant un échangeur de chaleur selon l'invention ;

- la figure 9 est une vue schématique d'un échangeur de 25 chaleur analogue à celui de la figure 7 ;

- la figure 10 est une vue analogue à la figure 9 montrant la circulation du fluide de refroidissement ;

30 - la figure 11 est une vue analogue à la figure 9 montrant la circulation du gaz à refroidir ; et

- la figure 12 illustre un exemple de réalisation de l'échangeur de chaleur de la figure 9 sous la forme d'un 35 échangeur à tubes.

La figure 1 représente schématiquement un échangeur de chaleur 10 pour le refroidissement de gaz, comprenant un boîtier 12 muni d'une entrée de gaz 14 à une extrémité et d'une sortie de gaz 16 à une autre extrémité. Entre l'entrée et la sortie, les gaz traversent le boîtier sur toute sa longueur, comme indiqué par les flèches G.

Dans l'exemple, les gaz traversent le boîtier selon un parcours linéaire et sont refroidis dans le boîtier par un 10 fluide de refroidissement.

Le boîtier comprend une première entrée de fluide 18 pour admettre une première fraction F1 du fluide de refroidissement, à une première température T1 dans une 15 première zone Z1 du boîtier située du côté de la sortie de gaz 16. L'échangeur comprend en outre une deuxième entrée de fluide 20 pour admettre une deuxième fraction F2 du même fluide de refroidissement, à une température T2 supérieure à la première température T1, dans une deuxième zone Z2 du 20 boîtier située entre l'entrée de gaz 14 et la première zone Z1.

Le boîtier comprend en outre une sortie de fluide commune 22 située dans une troisième zone Z3 du boîtier située du 25 côté de l'entrée de gaz 14, entre cette entrée de gaz et la deuxième zone Z2 pour évacuer en même temps la première fraction F, et la deuxième fraction F2 du fluide de refroidissement.

30 Ceci permet de bénéficier d'un débit cumulé de la première fraction F, et de la deuxième fraction F2 du fluide de refroidissement dans la troisième zone Z3 du boîtier où les gaz entrants sont à une température plus élevée.

Le fluide de refroidissement est avantageusement constitué par le liquide de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile.

Dans l'application particulière à un refroidisseur des gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique, les gaz pénètrent dans l'entrée 14 à une température de l'ordre de 900°C. A titre d'exemple, les températures T1 et T2 peuvent être respectivement de l'ordre de 50°C et 80°C, ces valeurs étant données à titre purement indicatif. Le mot température entend s'appliquer aussi à des intervalles ou plages de température.

Dans ces conditions, les gaz sont refroidis en premier lieu par le débit cumulé des fractions F1 et F2, donc par un débit plus élevé, ce qui permet d'éviter l'ébullition du fluide de refroidissement lorsque ce dernier est un liquide tel que de l'eau. Ensuite, les gaz sont refroidis davantage dans la zone Z2 par la fraction F2 à la température T2 et enfin dans la zone Z1 par la fraction F1 à la température T1, qui est la plus basse, ce qui permet de refroidir davantage les gaz qui quittent ensuite l'échangeur de chaleur 10.

Dans la forme de réalisation de la figure 2, le boîtier 12 présente une configuration allongée, l'entrée de gaz 14 et la sortie de gaz 16 étant situées respectivement à deux extrémités opposées du boîtier, suivant une même direction, pour que les gaz suivent un parcours sensiblement rectiligne entre l'entrée de gaz et la sortie de gaz. L'entrée 14 et la sortie 16 sont raccordées respectivement à un collecteur d'entrée 24 et à un collecteur de sortie 26 de section sensiblement rectangulaire (tout autre forme ou type de sections pourra bien entendu être envisagés), entre lesquels est montée une paroi de boîtier 28 de forme générale parallélépipédique qui délimite une enceinte pour la circulation du fluide de refroidissement.

Sur l'un de ses côtés longitudinaux, la paroi 28 comporte trois bossages 30, 32 et 34 qui portent respectivement les entrées de fluide 18 et 20 et la sortie de fluide commune 22. Sur un autre côté longitudinal de la paroi 28 sont formés deux bossages 35 et 36, lesquels sont reliés par un conduit de transfert 38 qui longe extérieurement le boîtier.

Comme on le voit sur la vue en coupe schématique de la figure 3, le boîtier 12 loge un faisceau de tubes 40 rectilignes et parallèles qui débouchent à une extrémité dans l'entrée de gaz 14 et à une autre extrémité dans la sortie de gaz 16 pour être traversés par les gaz comme indiqué par les flèches et être balayés extérieurement par la première fraction F1 et la deuxième fraction F2 du fluide de refroidissement. Les tubes 40 débouchent d'une part dans une plaque à tubes 42 du collecteur 24 et d'autre part dans une plaque à tubes 44 du collecteur 26.

Le boîtier 12 délimite intérieurement une première chambre correspondant à la première zone Z1 et dans laquelle débouche la première entrée 18 de fluide de refroidissement et une deuxième chambre 48 séparée de la première chambre 46 par une cloison transversale 50. La deuxième chambre 48 correspond à la deuxième zone Z2 et à la troisième zone Z3. Dans la deuxième chambre 48 débouchent la deuxième entrée de fluide 20 et la sortie de fluide commune 22. Le conduit de transfert 38 relie la première chambre 46 et la deuxième chambre 48 pour évacuer la première fraction F1 du fluide de refroidissement provenant de la première zone Z1 vers la troisième zone Z3.

Comme on le voit sur la figure 3, la première entrée de fluide 18 débouche dans la première chambre 46 du côté de la sortie de gaz 16, tandis que la deuxième entrée de fluide 20 débouche dans la deuxième chambre 48 du côté de la cloison 50. Le conduit de transfert 38 débouche dans la première chambre 46 du côté de la cloison 50 et dans la deuxième chambre 48 du côté de l'entrée de gaz 14. La chambre 46 est délimitée à ses deux extrémités par la cloison 50 et la plaque à tubes 44, tandis que la chambre 48 est délimitée à ses deux extrémités par la cloison 50 et par la plaque à tubes 42.

L'échangeur de chaleur des figures 2 et 3 permet d'obtenir un refroidissement des gaz par circulation à contre-courant du liquide de refroidissement, avec un débit cumulé des deux fractions F1 et F2 dans la première zone Z3 qui se situe immédiatement après la plaque à tubes 42 et qui reçoit les gaz les plus chauds.

Le corps de l'échangeur de chaleur peut être réalisé par d'autres techniques, par exemple par une technique à plaques et intercalaires.

La figure 4 montre un exemple d'une plaque supérieure 52 réalisée par emboutissage et pliage et qui comprend un fond 54 sensiblement plat de contour rectangulaire, entouré par un bord périphérique 56 en saillie, c'est-à-dire un bord relevé. Sur les deux grands côtés du rectangle de la plaque sont formés deux bords longitudinaux 58 pliés en U et deux bords transversaux 60 non pliés. La plaque 52 comporte une première cloison 62 formée en surépaisseur et présentant une branche 64 parallèle aux bords transversaux 60 et une branche 66 parallèle à l'un des bords longitudinaux 58 La branche 64 se raccorde à l'un des bords longitudinaux 58, tandis que la branche 66 aboutit à distance de l'un des bords transversaux 60. En outre, la plaque 52 comporte une deuxième cloison 68 formée en surépaisseur et parallèle aux bords transversaux 60, qui est située à faible distance de l'un de ces derniers. La cloison 68 s'étend en direction de la branche 66, sans atteindre cette dernière.

Le bord 56 et les cloisons 62 et 68 sont formées en surépaisseur d'un même côté du fond 54, c'est-à-dire vers le haut sur la figure 4, tandis que les bords longitudinaux 58 sont pliés du côté opposé, c'est-à-dire vers le bas de la figure 4. Par ailleurs, la plaque comporte trois bossages 70, 72 et 74 qui correspondent respectivement à la première entrée de fluide 18, la deuxième entrée de fluide 20 et la sortie de fluide commune 22. Ces bossages sont creux et s'étendent vers le bas de la figure 4.

La plaque supérieure 52 est destinée à coopérer avec une plaque inférieure 76 homologue, telle que représentée sur la figure 5, qui présente la même forme, mais dans laquelle le bord 56 et les cloisons 62 et 68 sont formées en surépaisseur du côté opposé, donc vers le bas de la figure 5, alors que les bords longitudinaux 58 font saillie vers le haut.

Les plaques 58 et 76 une fois assemblées, comme montré sur la figure 6, délimitent entre elles un passage 78 pour la circulation des gaz à refroidir. À l'intérieur de ce passage, peut être prévu le cas échéant un intercalaire ondulé (non représenté).

La plaque supérieure 58 est destinée aussi à recevoir, au-dessus d'elle, une plaque inférieure 76. Lorsque deux plaques sont ainsi assemblées, leurs bords périphériques respectifs 56 sont jointifs, de même que leurs cloisons respectives 62 et 68, ce qui permet de définir une lame de circulation qui peut recevoir la première fraction F1 du fluide de refroidissement par le bossage 70, la deuxième fraction F2 du fluide de refroidissement par le bossage 72 et qui peut ensuite évacuer le débit commun des deux fractions par le bossage 74.

Ainsi, l'empilement des plaques 52 et 76 de forme allongée, regroupées par paires, permet de définir des lames de circulation pour la première fraction F1 et la deuxième fraction F2 du fluide de circulation, tout en communiquant chacune avec la première entrée de fluide 18 (par le bossage 70) et avec la deuxième entrée de fluide 20 (par le bossage 72). Ces lames alternent avec les passages de circulation 78 qui débouchent à une extrémité dans l'entrée de gaz 14 et à une autre extrémité dans la sortie de gaz 16.

Chaque paire de plaques délimite ainsi une première chambre 80 (figure 6) correspondant à la première zone Z1 et dans laquelle débouche la première entrée 18 de fluide de refroidissement (via le bossage 70), et une deuxième chambre 82 séparée de la première chambre et correspondant à la deuxième zone Z2 et à la troisième zone Z3.

Dans cette deuxième chambre 82 débouchent la deuxième entrée de fluide 20 (via le bossage 72) et la sortie de fluide commune 22 (via le bossage 74). Un conduit de transfert 84 s'étend entre la première chambre et la deuxième chambre pour évacuer la première fraction F1 du fluide de refroidissement provenant de la première zone Z1 vers la troisième zone Z3. Ici, la première chambre 80 et la deuxième chambre 82 sont séparées par la cloison 62 qui contribue à délimiter le conduit de transfert 84. La deuxième cloison 68 est logée dans la deuxième chambre 82 et elle contribue à délimiter la deuxième zone Z2 et la troisième zone Z3. La circulation du fluide de refroidissement est symbolisée par des flèches sur la figure 6.

La première entrée de fluide 18 débouche dans la première chambre 80 du côté de la sortie de gaz, tandis que la deuxième entrée de fluide 20 débouche dans la deuxième chambre 82 du côté de la première cloison 62, alors que la sortie de fluide commune 22 débouche entre la deuxième cloison 68 et l'entrée de gaz.

On se réfère maintenant à la figure 7 dans laquelle le boîtier 12 présente une configuration allongée, l'entrée de gaz 14 et la sortie de gaz 16 étant situées à une même extrémité 86, un retour 88 étant prévu à une autre extrémité 90 du boîtier pour que les gaz suivent un parcours sensiblement en forme de U entre l'entrée de gaz et la sortie de gaz.

Le boîtier délimite une première chambre 92 située du côté de la sortie de gaz 16, c'est-à-dire s'étendant entre le retour 88 et cette sortie de gaz 16. Cette première chambre 92 correspond à la première zone Z1 et dans cette première chambre débouche la première entrée 18 de fluide de refroidissement pour la fraction F1.

Le boîtier délimite en outre une deuxième chambre 94 séparée de la première chambre 92 et parallèle à cette dernière. La chambre 94 est située du côté de l'entrée de gaz 14, c'est-à-dire qu'elle s'étend entre l'entrée de gaz et le retour 88. Cette deuxième chambre 94 correspond à la deuxième zone Z2 et à la troisième zone Z3. Dans cette deuxième chambre 94 débouchent la deuxième entrée de fluide 20 pour la fraction F2 et la sortie de fluide commune 22. Par ailleurs, et par analogie aux formes de réalisation précédentes, un conduit de transfert 96 relie la première chambre 92 et la deuxième chambre 94 pour évacuer la première fraction F1 du fluide de refroidissement provenant de la première zone Z1 vers la troisième zone Z3.

La première entrée de fluide 18 débouche dans la première chambre 92 du côté de la sortie de gaz 16, la deuxième entrée de fluide 20 débouche dans la deuxième chambre 94 du côté du retour 88, tandis que le conduit de communication 96 débouche dans la première chambre 92 du côté du retour 88 et dans la deuxième chambre 94 du côté de l'entrée de gaz 14.

L'échangeur de chaleur à circulation en U de la figure 7 peut être réalisé selon les techniques connues, par exemple à tubes, ou à plaques et intercalaires. L'échangeur de chaleur représenté dans les figures précédentes constitue avantageusement un refroidisseur pour30 les gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique de véhicule automobile.

La figure 8 montre une partie d'un circuit de refroidissement 100 d'un moteur thermique de véhicule automobile. Le circuit 100 comprend une ligne principale 102 parcourue par un fluide de refroidissement, ici le liquide de refroidissement du moteur, sous l'action d'une pompe 104.

En amont de la pompe 104 est placé un radiateur 106 servant classiquement au refroidissement du moteur. La ligne principale 102, qui forme une boucle fermée, se divise en aval de la pompe 104 en une première ligne secondaire 108 contenant un échangeur de chaleur 110 et en une deuxième ligne secondaire 112 contenant un autre échangeur de chaleur 114. La première ligne 108 délivre, à sa sortie, une première fraction F1 du fluide de refroidissement à une première température T1r tandis que la deuxième ligne secondaire 112 délivre à sa sortie une deuxième fraction F2 du même fluide de refroidissement, mais à une deuxième température T2 supérieure à la première température T1. Les ligne secondaires 108 et 112 sont reliées respectivement à la première entrée 18 et à la deuxième entrée 20 d'un échangeur de chaleur 110 selon l'invention. Ces deux fractions quittent ensuite l'échangeur par une sortie commune 22 de l'échangeur de chaleur 10 qui est reliée à la ligne principale 102 en amont du radiateur 106.

L'échangeur de chaleur 10 du circuit 100 est avantageusement un refroidisseur de gaz d'échappement recirculés. 18 L'échangeur de chaleur des figures 9 à 12 s'apparente à celui de la figure 7 et les éléments communs sont désignés par les mêmes références numériques. Le boîtier 12 délimite une première chambre 116 située du côté de la sortie de gaz 5 16 et correspondant à une première zone Z1 du boîtier et dans laquelle débouche la première entrée 18 de fluide de refroidissement. Le boîtier délimite en outre une deuxième chambre 118 séparée de la première chambre 116 et située du côté de l'entrée de gaz 14, correspondant à une deuxième 10 zone Z2 et à une troisième zone Z3 du boîtier, et dans laquelle débouchent la deuxième entrée de fluide 20 et la sortie de fluide commune 22. Une cloison de séparation 120 munie d'une ouverture de communication 122 (figure 12) est prévue entre la première chambre 116 et la deuxième chambre 15 118. Dans la réalisation de la figure 12 l'échangeur comprend une multiplicité de tubes 124 qui sont parcourus par le gaz G à refroidir.

Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 9, la 20 première entrée de fluide 18 débouche dans la première chambre 116 du côté de la sortie de gaz 16, la deuxième entrée de fluide 20 débouche dans la deuxième chambre 118 du côté de l'entrée de gaz 14, tandis que la conduite de sortie commune 22 débouche dans la deuxième chambre 118 du 25 côté du retour 88. Par conséquent, et contrairement à la forme de réalisation de la figure 7, le gaz est d'abord refroidi par la fraction F2 à la température T2 et ensuite par la fraction F1 à la température Ti en suivant un parcours en U (figure 11). Dans cette réalisation, les deux 30 fractions du fluide de refroidissement ne se mélangent pas et sont évacuées ensemble par la sortie commune 22 qui est située à l'extrémité de la chambre 118 avant le retour (figure 10).

La fraction F1 est avantageusement une fraction à basse température et la fraction F2 une fraction à haute température. Ces deux fractions peuvent provenir d'un échangeur appelé multiradiateur qui délivre une fraction de fluide à haute température et une fraction de fluide à basse température. Un exemple d'un tel échangeur ne sera pas décrit ici s'agissant d'un élément connu de la technique antérieure.

Cependant, l'échangeur de chaleur des figures 9 à 12 pourrait aussi être couplé à un circuit du type de la figure 8.

Ainsi, dans la forme de réalisation des figures 9 à 12, les deux fractions de fluide ne se mélangent pas dans une chambre ou une passe commune avant leur sortie par la sortie commune 22. Contrairement aux formes de réalisation précédentes, le gaz n'est pas d'abord refroidi par le débit cumulé des deux fractions de fluide, mais d'abord par la fraction F2 puis par la fraction F1.

Dans ce type de structure de l'échangeur, à savoir une structure en U, afin de réaliser la nori-mixion/mélange des fractions F1 et F2, un conduit, non représenté sur les figures 9 à 11 mais visible schématiquement sur la figure 12, est prévu dans la chambre 116 ou 118, en fonction de l'emplacement de la sortie commune 22 (placée du côté de l'entrée 18 de la fraction F1 ou du côté de l'entrée 20 de la fraction F2), de manière à conduire respectivement la fraction F1 ou F2, directement et sans mélange préalable avec l'autre fraction F1 ou F2, à la sortie commune 22.

On comprendra que l'échangeur de l'invention peut être réalisé selon différentes variantes, avec des techniques du type à tubes ou des techniques du type à plaques et intercalaires, ou encore avec d'autres techniques. La circulation des gaz à refroidir peut s'effectuer selon un parcours linéaire, selon un parcours en U, ou encore selon d'autres types de parcours.

L'invention trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles. La principale application envisagée est celle des refroidisseurs des gaz d'échappement recirculés, mais l'invention peut s'appliquer aussi à d'autres types d'échangeurs de chaleur, par exemple pour le refroidissement de l'air de suralimentation d'un moteur à turbo-compresseur.

Claims (20)

1. Revendications1. Échangeur de chaleur pour le refroidissement d'un fluide, comprenant un boîtier (12) muni d'une entrée de fluide (14) pour le fluide à refroidir, d'une sortie de fluide (16) pour le fluide refroidi et de moyens de circulation de fluide entre l'entrée de fluide et la sortie de fluide, ainsi que de moyens de circulation pour un fluide de refroidissement qui échange de la chaleur avec le fluide à refroidir à l'intérieur du boîtier, caractérisé en ce qu'il comprend une première entrée de fluide (18) pour admettre une première fraction (F1) du fluide de refroidissement, à une première température (Ti), une deuxième entrée de fluide (20) pour admettre une deuxième fraction (F2) du même fluide de refroidissement, à une deuxième température (T2) supérieure à la première température (Ti), ainsi qu'une sortie de fluide commune (22) pour évacuer en même temps la première fraction (F1) et la deuxième fraction (F2) du fluide de refroidissement.
2. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée de fluide (14) et la sortie de fluide (16) sont prévues ou concernent un gaz et constituent respectivement une entrée de gaz et une sortie de gaz.
3. 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (12) présente une configuration allongée et ce que l'entrée de gaz (14) et la sortie de gaz (16) sont situées respectivement à deux extrémités opposées du boîtier (12) pour que les gaz suivent un parcours sensiblement rectiligne entre l'entrée de gaz et la sortie de gaz.
4. 4. Échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le boîtier (12) loge un faisceau de 21tubes rectilignes (40) qui débouchent à une extrémité dans l'entrée de gaz (14) et à l'autre extrémité dans la sortie de gaz (16) pour être traversés par les gaz et être balayés extérieurement par la première fraction (F1) et la deuxième fraction (F2) du fluide de refroidissement.
5. 5. Échangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boîtier (12) délimite une première chambre (46) correspondant à une première zone (Z1) du boîtier et dans laquelle débouche la première entrée (18) de fluide de refroidissement et une deuxième chambre (48) séparée de la première chambre (46), correspondant à une deuxième zone (Z2) et à une troisième zone (Z3) du boîtier, et dans laquelle débouchent la deuxième entrée de fluide (20) et la sortie de fluide commune (22), un conduit de transfert (38) étant prévu entre la première chambre (46) et la deuxième chambre (48) pour évacuer la première fraction (F1) du fluide de refroidissement provenant de la première zone (Z1) vers la troisième zone (Z3).
6. 6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première chambre (46) et la deuxième chambre (48) sont séparées par une cloison (50), en ce que la première entrée de fluide (18) débouche dans la première chambre (46) du côté de la sortie de gaz (16), en ce que la deuxième entrée de fluide (20) débouche dans la deuxième chambre (48) du côté de la cloison (50), et en ce que le conduit de transfert (38) débouche dans la première chambre (46) du côté de la cloison (50) et dans la deuxième chambre (48) du côté de l'entrée de gaz (14).
7. 7. Échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le boîtier (12) loge un empilement de plaques (52, 54) de forme allongée qui sont regroupées par paires pour définir des lames de circulation pour la première fraction (F1) et la deuxième fraction (F2) du fluide de refroidissement et qui communiquent chacune avecla première entrée de fluide (14), les dites lames alternant avec des passages de circulation des gaz (78) qui débouchent à une extrémité dans l'entrée de gaz (14) et à l'autre extrémité dans la sortie de gaz (16).
8. 8. Échangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque paire de plaques délimite une première chambre (80) correspondant à une première zone (Z1) du boîtier et dans laquelle débouche la première entrée (18) de fluide de refroidissement et une deuxième chambre (82) séparée de la première chambre (80), correspondant à une deuxième zone (Z2) et à une troisième zone (Z3) du boîtier, et dans laquelle débouchent la deuxième entrée de fluide (20) et la sortie de fluide commune (22), un conduit de transfert (84) étant prévu entre la première chambre (80) et la deuxième chambre (82) pour évacuer la première fraction (F1) du fluide de refroidissement provenant de la première zone (Z1) vers la troisième zone (Z3).
9. 9. Échangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première chambre (80) et la deuxième chambre (82) sont séparées par une première cloison (62) qui contribue à délimiter le conduit de transfert (84), en ce que la deuxième chambre (82) loge une deuxième cloison (68) qui contribue à délimiter la deuxième zone (Z2) et la troisième zone (Z3) , en ce que la première entrée de fluide (18) débouche dans la première chambre (80) du côté de la sortie de gaz (16), en ce que la deuxième entrée de fluide (20) débouche dans la deuxième chambre (82) du côté de la première cloison (62), et en ce que la sortie de fluide commune (22) débouche entre la deuxième cloison (68) et l'entrée de gaz (14).
10. 10. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (12) présente une configuration allongée, et en ce que l'entrée de gaz (14)et la sortie de gaz (16) sont situées à une même extrémité (86) du boîtier, un retour (88) étant prévu à l'autre extrémité (88) du boîtier pour que les gaz suivent un parcours sensiblement en forme de U entre l'entrée de gaz et la sortie de gaz.
11. 11. Échangeur de chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le boîtier délimite une première chambre (92) située du côté de la sortie de gaz (16) et correspondant à une première zone (Z1) du boîtier et dans laquelle débouche la première entrée (18) de fluide de refroidissement et une deuxième chambre (94) séparée de la première chambre (92) et située du côté de l'entrée de gaz (14), correspondant à une deuxième zone (Z2) et à une troisième zone (Z3) du boîtier, et dans laquelle débouchent la deuxième entrée de fluide (20) et la sortie de fluide commune (22), un conduit de transfert (96) étant prévu entre la première chambre (92) et la deuxième chambre (94) pour évacuer la première fraction (F1) du fluide de refroidissement provenant de la première zone (Z1) vers la troisième zone (Z3).
12. 12. Échangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première entrée de fluide (18) débouche dans la première chambre (92) du côté de la sortie de gaz (16), en ce que la deuxième entrée de fluide (20) débouche dans la deuxième chambre (94) du côté du retour (88), et en ce que le conduit de transfert (96) débouche dans la première chambre (92) du côté du retour (88) et dans la deuxième chambre (94) du côté de l'entrée de gaz (14).
13. 13. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 5, 8, 9 et 11, caractérisé en ce que la première zone (Z1) du boîtier est située du côté de la sortie de gaz (16), la deuxième zone (Z2) du boîtier est située entre l'entrée de gaz (14) et la première zone (Z1), et la troisième zone (Z3)du boîtier est située du côté de l'entrée de gaz (14), entre cette entrée de gaz (14) et la deuxième zone (Z2).
14. 14. Échangeur de chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le boîtier délimite une première chambre (116) située du côté de la sortie de gaz (16) et correspondant à une première zone (Z1) du boîtier et dans laquelle débouche la première entrée (18) de fluide de refroidissement et une deuxième chambre (118) séparée de la première chambre (116) et située du côté de l'entrée de gaz (14), correspondant à une deuxième zone (Z2) et à une troisième zone (Z3) du boîtier, et dans laquelle débouchent la deuxième entrée de fluide (20) et la sortie de fluide commune (22), une cloison de séparation (120) munie d'une ouverture de communication (122) étant prévu entre la première chambre (92) et la deuxième chambre (94) pour évacuer la première fraction (F1) du fluide de refroidissement provenant de la première zone (Z1) vers la troisième zone (Z3).
15. 15. Échangeur de chaleur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la première zone (Z1) du boîtier est située du côté de la sortie de gaz (16), la deuxième zone (Z2) du boîtier est située du côté de l'entrée de gaz (14), et la troisième zone (Z3) du boîtier est située entre la première zone (Z1) et la deuxième zone (Z2).
16. 16. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que la première entrée de fluide (18) débouche dans la première chambre (116) du côté de la sortie de gaz (16), en ce que la deuxième entrée de fluide (20) débouche dans la deuxième chambre (118) du côté de l'entrée de gaz (14), et en ce que la conduite de sortie commune (22) débouche dans la deuxième chambre (118) du côté du retour (88).
17. 17. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 16, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un refroidisseur pour les gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique.
18. 18. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 17, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est un liquide de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile.
19. 19. Circuit de refroidissement parcouru par un fluide de refroidissement, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur de chaleur (10) selon l'une des revendications 1 à 18. 15
20. 20. Circuit de refroidissement selon la revendication 19 comprenant une ligne principale (102) parcourue par le fluide de refroidissement et se divisant en une première ligne secondaire (108) délivrant une première fraction (F1) 20 du fluide de refroidissement à une première température (Ti) et en une deuxième ligne secondaire (112) délivrant une deuxième fraction (F2) du même fluide de refroidissement, à une deuxième température (T2) supérieure à la première température (T1), caractérisé en ce que la 25 première ligne secondaire (108) et la deuxième ligne secondaire (112) sont reliées respectivement à la première entrée de fluide (18) et à la deuxième entrée de fluide (20) de l'échangeur de chaleur.10