FR2750483A1 - Radiateur a securite amelioree pour le chauffage de l'habitacle d'un vehicule automobile - Google Patents

Radiateur a securite amelioree pour le chauffage de l'habitacle d'un vehicule automobile Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile. Le radiateur de chauffage (10) comprend un corps d'échangeur (12) logé dans l'habitacle (H) ainsi que des tubulures d'entrée et de sortie (32, 34) propres à être raccordées à un circuit de circulation de fluide caloporteur, l'une au moins des tubulures comportant une portion de paroi affaiblie (62) propre à constituer une zone de rupture privilégiée en cas de défaillance due à une surchauffe et/ou une surpression du fluide caloporteur. Application aux véhicules automobiles.

Description

Radiateur à sécurité améliorée pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile
L'invention concerne un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, du type comprenant un corps d'échangeur et des tubulures d'entrée et de sortie propres à être raccordées à un circuit de fluide caloporteur.
Un tel radiateur de chauffage est propre à faire partie d'un appareil de chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile afin d'assurer, par échange thermique, le chauffage d'un flux d'air à introduire dans l'habitacle. Le corps du radiateur est généralement constitué d'un faisceau de tubes à ailettes parcouru par le fluide caloporteur, généralement le liquide de refroidissement du moteur du véhicule, pour assurer le chauffage du flux d'air balayant le corps du radiateur.
Les appareils de chauffage et/ou climatisation sont généralement placés à l'intérieur de l'habitacle et sous la planche de bord, à proximité du tablier qui sépare l'habitacle du compartiment moteur antérieur. Cette solution a pour avantage de faciliter l'assemblage de l'appareil et sa fonctionnalité.
Du fait que le radiateur ou échangeur de chaleur utilisé pour le chauffage de l'air se trouve placé dans l'habitacle, il en résulte que le fluide caloporteur circule au moins en partie à l'intérieur de l'habitacle.
Les appareils de chauffage et/ou climatisation sont souvent conçus selon le principe du mixage d'air, qui prévoit que le liquide caloporteur circule en permanence dans le radiateur de chauffage et que le réglage de la température de l'air à introduire dans l'habitacle est obtenu par mélange d'un flux d'air chaud qui traverse le radiateur et d'un flux d'air froid qui ne le traverse pas. Cette solution permet d'éviter l'emploi d'un robinet pour régler le débit de fluide caloporteur traversant le radiateur.
Le liquide de refroidissement du moteur est généralement composé d'un mélange d'eau et d'antigel qui peut atteindre, dans les conditions normales de fonctionnement du véhicule, des températures dépassant 1200C et des pressions supérieures à la pression atmosphérique. Dans des conditions de fonctionnement dégradé du circuit de refroidissement, ce liquide peut atteindre des températures encore supérieures.
Or, le fait qu'un liquide à température et pression élevées circule à l'intérieur de l'habitacle peut constituer un danger potentiel en cas de fuites. I1 peut en résulter alors des projections de liquide à température élevée sur les occupants du véhicule ainsi qu'un passage de liquide à l'état de vapeur susceptible de former de la buée sur les surfaces vitrées du véhicule et conduire à une perte de visibilité du conducteur.
Les radiateurs utilisés pour le chauffage de l'air dans les appareils de chauffage et/ou climatisation sont avantageusement réalisés en alliage d'aluminium et sont soit brasés avec d'autres éléments en aluminium, soit assemblés mécaniquement avec d'autres éléments en matières élastomères et en matières plastiques rigides.
Habituellement, le corps de l'échangeur de chaleur est relié à au moins une boîte à eau munie de tubulures d'entrée et de sortie pour l'alimentation du fluide caloporteur. Ces tubulures sont elles-mêmes reliées au circuit de circulation par des canalisations.
Les radiateurs de chauffage et les canalisations du circuit sont conçus pour résister aux conditions normales de fonctionnement avec une marge de sécurité appropriée. Mais, en cas de conditions de fonctionnement dégradé, cette marge peut s'avérer insuffisante pour éviter tout risque de fuite du liquide caloporteur chaud et sous pression, à l'intérieur de 1 'habitacle.
En outre, dans des conditions anormales de fonctionnement, il peut arriver que le liquide caloporteur soit agressif vis-àvis du métal de l'échangeur et des canalisations, pouvant conduire à des phénomènes de dégradation, de corrosion ou d'érosion avec perforation des parois et donc à une fuite. En effet, une température trop élevée du liquide caloporteur peut arriver à dégrader les matériaux polymériques présents dans les radiateurs de chauffage en leur faisant perdre leurs caractéristiques mécaniques, d'où une fuite soudaine de liquide à température élevée.
Pour éviter ou diminuer de tels risques de fuite, il est connu d'utiliser des alliages à base de cuivre pour la partie des radiateurs de chauffage qui est en contact avec le liquide caloporteur, car ces alliages ont une meilleure tenue à la corrosion et à l'érosion que les alliages d'aluminium, mais ceci se traduit par une augmentation de coût et de poids du radiateur.
Dans les radiateurs du type à assemblage mécanique, dans lesquels les boîtes collectrices sont réalisées en matière plastique, il est connu d'utiliser des matières plastiques particulières à haute tenue aux liquides à haute température.
Toutefois, ceci impose une technique de moulage particulièrement difficile et un coût sensiblement plus élevé que les réalisations courantes.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités en proposant un radiateur de chauffage à sécurité améliorée.
Elle a également pour but de permettre de minimiser les risques pour les occupant s du véhicule en cas de dégradation de la matière plastique des botes collectrices ou des canalisations en matière plastique, imputables aux températures supérieures à celles du fonctionnement normal du circuit de refroidissement du moteur.
L'invention propose à cet effet un radiateur de chauffage du type défini en introduction, dans lequel l'une au moins des tubulures comporte une portion de paroi affaiblie, de plus faible résistance, propre à constituer une zone de rupture privilégiée en cas de défaillance due notamment à une surchauffe et/ou une surpression-du fluide caloporteur.
Ainsi, cette portion de paroi affaiblie constitue une région privilégiée qui, en cas de défaillance, viendra se rompre et générer une fuite dans une zone privilégiée et choisie du radiateur. En d'autres termes, cela permet de contrôler l'endroit où apparaîtra une fuite éventuelle en cas de défaillance du radiateur de chauffage.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, cette portion de paroi affaiblie est située en dehors de l'habita- cle, ce qui permet d'empêcher toute fuite de liquide caloporteur dans l'habitacle.
De façon préférentielle, cette portion de paroi affaiblie est située dans le compartiment moteur antérieur. Ainsi, en cas de fuite, le fluide caloporteur chaud s'écoulera dans le compartiment moteur, et non pas dans l'habitacle.
Habituellement, l'habitacle et le compartiment moteur sont séparés par un tablier. L'invention prévoit alors que les tubulures de l'échangeur de chaleur passent par une ouverture du tablier et que la portion de paroi affaiblie soit située dans le compartiment moteur antérieur, et à proximité du tablier.
De préférence, un joint d'étanchéité est disposé entre les tubulures et l'ouverture du tablier. La présence de ce joint d'étanchéité permet d'éviter tout risque de fuite dans lthabitacle.
De préférence, ce joint d'étanchéité comprend une garniture souple, par exemple en élastomère, et un insert de rigidification propre à être fixé au tablier.
La tubulure comportant la portion de paroi affaiblie est avantageusement en matière thermoplastique moulée par injection.
Bien entendu, la portion de paroi affaiblie doit avoir une épaisseur suffisante pour ne pas se rompre en fonctionnement normal du radiateur de chauffage.
Cette portion de paroi affaiblie est entourée par une portion restante d'épaisseur locale plus élevée.
A titre d'exemple, la portion de paroi affaiblie peut avoir une épaisseur comprise entre 1 et 2 mm, tandis que la portion restante de la paroi une épaisseur comprise entre 2 et 3 mm.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la portion de paroi affaiblie est située dans une position et une orientation choisies.
De façon préférentielle, cette portion de paroi affaiblie est conformée de manière à envoyer le fluide caloporteur vers le bas, c'est-à-dire vers le sol, en cas de défaillance du circuit.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue partielle, avec arrachement, d'un radiateur de chauffage et du circuit de circulation qui lui est associé, tels qu'implantés dans un véhicule automobile; et - la figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale, et à échelle agrandie, d'une des tubulures du radiateur de chauffage de la figure 1, dans une autre position spatiale.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un radiateur de chauffage 10 présentant un corps d'échangeur 12 formé d'une multiplicité de tubes 14 traversant des ailet tes 16. Le corps 12 est relié à une boîte collectrice 18, encore appelée "boîte à eau", par l'intermédiaire d'une plaque collectrice 20, encore appelée "plaque à trous".
Le radiateur 10 est logé dans un boîtier 22 faisant partie d'un appareil de chauffage et/ou de climatisation. Le radiateur de chauffage 10 et le boîtier 22 sont situés dans l'habitacle H d'un véhicule automobile. Cet habitacle H est séparé du compartiment moteur antérieur CM par un tablier 24 constitué habituellement par une tôle métallique faisant partie de la structure du véhicule. Le tablier 24 est revêtu d'un feutre 26, situé du côté de l'habitacle H, et servant à l'isolation thermique et phonique.
La boîte collectrice 18 est réalisée par moulage par injection d'une matière thermoplastique. Elle comprend un bord périphérique 28 qui vient s'appuyer dans un rebord périphérique 30 du boîtier 22.
Le radiateur 10 comprend en outre deux tubulures 32 et 34 venues de moulage avec la boîte à eau 18. Ces deux tubulures 32 et 34 sont reliées à une paroi sommitale 36 de la boîte à eau 18 par deux parties tronconiques respectives 38 et 40.
Les tubulures 32 et 34 passent au travers d'une ouverture 42 pratiquée dans le tablier 24 et le feutre 26. Ainsi, les deux tubulures 32 et 34 présentent des embouts respectifs 44 et 46 qui sont situés du côté du compartiment moteur antérieur CM.
Autour des embouts 44 et 46 sont emmanchés deux conduites souples 48 et 50 faisant partie d'un circuit de circulation de fluide. Les deux conduites 48 et 50 sont fixées sur les embouts 44 et 46 par des colliers 52 et 54. Le radiateur 10 est destiné à être parcouru par un fluide caloporteur chaud, dans l'exemple le liquide de refroidissement du moteur thermique du véhicule automobile. Les tubulures 32 et 34 servent ainsi à l'entrée et la sortie du fluide caloporteur chaud. Ce fluide caloporteur parcourt ensuite les tubes 14 du corps 12 pour réchauffer un flux d'air à envoyer dans l'habitacle H.
Comme montré à la figure 1, il est prévu un joint d'étanchéité disposé entre les tubulures 32 et 34 et l'ouverture 42 du tablier 24. Ce joint d'étanchéité comprend une garniture souple 56, dans l'exemple en élastomère, et un insert de rigidification 58, dans l'exemple en matière plastique, propre à être fixé au tablier par des moyens appropriés (vis, écrous, etc.). L'insert 58 comporte deux ouvertures pour le passage étanche des deux tubulures 32 et 34. I1 en résulte que les deux tubulures 32 et 34 traversent à étanchéité l'ouverture 42 du tablier.
Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, l'une au moins des tubulures, dans l'exemple la tubulure 32, comporte une paroi cylindrique 60 qui s'étend entre la paroi tronconique 38 (figure 1) et l'embout 44. Cette paroi cylindrique comporte une portion de paroi affaiblie 62 de plus faible résistance pour constituer une zone de rupture privilégiée en cas de défaillance du circuit.
La portion de paroi affaiblie 62 présente une épaisseur A qui, dans l'exemple, est comprise entre 1,5 et 2 mm, tandis que la portion restante de la paroi 60 présente une épaisseur B comprise, dans l'exemple, entre 2 et 3 mm. La portion de paroi affaiblie 62 a une épaisseur suffisante pour ne pas se rompre en cas de fonctionnement normal du radiateur de chauffage, mais pour se rompre uniquement en cas de conditions anormales.
La portion de paroi affaiblie 62 est située dans une position choisie, de manière à s'étendre dans le compartiment moteur antérieur CM, à proximité du tablier 24. En outre, cette portion de paroi affaiblie s'étend sur une zone limitée et elle est avantageusement orientée dans une position choisie.
Elle peut être par exemple orientée vers le haut comme montré à la figure 1 ou de préférence vers le bas, c'est-à-dire vers le sol, comme montré à la figure 2.
En cas de fonctionnement anormal conduisant à une élévation anormale de la température et/ou de la pression du fluide caloporteur susceptible de dégrader la matière plastique dont sont formées la boîte à eau 18 et les deux tubulures 32 et 34, la portion de paroi affaiblie 62 constituera une région privilégiée pour être dégradée plus rapidement que les autres régions qui possèdent une épaisseur plus importante. Ainsi, cette portion de paroi affaiblie jouera le rôle de "fusible".
Du fait de sa position privilégiée, la fuite de liquide se fera alors dans une zone privilégiée, c'est-à-dire dans le compartiment moteur, de préférence vers le sol, en évitant ainsi des projections de liquide chaud ou de vapeur dans l'habitacle. On évite ainsi tout risque de projection de liquide chaud ou de vapeur sur les occupants du véhicule, et tout risque de création de vapeur susceptible d'embuer les surfaces vitrées du véhicule.
Bien entendu, la matière plastique utilisée et l'épaisseur A de la portion de paroi affaiblie 62 sont choisies de telle sorte que les températures et les pression de liquide caloporteur, en cas de fonctionnement normal, soient aisément supportées sans risques de destruction locale. La destruction ou la rupture de cette portion de paroi affaiblie ne pourra se produire qu'en cas de conditions anormales provenant d'un disfonctionnement d'autres éléments du circuit de refroidissement moteur.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple. Ainsi, par exemple, il est possible de prévoir deux portions de paroi affaiblies respectivement sur les deux tubulures du radiateur.
L'invention permet ainsi de réaliser un radiateur à sécurité améliorée pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile.

Claims (12)

Revendications
1. Radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un corps d'échangeur (12) et des tubulures d'entrée et de sortie (32, 34) propres à être raccordées à un circuit de circulation de fluide caloporteur, caractérisé en ce que l'une au moins des tubulures (32, 34) comporte une portion de paroi affaiblie (62), de plus faible résistance, propre à constituer une zone de rupture privilégiée en cas de défaillance due notamment à une surchauffe et/ou une surpression du fluide caloporteur.
2. Radiateur de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion de paroi affaiblie (62) est située en dehors de l'habitacle (H).
3. Radiateur de chauffage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la portion de paroi affaiblie (62) est située dans le compartiment moteur antérieur (CM).
4. Radiateur de chauffage selon la revendication 3, dans lequel l'habitacle (H) et le compartiment moteur antérieur (CM) sont séparés par un tablier (24), caractérisé en ce que les tubulures (32, 34) passent par une ouverture (42) du tablier et en ce que la portion de paroi affaiblie (62) est située dans le compartiment moteur (CM), à proximité du tablier (24).
5. Radiateur de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité (56, 58) est disposé entre les tubulures (32, 34) et l'ouverture (42) du tablier (24).
6. Radiateur de chauffage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité comprend une garniture souple (56), par exemple en élastomère, et un insert de rigidification (58) propre à être fixé au tablier (24).
7. Radiateur de chauffage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tubulure (32) comportant la portion de paroi affaiblie (62) est en matière thermoplastique moulée par injection.
8. Radiateur de chauffage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la portion de paroi affaiblie (62) a une épaisseur (A) suffisante pour ne pas se rompre en fonctionnement normal du radiateur de chauffage (10).
9. Radiateur de chauffage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la portion de paroi affaiblie (62) est entourée par une portion restante (60) d'épaisseur locale (B) plus élevée.
10. Radiateur de chauffage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la portion de paroi affaiblie (62) a une épaisseur (A) comprise entre 1 et 2 mm, tandis que la portion restante de la paroi (60) a une épaisseur (B) comprise entre 2 et 3 mm.
11. Radiateur de chauffage selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la portion de paroi affaiblie (62) est située dans une position et une orientation choisies.
12. Radiateur de chauffage selon la revendication 11, caractérisé en ce que la portion de paroi affaiblie (62) est conformée de manière à envoyer le fluide caloporteur chaud vers le bas, ou vers le sol, en cas de défaillance du circuit de circulation.
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