FR2767189A1 - Generateur de chaleur de type a fluide visqueux - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un générateur de chaleur de type à fluide visqueux comportant un ensemble de boîtier définissant une chambre de génération de chaleur (6) et une chambre de réception de chaleur (15), un arbre d'entraînement supporté, pour pouvoir tourner, par l'ensemble de boîtier, un élément de rotor (11) monté pour être entraîné, en rotation, par l'arbre d'entraînement pour qu'il tourne à l'intérieur de ladite chambre de génération de chaleur (6), et un fluide visqueux, retenu dans un interstice (20) défini entre les surfaces de parois internes de la chambre de génération de chaleur (6) et les surfaces externes de l'élément de rotor (11), pour générer de la chaleur lorsqu'une contrainte de cisaillement est appliquée par la rotation de l'élément de rotor (11). Au moins une partie (1, 2, 3, 4) de l'ensemble de boîtier, qui définit la chambre de génération de chaleur (6), est composée d'un matériau dont le coefficient d'allongement longitudinal est supérieur à celui d'un matériau de l'élément de rotor (11).
Description
La présente invention concerne un générateur de chaleur de type à fluide
visqueux qui comporte un boîtier muni d'une chambre de génération de chaleur et une chambre de réception de chaleur séparées l'une de l'autre, et un élément de rotor pour cisailler un fluide visqueux contenu dans la chambre de génération de chaleur pour générer de la chaleur, qui est à son tour transmise à un fluide échangeur de chaleur circulant dans la chambre de réception de chaleur et qui doit être transportée par le fluide échangeur de chaleur
jusqu'à une zone souhaitée devant être chauffée.
Un générateur de chaleur de type à fluide visqueux pouvant être intégré dans un système de chauffage d'un véhicule est connu dans la technique, et un exemple est décrit dans la
publication de brevet non examiné japonais (Kokai) n 8-
337110 (JP-A-8-337110). Dans ce générateur de chaleur de type à fluide visqueux, un ensemble de boîtier définit une chambre de génération de chaleur et une chambre de réception
de chaleur adjacente à la chambre de génération de chaleur.
La chambre de génération de chaleur est isolée de la chambre de réception de chaleur par une paroi de cloison par le biais de laquelle la chaleur est échangée entre un fluide visqueux logé dans la chambre de génération de chaleur et un fluide échangeur de chaleur qui circule dans la chambre de réception de chaleur. Le fluide échangeur de chaleur est introduit par un orifice d'admission dans la chambre de réception de chaleur et est délivré par le biais d'un orifice de sortie depuis la chambre de réception de chaleur
à un circuit de chauffage externe.
Un arbre d'entraînement est supporté, de manière à pouvoir tourner par une unité de palier dans l'ensemble de boîtier et rendu étanche par un dispositif d'étanchéité contenu dans celui-ci. Un élément de rotor, qui peut être composé d'une matière plastique, est monté de façon fixe sur l'arbre d'entraînement au niveau de son extrémité arrière, de manière à pouvoir tourner à l'intérieur de la chambre de génération de chaleur. Un embrayage électromagnétique est prévu sur l'arbre d'entraînement au niveau de son extrémité avant pour transmettre le couple de sortie d'un moteur de véhicule à l'arbre d'entraînement par le biais de l'embrayage. L'élément de rotor comporte des surfaces externes agencées face aux surfaces de parois internes de la chambre de génération de chaleur pour définir entre elles un interstice étanche au fluide. Le fluide visqueux est amené dans la chambre de génération de chaleur pour être retenu
dans l'interstice étanche au fluide.
Lorsque le couple de sortie du moteur du véhicule est transmis par le biais de l'embrayage électromagnétique à l'arbre d'entraînement pour entraîner en rotation l'arbre d'entraînement, l'élément de rotor est également en rotation à l'intérieur de la chambre de génération de chaleur. A ce moment là, l'élément de rotor en rotation applique une contrainte de cisaillement sur le fluide visqueux retenu dans l'interstice entre les surfaces de parois internes de la chambre de génération de chaleur et les surfaces externes de l'élément de rotor, le fluide visqueux générant ainsi de la chaleur. La chaleur générée est alors transmise par le fluide visqueux au fluide échangeur de chaleur qui circule dans la chambre de réception de chaleur, et le fluide échangeur de chaleur transporte la chaleur transmise jusqu'au circuit de chauffage du système de chauffage du
véhicule afin de chauffer l'habitacle.
Dans les générateurs de chaleur du type à fluide visqueux classiques, il est généralement difficile de garantir à la fois une grande quantité de chaleur générée et la durabilité
des composants du générateur.
C'est-à-dire que, pour garantir une grande quantité de chaleur générée dans ce type de générateur de chaleur, on souhaite que l'interstice étanche au fluide situé entre les surfaces des parois internes de la chambre de génération de chaleur et les surfaces externes de l'élément de rotor soit étroit. Toutefois, lorsque l'élément de rotor tourne, en continu, après avoir commencé à tourner, la température du fluide visqueux augmente jusqu'à un niveau élevé à cause de la génération de chaleur de celui-ci, et, ainsi, des parties de l'ensemble de boîtier, qui constituent les parois de la chambre de génération de chaleur, ainsi que l'élément de rotor se dilatent du fait de l'élévation de la température, jusqu'à un degré significatif. En conséquence, il existe certains cas o la dimension de l'interstice étanche au fluide est encore réduite, bien que les cas dépendent du choix des matériaux composant les parties de la paroi de la chambre de l'ensemble de boîtier et l'élément de rotor, et o l'interstice réduit entraîne une interférence ou un coulissement par frottement entre la partie de la paroi de la chambre et l'élément de rotor. De même, dans de tels cas, même si l'habitacle a été chauffé de manière satisfaisante ou suffisante, le liquide visqueux génère de la chaleur en continu et de manière progressive, ce qui peut entraîner une détérioration mécanique et/ou
thermique des composants du générateur de chaleur.
Plus particulièrement, lorsque le générateur de chaleur classique, tel que décrit dans le document JP-A-8-337110 comporte un élément de rotor en plastique et un ensemble de boîtier métallique, par rapport à la résistance à la chaleur de l'ensemble de boîtier, la durabilité des composants du générateur peut être détériorée parce que le coefficient de dilatation thermique de la matière plastique est normalement plus grand que celui du métal. En outre, lorsque ce générateur de chaleur est intégré dans le système de chauffage du véhicule, le moteur du véhicule entraîne fréquemment l'arbre d'entraînement à une vitesse de rotation élevée, par exemple des milliers de tours par minute, et ainsi le fluide visqueux peut générer de la chaleur à une température de plusieurs centaines de degrés (OC). En conséquence, si l'élément de rotor est composé de matière plastique, l'élément de rotor en lui-même tend à présenter
une faible résistance à la chaleur.
Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à fournir un générateur de chaleur de type à fluide visqueux qui peut garantir à la fois une grande quantité de chaleur générée, et une bonne durabilité des composants du générateur. Selon la présente invention, il est prévu un générateur de chaleur du type à fluide visqueux comprenant un ensemble de boîtier définissant, dans celui- ci, une chambre de génération de chaleur, dans laquelle la chaleur est générée, la chambre de génération de chaleur présentant des surfaces de parois internes et une chambre de réception de chaleur agencée de manière adjacente à la chambre de génération de chaleur, la chambre de réception de chaleur permettant à un fluide échangeur de chaleur de circuler à travers la chambre de réception de chaleur afin de recevoir la chaleur transmise à partir de la chambre de génération de chaleur; un arbre d'entraînement supporté par l'ensemble de boîtier pour pouvoir tourner autour d'un axe de rotation de l'arbre d'entraînement, l'arbre d'entraînement étant raccordé, pour fonctionner, à une source d'entraînement en rotation externe, un élément de rotor monté, pour être entraîné en rotation par l'arbre d'entrainement, pour qu'il tourne à l'intérieur de la chambre de génération de chaleur, l'élément de rotor présentant des surfaces extérieures faisant face aux surfaces de parois internes de la chambre de génération de chaleur par l'intermédiaire d'un interstice défini entre celles-ci; et un fluide visqueux, retenu dans l'interstice défini entre les surfaces de parois internes de la chambre de génération de chaleur et les surfaces externes de l'élément de rotor, pour générer de la chaleur lorsqu'une contrainte de cisaillement est appliquée par la rotation de l'élément de rotor; au moins une partie de l'ensemble de boîtier, qui définit la chambre de génération de chaleur, est composée d'un matériau dont le coefficient d'allongement longitudinal est plus grand que celui d'un matériau de
l'élément de rotor.
Dans ce générateur de chaleur du type à fluide visqueux, l'ensemble de boîtier peut comprendre au moins une plaque de cloison agencée entre la chambre de génération de chaleur et la chambre de réception de chaleur, la plaque de cloison présentant les surfaces de parois internes de la chambre de génération de chaleur, et la plaque de cloison pouvant être composée du matériau dont le coefficient d'allongement longitudinal est plus grand que celui du matériau de
l'élément de rotor.
Selon une autre solution, l'ensemble de boitier peut comporter au moins une plaque de cloison agencée entre la chambre de génération de chaleur et la chambre de réception de chaleur, la plaque de cloison présentant les surfaces de parois internes de la chambre de génération de chaleur, et au moins un corps de boîtier agencé à l'extérieur de la plaque de cloison pour définir la chambre de réception de chaleur entre le corps de boîtier et la plaque de cloison, et la plaque de cloison et le corps de boîtier peuvent être composés du matériau dont le coefficient d'allongement longitudinal est plus grand que celui du matériau de
l'élément de rotor.
Il est avantageux que le matériau de la au moins une partie
de l'ensemble de boîtier soit un matériau d'aluminium.
Dans ce cas, le matériau d'aluminium peut être un aluminium coulé sous pression présentant un coefficient d'allongement
longitudinal de 2,10 x 10-5 (1/K).
Il est également avantageux que ce matériau de l'élément de
rotor soit un matériau ferreux.
Dans ce cas, le matériau ferreux peut être de l'acier ordinaire présentant un coefficient d'allongement
longitudinal de 1,17 x 10-5 (1/K).
Les objets, caractéristiques et avantages de la présente invention mentionnés ci-dessus ainsi que d'autres seront
mieux compris à partir de la description suivante de modes
de réalisation préférés en référence aux dessins joints, parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un mode de réalisation d'un générateur de chaleur du type à fluide visqueux selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe agrandie d'une partie du générateur de chaleur de la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective d'un élément de rotor intégré dans le générateur de chaleur de la figure 1; et la figure 4 illustre la relation qui lie la vitesse de rotation d'un arbre d'entraînement et le rapport de la valeur de chauffage du mode de réalisation avec un exemple comparatif. En référence maintenant aux dessins, dans lesquels des composants identiques ou similaires sont désignés par le même numéro de référence, la figure 1 montre un mode de réalisation d'un générateur de chaleur du type à fluide visqueux selon la présente invention. Le générateur de chaleur du type à fluide visqueux de ce mode de réalisation peut être utilisé comme source de chaleur supplémentaire intégrée dans le système de chauffage d'un véhicule, mais
peut être réalisé dans d'autres applications.
Le générateur de ce mode de réalisation comporte un corps de boîtier avant 1, une plaque de cloison avant 2, une plaque de cloison arrière 3 et un corps de boîtier arrière 4. Les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 sont empilées l'une sur l'autre grâce à l'interposition d'un joint torique qui rend étanche les régions périphériques externes des surfaces, qui sont opposées l'une à l'autre, des plaques de cloison 2, 3. Les plaques de cloison avant et arrière empilées 2, 3 sont maintenues de manière serrée et fixe entre les corps de boîtier avant et arrière 1, 4 grâce à l'interposition de plusieurs joints toriques. Les joints toriques sont agencés afin de rendre étanches les régions périphériques internes et externes du corps de boîtier avant 1 et de la plaque de cloison avant 2, ainsi que les régions périphériques internes et externes du corps de boîtier arrière 4 et de la plaque de cloison arrière 3, respectivement. Les corps de boîtiers avant et arrière 1, 4 et les plaques de cloison avant et arrière 2, 3, ainsi empilées, sont combinées, de manière serrée et axiale, grâce à une pluralité de boulons filetés 5 (un seul boulon 5 est représenté sur la figure 1) pour former un ensemble de
boîtier du générateur de chaleur.
Le corps de boîtier avant 1 comporte une section de plaque annulaire plate la et un bossage central lb qui s'étend, axialement, vers l'avant et solidairement à partir du bord interne radialement de la section de plaque annulaire la pour définir dans celle-ci un trou traversant central lc. Le corps de boitier arrière 4 comporte une section de plaque annulaire plate 4a et des orifices d'admission et de sortie 13, 14 qui s'étendent, vers l'arrière et solidairement à partir de la section de plaque plate 4a. Les orifices 13, 14
sont décrits plus en détail ci-après.
La plaque de cloison avant 2 comporte des surfaces avant et arrière opposées axialement 2a, 2b et un trou traversant central 2c. La plaque de cloison arrière 3 comporte des surfaces avant et arrière opposées axialement 3a, 3b et un trou traversant central 3c. La surface arrière 2b de la plaque de cloison avant 2 définit un évidement annulaire sur celle-ci. Une partie de surface annulaire plate et une partie de surface de circonférence cylindrique de l'évidement annulaire formé dans la surface arrière 2b de la plaque de cloison avant 2 coopèrent avec la partie de surface avant annulaire plate de la surface avant 3a de la plaque de cloison arrière 3 pour définir une chambre de génération de chaleur 6. Ainsi, la partie de surface arrière et la partie de surface de circonférence de la surface arrière 2b ainsi que la partie de surface avant de la surface avant 3a constituent les surfaces de parois internes
de la chambre de génération de chaleur 6.
La surface avant 2a de la plaque de cloison avant 2 définit un évidement annulaire sur celle-ci, et trois cannelures 2d en forme de C qui font saillie axialement vers l'avant et qui s'étendent concentriquement autour du trou traversant central 2c sont prévues dans l'évidement annulaire. La partie de surface de la surface avant 2a de la plaque de cloison avant 2, y compris les surfaces de l'évidement annulaire et les cannelures 2d en forme de C, coopèrent avec une surface arrière plate de la section plate annulaire la du corps de boîtier avant 1 pour définir une chambre de réception de chaleur avant 15 en forme de C agencée près de l'avant de la chambre de génération de chaleur 6. La chambre de réception de chaleur avant 15 est séparée d'une manière étanche au fluide de la chambre de génération de chaleur 6
grâce à la plaque de cloison avant 2 interposée entre ceux-
ci. La surface arrière 3b de la plaque de cloison arrière 3 définit un évidement annulaire sur celle-ci, et trois cannelures 3d en forme de C faisant saillie axialement vers l'arrière et s'étendant concentriquement autour du trou
traversant central 3c sont prévues dans l'évidement arrière.
La partie de surface de la surface arrière 3b de la plaque de cloison arrière 3, y compris les surfaces de l'évidement annulaire et les cannelures 3d en forme de C, coopère avec une surface avant plate de la section plate 4a du corps de boîtier arrière 4 pour définir une chambre de réception de chaleur arrière en forme de C 16 agencée près de l'arrière de la chambre de génération de chaleur 6. La chambre de réception de chaleur arrière 16 est séparée, de manière étanche au fluide, de la chambre de génération de chaleur 6 grâce à la plaque de cloison arrière 3 interposée entre
celles-ci.
L'orifice d'admission 13 formé sur le corps de boîtier arrière 4 communique avec les chambres de réception de chaleur avant et arrière 15, 16 à travers des canaux (non représentés) formés respectivement dans les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 et le corps de boîtier arrière 4. De même, l'orifice de sortie 14 formé dans le corps de boîtier arrière 4 communique avec les chambres de réception de chaleur avant et arrière 15, 16 grâce à d'autres canaux (non représentés) formés respectivement dans les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 et le corps de boîtier arrière 4. Le fluide échangeur de chaleur circulant à travers le circuit de chauffage (non représenté) du système de chauffage du véhicule est introduit à travers l'orifice d'admission 13, dans les chambres de réception de chaleur avant et arrière 15, 16, circule le long de passages sensiblement circulaires définis par les cannelures annulaires 15, 16 et est refoulé des chambres de réception de chaleur avant et arrière 15, 16 à travers l'orifice de sortie 14, dans le circuit de chauffage. Les cannelures annulaires 2d, 3d, servent à augmenter les zones de surface d'échange de chaleur entre le fluide échangeur de chaleur et
les plaques de cloison avant et arrière 2,3.
Un arbre d'entraînement 10, généralement positionné dans un état sensiblement horizontal, s'étend dans le trou traversant central lc du corps de boîtier avant 1 et les trous traversant centraux 2c, 3c des plaques de cloison avant et arrière 2, 3 et est supporté pour tourner par des unités de palier 7, 8 respectivement montées dans les trous traversant centraux 2c, 3c. Les deux unités de palier 7, 8 sont munies de moyens permettant de rendre étanche l'arbre (non représentés). Par conséquent, la chambre de génération de chaleur 6 est rendue étanche au fluide avec l'extérieur
du générateur de chaleur.
Un élément de rotor 11 ayant la forme d'un disque circulaire plat est monté de manière fixe, ou ajusté serré sur l'arbre d'entraînement 10 en un emplacement situé entre les unités de palier 7, 8 et est agencé à l'intérieur de la chambre de génération de chaleur 6 pour qu'il tourne en même temps que l'arbre d'entraînement 10. L'élément de rotor 11 présente des surfaces annulaires avant et arrière axialement opposées llc, lld et une surface de circonférence externe l1e, qui
constitue les surfaces externes de l'élément de rotor 11.
Les surfaces externes de l'élément de rotor 11 ne viennent en contact avec les surfaces de parois internes de la chambre de génération de chaleur 6 à aucun moment, et définissent ainsi entre elles un interstice étanche au fluide relativement petit 20 permettant de retenir un fluide
visqueux 21 tel que décrit ci-après.
Comme le montre la figure 3, l'élément de rotor 11 est muni d'une pluralité de fentes radiales l1a, dont chacune s'étend entre les surfaces avant, arrière et de circonférence de l'élément de rotor 11. Les fentes lia servent à renforcer l'effet de cisaillement du fluide visqueux 21 dû à la rotation de l'élément de rotor 11, et servent également à faciliter le déplacement radial du fluide visqueux 21 retenu dans l'interstice étanche au fluide 20 vers la région périphérique externe de celui-ci lorsque l'élément de rotor 11 tourne. L'élément de rotor 11 est également muni d'une pluralité de trous traversant llb formés dans la région interne radialement de l'élément de rotor 11. Chaque trou traversant 11b s'étend entre les surfaces avant et arrière de l'élément de rotor 11 pour faire communiquer les côtés
avant et arrière de ce dernier.
Le fluide visqueux 21, tel que de l'huile au silicone, est confiné à l'intérieur de l'interstice étanche au fluide 20 dans la chambre de génération de chaleur 6 en une quantité
d'environ 40 à 70 pour cent en volume.
Dans le générateur de chaleur du type à fluide visqueux, de la présente invention, au moins une partie de l'ensemble de bottier qui définit une chambre de génération de chaleur est composée d'un matériau dont le coefficient d'allongement longitudinal est plus grand que celui du matériau de l'élément de rotor. Dans le mode de réalisation illustré, l'ensemble de boîtier, formé par le corps de bottier avant 1, la plaque de cloison avant 2, la plaque de cloison arrière 3 et le corps de bottier arrière 4, est entièrement composé d'un matériau d'aluminium, c'est-à-dire un aluminium coulé sous pression (JIS/ADC 12) présentant un coefficient d'allongement longitudinal de 2,10 x 10 -5 (1/K). D'autre part, l'élément de rotor 11 est composé d'un matériau ferreux, c'est-à-dire, un acier ordinaire (JIS/S45C) présentant un coefficient d'allongement longitudinal de 1,17 x 10-5 (1/K). Une poulie 18 est supportée en rotation par une unité de palier 17 située sur le bossage central lb du corps de boîtier avant 1, et est montée, de manière fixe, sur l'arbre d'entraînement 10, au niveau de l'extrémité avant de ce dernier, par l'intermédiaire d'un boulon 19 et d'un moyeu cannelé 22. La poulie 18 est raccordée, pour fonctionner, par une courroie (non représentée) à un moteur de véhicule (non représenté) tel qu'une source d'entraînement. On remarquera que l'arbre d'entraînement 10 peut être raccordé par l'intermédiaire d'un embrayage électromagnétique connu
au moteur du véhicule, à la place de la poulie 18.
Dans le générateur de chaleur du type à fluide visqueux du mode de réalisation mentionné ci-dessus, lorsque l'arbre d'entraînement 10 est entraîné par le moteur du véhicule, l'élément de rotor 11 est mis en rotation à l'intérieur de la chambre de génération de chaleur 6. Par conséquent, le fluide visqueux 21, tel que de l'huile au silicone retenu dans l'interstice étanche au fluide 20 entre les surfaces de parois internes de la chambre de génération de chaleur 6 et les surfaces externes de l'élément de rotor 11, est soumis à une contrainte de cisaillement par l'élément de rotor 11 en rotation. Par conséquent, le fluide visqueux 21 génère de la chaleur, qui est transmise au fluide échangeur de chaleur, généralement de l'eau, qui circule à travers les chambres de réception de chaleur avant et arrière 15, 16. Ensuite, la chaleur est transportée par le fluide échangeur de chaleur jusqu'à un circuit de chauffage du système de chauffage pour chauffer une zone cible du véhicule, tel qu'un habitacle ou
le moteur.
Lorsque l'élément de rotor 11 tourne en continu pendant un long moment, et que la température du fluide visqueux 21 s'élève jusqu'à un degré élevé dû à la génération de chaleur à l'intérieur de celui-ci, les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 qui constituent les parois de la chambre de génération de chaleur 6, ainsi que l'élément de rotor 11, s'allongent sous l'effet de l'élévation de la température de manière significative. Dans cette situation, étant donné que les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 sont composées d'un aluminium coulé sous pression présentant un coefficient d'allongement longitudinal de 2,10 x 10-5 (1/K), et que l'élément de rotor est composé d'un acier ordinaire présentant un coefficient d'allongement longitudinal de 1,17 x 10-5 (1/K), les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 se dilatent thermiquement de manière plus importante que
l'élément de rotor 11.
En conséquence, dans le générateur de chaleur du type à
fluide visqueux selon le mode de réalisation mentionné ci-
dessus, même si l'élément de rotor 11 tourne en continu pendant un long moment, il est empêché que la dimension de l'interstice étanche au fluide 20 diminue, et l'interstice est agrandi du fait de l'élévation de la température du fluide visqueux 21. Par conséquent, une interférence ou un coulissement par frottement entre les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 et l'élément de rotor 11 sont effectivement empêchés. Si l'habitacle a été chauffé de manière satisfaisante ou suffisante lorsque les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 et l'élément de rotor 11 s'allongent, l'interstice étanche au fluide 20 retenant le fluide visqueux 21 s'est agrandi, de sorte que la contrainte de cisaillement appliquée au fluide visqueux 21 est réduite pour éliminer la génération de chaleur excessive du fluide visqueux 21. En conséquence, une détérioration thermique et/ou mécanique des composants du générateur de chaleur est
effectivement empêchée.
Plus particulièrement, dans le générateur de chaleur mentionné ci- dessus, l'élément de rotor 11 a la forme d'un disque circulaire, et ainsi la vitesse périphérique ou la vitesse de rotation de l'élément de rotor 11 est plus grande dans la partie radialement extérieure de celui- ci que celle dans la partie radialement intérieure de celui-ci, de sorte que la génération de chaleur du fluide visqueux 21 est plus grande dans la région radialement externe de l'interstice 20 que dans la région radialement interne de l'interstice 20. Par conséquent, la différence entre la longueur allongée de la plaque de cloison avant 2 et celle de l'élément de rotor 11 est plus grande dans les parties radialement externes de
celle-ci que dans les parties radialement internés de celle-
ci (comme représenté par les flèches sur la figure 2), grâce à quoi l'interstice étanche au fluide 20 s'agrandit de manière relativement importante dans la région radialement externe de celui-ci dans laquelle le fluide visqueux 21 a tendance à être soumis à une contrainte de cisaillement
relativement importante.
En conséquence, la dimension de l'interstice étanche au fluide 20 dans le générateur de chaleur mentionné ci-dessus peut être réduite jusqu'à un point tel que la grande génération de chaleur est obtenue de manière stable, tandis que la durabilité des composants du générateur, plus particulièrement des plaques de cloison avant et arrière 2,
3, et l'élément de rotor 11 est assurée.
Supposons que, dans le générateur de chaleur du type à
fluide visqueux selon le mode de réalisation mentionné ci-
dessus, l'évidement annulaire de la plaque de cloison avant 2, qui définit la chambre de génération de chaleur 6 en coopération avec la plaque de cloison arrière 3, présente une profondeur S = 5,2 mm, l'élément de rotor 11 présente une épaisseur L = 5,0 mm et l'interstice étanche au fluide 20 présente une distance avant C1 = 0,1 mm et une distance arrière C2 = 0,1 mm (voir la figure 2), à la température ordinaire de 20 C de l'atmosphère ambiante lorsque le générateur de chaleur est assemblé. Les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 sont composées d'un aluminium coulé sous pression (JIS/ADC12) présentant un coefficient d'allongement longitudinal B2 = 2,10 x 10-5 (1/K), et l'élément de rotor 11 est composé d'un acier ordinaire (JIS/S45C) présentant un coefficient d'allongement
longitudinal B1 = 1,17 x 10-5 (1/K).
D'autre part, un générateur de chaleur du type à fluide visqueux de comparaison comporte la même structure et présente la même dimension que le mode de réalisation mentionné ci-dessus, à l'exception du fait que l'élément de rotor 11 et les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 sont composées d'un aluminium coulé sous pression (JIS/ADC12) présentant un coefficient d'allongement
longitudinal B2 = 2,10 x 10- 5 (1/K).
Si la température du fluide visqueux 21 s'élève de 20 C à t C, les dimensions de C1(t) et C2(t) augmentées du fait de l'élévation de la température sont calculées grâce aux équations suivantes: (mode de réalisation)
Cl(t) = C2(t) = [(S + B2S(t - 20)) -
(L + B1L(t - 20))] x (1) (comparaison)
Cl(t) = C2(t) = [(S + B2S(t - 20)) -
(L + B2L(t - 20))] x (2) La valeur de chauffage théorique Q(cal) du fluidevisqueux 21 retenu dans les parties d'interstice avant et arrière de l'interstice étanche au fluide 20 est calculée grâce à l'équation suivante: ro Q = 2 f 27r2 (rCW/ C1) Adr x W (3) =14ju ú2 (1 / Cl) dans laquelle M est une viscosité (poise) du fluide visqueux 21,w est une vitesse angulaire (rad/s) de l'élément de rotor
11, et r0 est un rayon (mm) de l'élément de rotor 11.
Comme on le comprendra d'après les équations (1) et (2), la dimension de C1(t) (ou C2(t)) dans le générateur de chaleur du mode de réalisation mentionné ci-dessus est plus grande que celle du générateur de chaleur de comparaison. En outre, comme on le comprendra d'après l'équation (3), la valeur de chauffage théorique Q(t) à la température tOC est une proportion inverse à C1(t) (ou C2(t)). Par conséquent, on peut voir que le générateur de chaleur selon le mode de réalisation mentionné ci- dessus élimine l'excès de génération de chaleur du fluide visqueux 21 à une température élevée, en augmentant la dimension de l'interstice étanche au fluide 20, en comparaison avec le
générateur de chaleur de comparaison.
La figure 4 illustre la relation qui lie la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement 10 ou de l'élément de rotor 11 et le rapport de la valeur de chauffage théorique Q(t) selon le mode de réalisation par rapport à celui de la comparaison, obtenu comme résultat d'une expérience. Comme on le comprendra d'après la figure 4, le générateur de chaleur selon le mode de réalisation mentionné ci-dessus élimine la génération de chaleur excessive du fluide visqueux 21 à une vitesse de rotation élevée de l'élément de rotor 21, c'est-à-dire à une température élevée en
comparaison avec le générateur de chaleur de comparaison.
L'estimation mentionnée ci-dessus ne tient pas compte de l'augmentation de la partie d'interstice de circonférence de l'interstice étanche au fluide 20 due à l'élévation de la température, étant donné que l'élément de rotor 11 présente une forme de disque circulaire et qu'ainsi le volume de la partie d'interstice de circonférence ne peut pas augmenter de manière significative. Toutefois, on remarquera que, lorsque l'élément de rotor présentant une forme cylindrique est intégré, l'augmentation de la partie d'interstice de
circonférence devient significative.
Alors que l'invention a été spécialement représentée et décrite en référence aux modes de réalisation préférés de celle-ci, les spécialistes de la technique comprendront que différents changements ou modifications peuvent être apportés sans qu'on s'éloigne de l'esprit ni du cadre de l'invention. Par exemple, un ensemble de boîtier présentant une structure différente peut être employé, dans lequel seules les plaques de cloison avant et arrière 2, 3 sont composées d'un aluminium coulé sous pression (JIS/ADC12) présentant un coefficient d'allongement longitudinal de 2,10 x 10-5 (1/K) et le corps de boîtier avant et arrière 1, 4 sont composés d'un autre matériau, tel que de l'acier ordinaire (JIS/S45C) présentant un coefficient d'allongement longitudinal de 1,17 x 10- 5 (1/K). Dans tous les cas, le cadre de l'invention est, par conséquent, à déterminer
uniquement grâce aux revendications jointes.
Claims (7)
1. Générateur de chaleur de type à fluide visqueux comprenant: - un ensemble de boîtier définissant une chambre de génération de chaleur (6) dans laquelle la chaleur est générée, ladite chambre de génération de chaleur (6) comprenant des surfaces de parois internes, et une chambre de réception de chaleur (15, 16), ladite chambre de réception de chaleur (15, 16) étant adjacente à ladite chambre de génération de chaleur (6), ladite chambre de réception de chaleur (15, 16) permettant à un fluide échangeur de chaleur de circuler dans ladite chambre de réception de chaleur (15, 16) afin de recevoir la chaleur transmise depuis ladite chambre de génération de chaleur
(6);
- un arbre d'entraînement (10) supporté par ledit ensemble de boîtier pour pouvoir tourner autour d'un axe de rotation dudit arbre d'entraînement (10), ledit arbre d'entraînement (10) étant raccordé, pour fonctionner, à une source d'entraînement en rotation externe; - un élément de rotor (11) monté pour être entraîné, par rotation, par ledit arbre d'entraînement (10) pour qu'il tourne à l'intérieur de ladite chambre de génération de chaleur (6), ledit élément de rotor (11) présentant des surfaces externes qui font face aux surfaces de parois internes de ladite chambre de génération de chaleur (6), un interstice (20) étant placé entre elles; et - un fluide visqueux, retenu dans ledit interstice (20) défini entre lesdites surfaces de parois internes de ladite chambre de génération de chaleur (6) et lesdites surfaces externes dudit élément de rotor (11), assurant une génération de chaleur (6) lorsqu'une contrainte de cisaillement est appliquée par la rotation dudit élément de rotor (11); dans lequel au moins une partie (1, 2, 3, 4) dudit ensemble de boîtier, qui définit ladite chambre de génération de chaleur (6), est composée d'un matériau dont le coefficient d'allongement longitudinal est supérieur à celui d'un
matériau dudit élément de rotor (11).
2. Générateur de chaleur de type à fluide visqueux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de bottier comporte au moins une plaque de cloison (2,3) agencée entre ladite chambre de génération de chaleur (6) et ladite chambre de réception de chaleur (15, 16), ladite plaque de cloison (2,3) présentant lesdites surfaces de parois internes de ladite chambre de génération de chaleur (6) et dans lequel ladite plaque de cloison (2,3) est composée dudit matériau, dont ledit coefficient d'allongement longitudinal est supérieur à celui dudit
matériau dudit élément de rotor (11).
3. Générateur de chaleur de type à fluide visqueux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble comporte au moins une plaque de cloison (2,3) agencée entre ladite chambre de génération de chaleur (6) et ladite chambre de réception de chaleur (15, 16), ladite plaque de cloison (2,3) présentant lesdites surfaces de parois internes de ladite chambre de génération de chaleur (6), et au moins un corps de boîtier (1,4) agencé à l'extérieur de ladite plaque de cloison (2,3) pour définir ladite chambre de réception de chaleur (15, 16) entre ledit corps de boîtier (1, 4) et ladite plaque de cloison (2, 3), et dans lequel ladite plaque de cloison (2,3) et ledit corps de boîtier (1, 4) sont composés dudit matériau, dont ledit coefficient d'allongement longitudinal est supérieur à celui
dudit matériau dudit élément de rotor (11).
4. Générateur de chaleur de type à fluide visqueux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau de ladite au moins une partie (1, 2, 3, 4) dudit ensemble de
boîtier est un matériau d'aluminium.
5. Générateur de chaleur de type à fluide visqueux selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau en aluminium est de l'aluminium coulé sous pression dont le coefficient d'allongement longitudinal est de 2.10 x 10-5
(1/K).
6. Générateur de chaleur de type à fluide visqueux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau dudit élément de rotor (11) est un matériau ferreux.
7. Générateur de chaleur de type à fluide visqueux selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit matériau ferreux est un acier ordinaire ayant un coefficient
d'allongement longitudinal de 1.17 x 10-5 (1/K).
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Effective date: 20060428 |