FR2826912A1 - Installation de chauffage d'habitacle de vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

Une installation de chauffage d'habitacle de véhicule automobile comprend un boîtier (10) délimitant un conduit (12) d'air à réchauffer, un échangeur de chaleur air-liquide (14) monté dans le conduit et un dispositif de chauffage électrique (16) également monté dans le conduit, en aval de l'échangeur de chaleur.Le dispositif de chauffage électrique (16) est monté dans le conduit (12) de manière à pouvoir être traversé, en mode de chauffage électrique, par pratiquement l'intégralité du flux d'air circulant dans le conduit, tout en permettant de limiter à au plus 5 % la perte de charge aéraulique due à la présence du dispositif de chauffage électrique dans le conduit.

Description

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Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne les installations de chauffage et de ventilation d'habitacles de véhicules automobiles, et plus précisément les installations du type comprenant un boîtier délimitant un conduit d'air à réchauffer, un échangeur de chaleur air-liquide monté dans le conduit et un dispositif de chauffage électrique également monté dans le conduit, en aval de l'échangeur de chaleur,
De façon bien connue, l'échangeur de chaleur air-liquide peut être parcouru par le liquide de refroidissement du moteur qui fournit les calories nécessaires au réchauffage de l'air pulsé dans l'habitacle.
Toutefois, et plus particulièrement avec certains types de moteurs, l'énergie calorifique fournie pendant le démarrage et le début du fonctionnement du moteur peut être insuffisante pour assurer un réchauffage efficace de l'air par temps froid. Or, c'est à ce moment là que le besoin de réchauffage est le plus grand, notamment pour un dégivrage ou désembuage ainsi que pour élever rapidement la température de l'habitacle.
C'est pourquoi il est connu d'adjoindre à l'échangeur de chaleur un dispositif de chauffage électrique rapide pouvant fonctionner de façon immédiate et temporaire, jusqu'à ce que l'échangeur de chaleur fournisse les calories requises.
Le dispositif de chauffage électrique utilise habituellement des résistances électriques chauffantes à coefficient de température positif (résistances CTP) qui offrent une grande sécurité de fonctionnement.
Une installation de chauffage d'habitacle de véhicule automobile comprenant un échangeur de chaleur et un dispositif de chauffage électrique montés en série dans le conduit d'air à réchauffer est montrée dans le document EP 0 919 409 de la déposante.
Dans cette installation connue, l'échangeur de chaleur et le dispositif de chauffage électrique sont accolés et pré-assemblés pour former un sous-ensemble installé dans le conduit par un montage en
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tiroir. L'échangeur de chaleur occupe toute la section transversale du conduit, tandis que le dispositif de chauffage électrique n'occupe qu'une partie de cette section.
Objet et résumé de l'invention
L'invention a pour but de fournir une installation du type défini en tête de la description ayant des performances aérothermiques améliorées.
Ce but est atteint du fait que, conformément à l'invention, le dispositif de chauffage électrique est monté dans le conduit de manière à pouvoir être traversé, en mode de chauffage électrique, par pratiquement l'intégralité du flux d'air circulant dans le conduit, tout en permettant de limiter à au plus 5 % la perte de charge aéraulique due à la présence du dispositif de chauffage électrique dans le conduit.
Selon un mode de réalisation, lorsque le dispositif de chauffage électrique est monté dans le conduit de manière à toujours être traversé pratiquement par la totalité du flux d'air parcourant le conduit, le dispositif de chauffage est espacé de l'échangeur de chaleur et monté séparément de celui-ci de manière à minimiser la perte de charge aéraulique. De préférence, la distance moyenne entre les faces aval de l'échangeur de chaleur et amont du dispositif de chauffage électrique est au moins égale à 5 mm et, de préférence égale à environ 9 mm. Lesdites faces peuvent être parallèles entre elles ou non.
Avantageusement, le dispositif de chauffage électrique comprend un cadre ayant des côtés munis de profilés qui coopèrent avec des reliefs formés sur la paroi interne du conduit pour le montage pratiquement étanche du cadre du dispositif de chauffage électrique dans le conduit.
En variante, des reliefs formés sur la paroi interne du conduit peuvent coopérer avec des logements en creux formés dans des ailettes du dispositif de chauffage.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de chauffage électrique est monté dans le conduit de manière à occuper une première partie d'une section du conduit et un volet est monté
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dans la deuxième partie de la section du conduit, complémentaire de la première, le volet étant déplaçable entre une position fermée, pour laquelle le dispositif de chauffage électrique est traversé pratiquement par la totalité du flux d'air parcourant le conduit, et une position non fermée pour laquelle une partie du flux d'air est dérivée en dehors du dispositif de chauffage électrique. De la sorte, lorsque le dispositif de chauffage électrique fonctionne, la fermeture du volet force la totalité du flux d'air à traverser ce dispositif. Par contre, lorsque le dispositif de chauffage électrique ne fonctionne pas, il peut n'être traversé que par une partie du flux d'air total, par ouverture du volet, de sorte que la perte de charge aéraulique due à la présence du dispositif de chauffage électrique n'est pas significative.
Avantageusement, le dispositif de chauffage électrique et le volet sont montés dans un même cadre. Le cadre peut en outre supporter un actionneur pour commander le déplacement du volet ainsi que des circuits de commande du dispositif de chauffage électrique et du volet.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'une installation de chauffage d'air selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe selon le plan ll-ll de la figure 1 ; -la figure 3 est une vue à échelle agrandie montrant des détails de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue schématique partielle montrant une variante de réalisation de l'installation des figures 1 à 3 ; - la figure 5 est une vue schématique partielle en coupe d'une installation de chauffage d'air selon un second mode de réalisation de l'invention ;
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- la figure 6 est une vue schématique en plan d'un ensemble formé par le dispositif de chauffage électrique et un volet dans l'installation de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue schématique partielle en coupe montrant une variante de réalisation de l'installation de la figure 5 ; et - la figure 8 est une vue schématique en plan d'une variante de l'ensemble de la figure 6.
Description détaillée de modes de réalisation
Les figures 1 et 2 montrent partiellement une installation de chauffage d'air conforme à l'invention pour un habitacle de véhicule automobile.
L'installation de chauffage comprend un boîtier 10 délimitant un conduit 12 pour l'air à réchauffer. Un échangeur de chaleur 14 de type air-liquide et un dispositif de chauffage électrique 16 sont montés en série dans le conduit 12. Le dispositif de chauffage électrique 16 est monté en aval de l'échangeur de chaleur 14, dans le sens d'écoulement de)'air (ftèches F). De façon bien connue, le flux d'air parcourant le conduit est produit par un pulseur (non représenté), en amont de l'échangeur de chaleur, et s'évacue dans l'habitacle du véhicule à travers des bouches (non représentées) en aval du dispositif de chauffage électrique.
Typiquement, l'échangeur de chaleur 14 est alimenté en liquide de refroidissement du moteur du véhicule. Il est logé dans le boîtier 10, par exemple à la manière d'un tiroir, et occupe toute la section rectangulaire du conduit 12 au niveau où il est monté.
Le dispositif de chauffage électrique 16 peut utiliser des résistances chauffantes dont la résistance électrique est sensiblement invariable ou des résistances CTP.
Le dispositif de chauffage électrique 16 est monté séparément de l'échangeur de chaleur en étant espacé de celui-ci, et occupe toute la section rectangulaire du conduit 12 au niveau où il est monté.
Du fait que le dispositif de chauffage électrique occupe toute la section transversale du conduit, son espacement par rapport à l'échangeur de chaleur permet de limiter la perte de charge
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aéraulique due à la présence du dispositif de chauffage électrique dans le conduit, en comparaison avec une disposition selon laquelle l'échangeur de chaleur et le dispositif de chauffage électrique seraient accolés sur toute la section transversale du conduit.
Afin de limiter à au plus 5 % la perte de charge aéraulique, c'est-à-dire la diminution de débit d'air induite par la présence du dispositif de chauffage électrique, une distance minimale doit être ménagée entre la face aval 14b de l'échangeur de chaleur 14 et la face amont 16a du dispositif de chauffage électrique 16. De plus, la résistance aéraulique du dispositif de chauffage électrique doit être minimale.
L'échangeur de chaleur 14 et le dispositif de chauffage électrique 16 peuvent être montés parallèlement l'un à l'autre, c'est-àdire avec leurs faces 14b et 16a parallèles, ou non parallèlement l'un à l'autre, c'est-à-dire avec leurs faces 14b et 16a formant entre elles un angle non nul.
Dans l'exemple illustré, les faces 14b et 16a ne sont pas parallèles. Le conduit 12, en aval de l'échangeur de chaleur 14 est non rectiligne et a une section transversale décroissante. Le dispositif de chauffage électrique 16 peut être monté avec son bord supérieur proche de celui de l'échangeur de chaleur 14 mais avec son bord inférieur éloigné de celui de l'échangeur de chaleur.
La surface occupée par le dispositif de chauffage électrique est inférieure à celle occupée par l'échangeur de chaleur. Cela permet de limiter les coûts, notamment lorsque les résistances utilisées sont des résistances CTP dont les éléments constitutifs, ou pierres, sont d'un coût assez élevé.
Toutefois, afin d'assurer un chauffage efficace de l'air, la surface offerte par le dispositif de chauffage électrique ne doit pas être trop réduite. Le dispositif de chauffage électrique pourra donc être disposé non nécessairement en direction orthogonale par rapport à la direction d'écoulement du flux d'air au niveau où il est monté dans le conduit.
Lorsque les faces 14b et 16a ne sont pas parallèles, la distance minimale à respecter entre ces faces est la distance moyenne.
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La déposante a mis en évidence que la perte de charge aéraulique peut être limitée à une valeur maximale de 5 % lorsque la distance ou distance moyenne entre les faces 14b et 16a est supérieure ou égale à 5 mm. Une valeur environ égale à 9 mm est préférée pour la plupart des dispositifs.
La limitation de la perte de charge aéraulique provient du fait que, dans ce cas, il n'y a pas d'interaction aéraulique entre les deux composants.
D'autre part, la séparation entre l'échangeur de chaleur et le dispositif de chauffage électrique est nécessaire pour augmenter l'efficacité énergétique du système.
Le montage du dispositif de chauffage électrique 16 est réalisé de manière à ce qu'il soit traversé pratiquement par l'intégralité du flux d'air circulant dans le conduit 12. De la sorte, le dispositif de chauffage électrique présente un coefficient d'adaptation pratiquement égal à 100 %.
A cet effet, le dispositif de chauffage électrique 16 est logé dans un cadre qui s'ajuste sans jeu ou pratiquement sans jeu dans le conduit 12 du boîtier.
En particulier, comme montré par les figures 1 à 3, le cadre du dispositif de chauffage électrique présente, au moins le long de deux bords opposés, des profilés 20a, 20b qui coopèrent avec des reliefs 12g, 122 de la paroi interne du conduit 12 pour réaliser un assemblage quasi étanche.
Figure img00060001
Les profilés 20a Les profilés 20g, 202 sont à section en U s'ouvrant vers l'extérieur. Les reliefs 12a l'extérieur. Les reliefs 12a, 12b sont des nervures à extrémité renflée qui se logent dans les profilés en U.
Le dispositif de chauffage électrique 16 peut être monté dans le boîtier 10 à la manière d'un tiroir, les profilés 20a, 20b et reliefs 12a 12b constituant des moyens de guidage.
Le long de ses deux autres bords opposés, le cadre du dispositif de chauffage électrique 16 est complété par des éléments de
Figure img00060002

cadre 22a cadre 22, 22~ (figure 2). Afin de permettre l'introduction du cadre sur les nervures 12a b les éléments 22g, 22. b., ou au moins l'élément , 12, ~, ou au moins 1 élément inférieur 22a introduit en premier lors du montage du cadre,
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présentent des logements 23a, 23b pour le logement des nervures 12a, 12b (voir figure 3).
L'élément de cadre inférieur 22a vient s'appuyer sur la paroi de fond 12c du conduit 12 opposée à celle à travers laquelle le dispositif de chauffage électrique est introduit. L'étanchéité à ce niveau pourra être améliorée en munissant l'élément 22a d'un profilé coopérant avec un relief complémentaire formé sur la paroi de fond 12c.
L'élément de cadre supérieur 22b peut porter des circuits 28 électroniques de commande du dispositif de chauffage électrique 16.
Bien entendu, d'autres possibilités de montage du dispositif de chauffage électrique 16 dans le boîtier 10 pourront être envisagées, qui offrent une bonne étanchéité le long des parois du conduit. Ainsi, le cadre du dispositif de chauffage électrique pourra être muni de profilés en saillie qui pénètrent dans des reliefs en creux des parois du conduit.
Dans une autre variante illustrée par la figure 4, les reliefs 12a, 12b de la paroi interne du conduit 12 coopèrent avec des
Figure img00070001

logements en creux 18 18b formés aux extrémités d'ailettes logements en creux 18a radiantes 18 du dispositif de chauffage électrique 16. Les ailettes 18 sont traversées par des barreaux chauffants 19 munis d'éléments résistifs.
Les figures 4 et 5 illustrent partiellement un autre mode de réalisation d'une installation de chauffage d'air conforme à l'invention pour un habitacle de véhicule automobile.
L'installation de chauffage comprend un boîtier 30 délimitant un conduit 32 pour l'air à réchauffer. Un échangeur de chaleur 34 de type air-liquide et un dispositif de chauffage électrique 36 sont montés en série dans le conduit 32. Le dispositif de chauffage électrique 36 est monté en aval de l'échangeur de chaleur 34 dans le sens d'écoulement de l'air (flèches F2) entre un pulseur (non représenté) situé en amont de l'échangeur de chaleur 34 et des bouches de sortie dans l'habitacle situées en aval du dispositif de chauffage électrique 36.
Typiquement, l'échangeur de chaleur 34 est alimenté en liquide de refroidissement du moteur du véhicule. Il est logé dans le
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boîtier 30, par exemple à la manière d'un tiroir, et occupe toute la section rectangulaire du conduit 32 au niveau où il est monté.
Le dispositif de chauffage électrique 36 peut utiliser des résistances chauffantes dont la résistance électrique est sensiblement invariable, ou des résistances CTP.
Dans l'exemple illustré, le dispositif de chauffage électrique 36 est adjacent à l'échangeur de chaleur 34 mais n'occupe qu'une partie de la section du conduit 32 au niveau où il est situé, la partie complémentaire 33 de la section du conduit 32 étant occupée par un volet 38.
Le volet 38 est mobile entre une position fermée (en traits pleins sur la figure 4), dans laquelle il obture cette partie complémentaire de la section du conduit 32, et au moins une position ouverte (telle que par exemple celle illustrée en traits interrompus sur la figure 4).
Lorsque le volet 38 est fermé, l'air circulant dans le conduit 32 est pratiquement en totalité forcé de traverser le dispositif de chauffage électrique. Celui-ci peut présenter alors un coefficient d'adaptation pratiquement égal à 100 % lorsqu'il est en fonctionnement.
Lorsque le volet 38 est ouvert, une partie du flux d'air dans le conduit 32 passe à l'extérieur du dispositif de chauffage 36, à travers le passage de dérivation 33. La perte de charge aéraulique, c'est-à-dire la diminution de débit d'air, induite par la présence du
Figure img00080001

dispositif de chauffage électrique est alors minime, bien inférieure à 5 %.
Comme le montre la figure 5, le dispositif de chauffage électrique 36 est entouré par un cadre formé de deux bords latéraux 40a, 40b et deux parties de cadre inférieure 42a et supérieure 42b.
Le cadre du dispositif de chauffage électrique 36 peut être relié à l'échangeur de chaleur 34 pour former un sous-ensemble pouvant être prémonté avant introduction dans le boîtier 30.
Les parties de cadre 42a, 42b sont prolongées d'un côté du dispositif de chauffage électrique 36 proprement dit pour former des
Figure img00080002

flasques 44a fiasques 44a, 44b de support de l'axe de rotation 38a du volet 38.
1 L'axe de rotation peut avoir une position décalée par rapport à celle
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du plan moyen du dispositif de chauffage électrique de manière à offrir au volet 38 la liberté de débattement nécessaire (figure 4).
Figure img00090001
En outre, l'un des flasques 44a, 44b, par exempte) e fiasque par exemple le flasque 44b ur pas-à-pas ou un , supporte un actionneur 46, tel qu'un moteur pas-à-pas ou un relais à plusieurs positions, qui est couplé avec l'axe 38a pour commander le déplacement du volet 38.
Des circuits électroniques 48 de commande de l'actionneur 46 et du dispositif de chauffage électrique 36 peuvent en outre être intégrés dans le cadre, par exemple dans l'élément de cadre 42b dont le prolongement 44b supporte l'actionneur.
Lorsque l'échangeur de chaleur est incapable de fournir les calories nécessaires au réchauffage souhaité de l'air circulant dans le conduit 32, le fonctionnement du dispositif de chauffage électrique 36 est commandé en même temps que la fermeture du volet 38 pour avoir la meilleure efficacité de chauffage.
Lorsque le chauffage d'appoint fourni par le dispositif de chauffage électrique 36 n'est plus nécessaire, le fonctionnement de celui-ci est interrompu et le volet 38 est ouvert. Le dispositif de chauffage électrique est alors inactif mais l'ouverture du passage de dérivation 33 minimise la perte de charge aéraulique.
On notera que le volet 38 pourra être déplacé entre sa position fermée et une position ouverte unique, ou que plusieurs positions d'ouverture plus ou moins grande du passage de dérivation 33 pourront être prévues afin de régler le débit d'air dans ce passage.
Ainsi, selon les besoins initiaux en réchauffage de l'air, une partie du flux d'air pourra être éventuellement dérivée dans le passage 33 ouvert partiellement en même temps que le dispositif de chauffage électrique 36 fonctionne.
Les figures 6 et 7 illustrent une variante de réalisation et de montage du dispositif de chauffage électrique avec le volet 38 associé.
Les éléments communs aux figures 4 et 6 et aux figures 5 et 7 portent les mêmes références et ne seront pas décrits à nouveau.
Selon cette variante, l'ensemble formé par le dispositif de chauffage électrique 36 et le volet 38 est monté dans le boîtier 30 indépendamment de l'échangeur de chaleur 34.
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Le montage peut être réalisé d'une manière semblable à celle montrée par les figures 1 à 3.
Ainsi, l'ensemble formé par le dispositif de chauffage électrique 36 et le volet 38 est muni sur deux bords opposés de profilés 50fil, 50b qui coopèrent avec des reliefs 32a, 32b formés sur la paroi interne du passage 32.
Les profilés peuvent être à section en U ouverte vers l'extérieur, tandis que les reliefs peuvent être sous forme de nervures pénétrant dans les profilés.
Si l'on se réfère à la figure 7, l'un, 50a, des profilés est solidaire du bord latéral 40a du cadre du dispositif de chauffage, tandis que l'autre profilé 50b s'étend entre les extrémités des flasques
Figure img00100001

44a 44. ê., 44b.
Le bord 40b, le profilé 50b et les flasques 44a, 44b encadrent le passage de dérivation 33 obturable par le volet 38.
Dans ce mode de réalisation, l'axe du volet 38 peut être situé dans le plan moyen du dispositif de chauffage électrique 36 dans la mesure où le volet 38 est suffisamment écarté de l'échangeur de chaleur 36.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Installation de chauffage d'habitacle de véhicule automobile comprenant un boîtier (10 ; 30) délimitant un conduit (12 ; 32) d'air à réchauffer, un échangeur de chaleur air-liquide (14 ; 34) monté dans le conduit et un dispositif de chauffage électrique (16 ; 36) également monté dans le conduit, en aval de l'échangeur de chaleur, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage électrique (16 ; 36) est monté dans le conduit (12 ; 32) de manière à pouvoir être traversé, en mode de chauffage électrique, par pratiquement l'intégralité du flux d'air circulant dans le conduit, tout en permettant de limiter à au plus 5 % la perte de charge aéraulique due à la présence du dispositif de chauffage électrique dans le conduit.
2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de chauffage électrique (16) est monté dans le conduit (12) de manière à toujours être traversé pratiquement par la totalité du flux d'air parcourant le conduit, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage (16) est espacé de l'échangeur de chaleur (14) et monté séparément de celui-ci de manière à minimiser la perte de charge aéraulique.
3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la distance moyenne entre les faces aval (14b) de l'échangeur de chaleur (14) et amont (16a) du dispositif de chauffage électrique (16) est au moins égale à 5 mm.
4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la distance moyenne entre les faces aval (14Q) de l'échangeur de chaleur (14) et amont (16ill du dispositif de chauffage électrique (16) est environ égale à 9 mm.
5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les faces aval (14b) de l'échangeur de chaleur (14) et amont (16ill du dispositif de chauffage électrique (16) ne sont pas parallèles.
6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage électrique (16)
Figure img00110001
comprend un cadre ayant des côtés munis de profilés (20 20Q) qui , 20b) qui coopèrent avec des reliefs (12a, z formés sur la paroi interne du
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conduit (12) pour le montage du dispositif de chauffage électrique dans le conduit.
7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage électrique (16) comprend des ailettes (18) munies de logements (18a, 18j2) qui
Figure img00120001
coopèrent avec des reliefs (12B-, 12. Q) formés sur la paroi interne du coopèrent avec des reliefs (12a conduit (12) pour le montage du dispositif de chauffage électrique dans le conduit.
8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage électrique (36) est monté dans le conduit (32) de manière à occuper une première partie d'une section du conduit et un volet (38) est monté dans la deuxième partie de la section du conduit, complémentaire de la première, le volet étant déplaçable entre une position fermée, pour laquelle le dispositif de chauffage électrique (36) est traversé pratiquement par la totalité du flux d'air parcourant le conduit, et une position non fermée pour laquelle une partie du flux d'air est dérivée en dehors du dispositif de chauffage électrique.
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage électrique (36) et le volet (38) sont montés dans un même cadre.
10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le cadre supporte en outre un actionneur (46) pour commander le déplacement du volet (38).
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le cadre supporte des circuits de commande (48) du dispositif de chauffage électrique (36) et du volet (38).
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