FR2924055A1

FR2924055A1 - Heating system for passenger compartment of motor vehicle, has heat pipes in contact with exhaust tube of exhaust system of heat engine for transferring heat from tube to heat transfer liquid

Info

Publication number: FR2924055A1
Application number: FR0708315A
Authority: FR
Inventors: Claude Wallecan
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-05-29

Abstract

The system (6) has heat pipes (17a, 17b) in contact with an exhaust tube (16) of an exhaust system (4) of a heat engine (2) for transferring the heat from the tube to a heat transfer liquid. The heat pipes are moved between a position in which the pipes are in contact with the exhaust tube, and another position in which the pipes are remote from the system, by an electric actuator (20). Unit heater (11) or a heat transfer liquid or air exchanger is crossed by the heat transfer fluid and the air for reheating the passenger compartment. An independent claim is also included for a method for operating a heating system.

Description

L'invention concerne un système de chauffage d'habitacle de véhicule automobile, en particulier un système de chauffage d'appoint. The invention relates to a motor vehicle cabin heating system, in particular an auxiliary heating system.

Les nouvelles motorisations Diesel ont atteint un niveau de rendement tel que le transfert de chaleur depuis les chambres de combustion et depuis les zones de frottement des éléments mécaniques entre eux vers le liquide de refroidissement est devenu très faible. Cette perte de puissance thermique empêche d'obtenir un confort thermique dans l'habitacle dans un délai raisonnable (environ 30 minutes après le démarrage du moteur). The new diesel engines have reached a level of efficiency such that the transfer of heat from the combustion chambers and from the friction zones of the mechanical elements to each other towards the coolant has become very low. This loss of thermal power prevents thermal comfort in the cabin within a reasonable time (about 30 minutes after starting the engine).

Pour remédier à ce problème, il est par exemple connu de la demande EP 0 780 254 d'utiliser un système de climatisation du véhicule dans un mode de chauffage. Dans ce mode, on fait circuler le fluide du circuit de climatisation dans une branche dérivée évitant le condenseur. Ainsi, l'évaporateur reçoit le fluide du circuit de climatisation à l'état gazeux et joue le rôle d'un échangeur de chaleur pour dissiper, sous forme de chaleur, l'énergie fournie au fluide au niveau de la pompe. Le système peut notamment être utilisé dans ce mode pour chauffer l'habitacle du véhicule lorsque la température du moteur thermique du véhicule est insuffisante. To remedy this problem, it is for example known from application EP 0 780 254 to use a vehicle air conditioning system in a heating mode. In this mode, the fluid of the air conditioning circuit is circulated in a derived branch avoiding the condenser. Thus, the evaporator receives the fluid from the air conditioning circuit in the gaseous state and acts as a heat exchanger to dissipate, in the form of heat, the energy supplied to the fluid at the pump. In particular, the system can be used in this mode to heat the passenger compartment of the vehicle when the temperature of the engine of the vehicle is insufficient.

On connaît aussi de la demande FR 2 501 596 un dispositif électrique de chauffage d'appoint utilisant des résistances électriques montées dans le circuit de ventilation d'un véhicule automobile pour réchauffer l'habitacle notamment lorsque la température du moteur thermique du véhicule est insuffisante. Also known from the application FR 2 501 596 an electric auxiliary heating device using electrical resistors mounted in the ventilation circuit of a motor vehicle to warm the passenger compartment especially when the temperature of the engine of the vehicle is insufficient.

Ces deux solutions sont consommatrices d'énergie que le moteur 30 thermique devra fournir en plus de celle qu'il aurait normalement fournie en utilisation normale et sont donc source de pollution. Both of these solutions consume energy that the thermal engine will have to provide in addition to what it would normally have provided in normal use and are therefore a source of pollution.

CK/Ag\2. R442.12 FR.60. dpt. doc Pour éviter un tel problème, il est connu d'utiliser la chaleur des gaz d'échappement normalement dissipée dans l'air ambiant au niveau de l'échappement, éventuellement après que ces gaz ont perdu une partie de leur enthalpie au niveau de la turbine de suralimentation dans le cas de moteurs suralimentés. Les gaz d'échappement présentent en effet une température élevée très peu de temps après le démarrage du moteur thermique. CK / Ag \ 2. R442.12 EN.60. dept. In order to avoid such a problem, it is known to use the heat of the exhaust gases normally dissipated in the ambient air at the level of the exhaust, possibly after these gases have lost part of their enthalpy at the level of the exhaust. turbocharger in the case of supercharged engines. The exhaust gas indeed has a high temperature very shortly after starting the engine.

Il est notamment connu de la demande de brevet FR 2 854 103 un système de chauffage d'habitacle d'automobile comprenant un circuit de liquide de refroidissement présentant un aérotherme et un échangeur gaz d'échappement-liquide de refroidissement. Grâce à un tel système, une partie de la chaleur des gaz d'échappement sert à réchauffer le liquide de refroidissement qui est ensuite utilisé pour le chauffage de l'habitacle via l'aérotherme. Cette solution pose notamment des problèmes d'encrassement de l'échangeur gaz d'échappement-liquide de refroidissement, du côté gaz d'échappement. It is particularly known from the patent application FR 2,854,103 an automobile cabin heating system comprising a coolant circuit having a heater and an exhaust gas-coolant exchanger. With such a system, a portion of the heat of the exhaust gas is used to heat the coolant which is then used for heating the cabin via the heater. This solution poses in particular fouling problems of the exhaust gas-coolant exchanger, on the exhaust gas side.

Le but de l'invention est de fournir un système de chauffage d'habitacle obviant aux inconvénients cités précédemment et améliorant les systèmes de chauffage connus de l'art antérieur ou offrant une solution alternative à ceux-ci. En particulier, l'invention propose un système de chauffage d'habitacle simple, nécessitant peu d'entretien et permettant un chauffage rapide de l'habitacle sans consommation supplémentaire d'énergie par le moteur thermique. The object of the invention is to provide a cabin heating system obviating the disadvantages mentioned above and improving the heating systems known from the prior art or offering an alternative solution thereto. In particular, the invention proposes a simple cabin heating system, requiring little maintenance and allowing rapid heating of the passenger compartment without additional energy consumption by the engine.

L'invention repose sur un système de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile comprenant un moteur thermique qui comprend au moins un caloduc en contact avec un élément d'un système CK/Ag\2. R442.12FR.60. dpt. do c d'échappement du moteur thermique pour transférer de la chaleur de cet élément de système d'échappement à un liquide caloporteur. The invention is based on a heating system of the passenger compartment of a motor vehicle comprising a heat engine which comprises at least one heat pipe in contact with an element of a CK / Ag \ 2 system. R442.12FR.60. dept. exhaust of the heat engine for transferring heat from this exhaust system element to a heat transfer liquid.

Selon une variante, le système de chauffage peut comporter au moins un 5 caloduc comprenant un échangeur pour transférer de la chaleur du fluide de l'au moins un caloduc au liquide caloporteur. Selon une autre variante, le système de chauffage peut comporter un échangeur comprenant un tuyau cheminant dans l'au moins un caloduc, 10 le liquide caloporteur circulant dans ce tuyau. According to one variant, the heating system may comprise at least one heat pipe comprising an exchanger for transferring heat from the fluid of the at least one heat pipe to the coolant. According to another variant, the heating system may comprise an exchanger comprising a pipe running in the at least one heat pipe, the coolant circulating in this pipe.

Selon une autre variante, le système de chauffage peut comprendre au moins un caloduc manoeuvrable grâce à un actionneur entre une première position (A) de contact avec l'élément de système 15 d'échappement et une deuxième position (B) dans laquelle l'au moins un caloduc est à distance de l'élément de système d'échappement. According to another variant, the heating system may comprise at least one heat pipe that can be operated by means of an actuator between a first position (A) of contact with the exhaust system element and a second position (B) in which the at least one heat pipe is remote from the exhaust system element.

Selon une autre variante, le système de chauffage peut comprendre un échangeur air-liquide caloporteur destiné à être traversé, d'une part, par 20 le liquide caloporteur et, d'autre part, par de l'air pour réchauffer l'habitacle. According to another variant, the heating system may comprise an air-to-liquid heat exchanger intended to be traversed, on the one hand, by the heat transfer fluid and, on the other hand, by air to heat the passenger compartment.

Selon une autre variante, le système de chauffage peut comprendre un échangeur air-liquide caloporteur branché sur le circuit de 25 refroidissement du moteur thermique, le liquide de refroidissement circulant dans ce circuit étant susceptible de traverser l'échangeur air-liquide caloporteur lorsqu'une vanne du circuit de refroidissement est ouverte. 30 L'invention porte aussi sur un procédé de fonctionnement d'un système de chauffage, caractérisé en ce que, tant que la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une première température C K/Ag\2. R442.12 FR. 60. dpt. do c seuil, l'au moins un caloduc est maintenu dans une première position (A) de contact avec l'élément de système d'échappement et en ce que, dès que la température du liquide de refroidissement du moteur est supérieure à la première température seuil, l'au moins un caloduc est maintenu dans une deuxième position (B) à distance de l'élément de système d'échappement. Selon une variante, le procédé de fonctionnement d'un système de chauffage est caractérisé en ce que, tant que la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une deuxième température seuil, le liquide de refroidissement ne circule pas dans l'échangeur air-liquide caloporteur et en ce que, dès que la température du liquide de refroidissement du moteur est supérieure à la deuxième température seuil, le liquide de refroidissement circule dans l'échangeur air-liquide caloporteur. Selon une autre variante, le procédé de fonctionnement d'un système de chauffage est caractérisé en ce que les première et deuxième températures seuil sont égales. Enfin, l'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant un système de chauffage tel que décrit précédemment. According to another variant, the heating system may comprise an air-liquid heat exchanger connected to the cooling circuit of the heat engine, the cooling liquid circulating in this circuit being able to pass through the heat exchanger air-liquid heat when a Cooling system valve is open. The invention also relates to a method of operating a heating system, characterized in that as long as the temperature of the engine coolant is lower than a first temperature C K / Ag \ 2. R442.12 EN. 60. dpt. the threshold, the at least one heat pipe is maintained in a first position (A) of contact with the exhaust system element and in that, as soon as the temperature of the engine coolant is higher than the first threshold temperature, the at least one heat pipe is maintained in a second position (B) remote from the exhaust system element. According to a variant, the operating method of a heating system is characterized in that, as long as the temperature of the engine coolant is lower than a second threshold temperature, the coolant does not circulate in the air exchanger and coolant fluid in that, as soon as the temperature of the engine coolant is higher than the second threshold temperature, the coolant circulates in the air-liquid heat exchanger. According to another variant, the operating method of a heating system is characterized in that the first and second threshold temperatures are equal. Finally, the invention also relates to a motor vehicle comprising a heating system as described above.

Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation 25 d'un système de chauffage d'habitacle selon l'invention. The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of a cockpit heating system according to the invention.

La figure 1 est un schéma représentant partiellement un véhicule automobile équipé d'un mode de réalisation d'un système de chauffage d'habitacle selon l'invention. La figure 2 est une coupe schématique partielle du véhicule au niveau du plan II-II de la figure 1. C K/Ag\2. R442.12FR. 60. dpt. do c 30 Le véhicule automobile 1, représenté partiellement à la figure 1, comprend un habitacle 24 séparé d'un compartiment moteur 25 par un tablier 9. Dans le compartiment moteur, le véhicule comprend un moteur thermique 2 incluant un système d'échappement 4 comprenant notamment un tube d'échappement 16. Ce moteur thermique présente également un circuit de refroidissement permettant de réguler sa température de fonctionnement, le circuit de refroidissement étant parcouru par un liquide de refroidissement. Figure 1 is a diagram partially showing a motor vehicle equipped with an embodiment of a cabin heating system according to the invention. Figure 2 is a partial schematic section of the vehicle at the plane II-II of Figure 1. C K / Ag \ 2. R442.12FR. 60. dpt. The motor vehicle 1, partially shown in Figure 1, comprises a passenger compartment 24 separated from a motor compartment 25 by an apron 9. In the engine compartment, the vehicle comprises a heat engine 2 including an exhaust system 4 including an exhaust tube 16. This heat engine also has a cooling circuit for controlling its operating temperature, the cooling circuit being traversed by a coolant.

Le véhicule comprend aussi un système 3 de ventilation et de renouvellement de l'air de l'habitacle. Ce système comprend notamment une grille d'entrée d'air 8, un ventilateur 10 et un système 12 de distribution d'air dans l'habitacle du véhicule. Le véhicule comprend encore, en interaction avec le système de ventilation et de renouvellement de l'air et le système d'échappement et le circuit de refroidissement du moteur, un système 6 de chauffage de l'habitacle du véhicule. 20 Le système de chauffage comprend principalement un aérotherme 11 ou échangeur air-liquide caloporteur, situé dans une tubulure du système de ventilation et de renouvellement de l'air de l'habitacle. Cet aérotherme est traversé, d'une part, par un liquide caloporteur, par exemple le liquide 25 caloporteur de refroidissement du moteur et, d'autre part, par l'air circulant dans le système de ventilation et de renouvellement afin de chauffer celui-ci. Le liquide caloporteur de refroidissement du moteur est conduit du circuit de refroidissement au système de chauffage grâce à des conduites 22 et 23. Une vanne 21, par exemple une électrovanne ou 30 une vanne thermostatique, permet d'autoriser ou d'interdire la circulation du liquide caloporteur de refroidissement du moteur dans l'aérotherme The vehicle also includes a ventilation system 3 and air renewal of the passenger compartment. This system comprises in particular an air intake grille 8, a fan 10 and a system 12 for distributing air into the passenger compartment of the vehicle. The vehicle further comprises, in interaction with the ventilation and air renewal system and the exhaust system and the engine cooling circuit, a system 6 for heating the passenger compartment of the vehicle. The heating system mainly comprises a heater 11 or air-liquid heat exchanger, located in a manifold of the air ventilation and renewal system of the passenger compartment. This heater is traversed, on the one hand, by a coolant liquid, for example the coolant coolant of the engine and, on the other hand, by the air circulating in the ventilation and renewal system in order to heat it. this. The coolant coolant of the engine is led from the cooling circuit to the heating system through lines 22 and 23. A valve 21, for example a solenoid valve or a thermostatic valve, allows to allow or to prohibit the circulation of the coolant coolant motor in the heater

CK/Ag\2. R442.12FR.60. dpt. do c15 11. De préférence, la circulation du liquide caloporteur de refroidissement du moteur n'est autorisée que lorsque sa température est supérieure à une température seuil et lorsque l'utilisateur du véhicule requiert le chauffage de l'habitacle. CK / Ag \ 2. R442.12FR.60. dept. do c15 11. Preferably, the circulation of the coolant coolant of the engine is allowed only when its temperature is above a threshold temperature and when the user of the vehicle requires the heating of the passenger compartment.

Un dispositif additionnel 26 de chauffage comprend l'aérotherme 11 relié par des conduites 13 et 14 conduisant un liquide caloporteur, de préférence le même que celui utilisé pour refroidir le moteur, à deux échangeurs (non représentés) en série prévus dans des caloducs 17a et 17b. Ces échangeurs permettent un échange de chaleur entre le fluide contenu dans les caloducs et le liquide caloporteur. Par exemple, ces échangeurs comprennent un tuyau en forme de serpentin dans chacun des caloducs. L'extérieur de ces tuyaux est en contact avec le fluide des caloducs alors que le liquide caloporteur circule dans les tuyaux. Une pompe 15 est de préférence prévue pour faire circuler le liquide caloporteur entre l'aérotherme et les caloducs. An additional heating device 26 comprises the heater 11 connected by lines 13 and 14 carrying a coolant liquid, preferably the same as that used to cool the engine, to two exchangers (not shown) in series provided in heat pipes 17a and 17b. These exchangers allow a heat exchange between the fluid contained in the heat pipes and the coolant. For example, these exchangers comprise a serpentine pipe in each of the heat pipes. The outside of these pipes is in contact with the heat pipe fluid while the heat transfer liquid circulates in the pipes. A pump 15 is preferably provided to circulate the coolant between the heater and the heat pipes.

Les caloducs comprennent chacun une enveloppe étanche enfermant un fluide en équilibre entre sa phase gazeuse et sa phase liquide. Les caloducs sont escamotables de manière à être déplacés par exemple grâce à un actionneur électrique 20 entre une première position A dans laquelle ils sont en contact avec un élément du système d'échappement, par exemple le tube d'échappement 16, et une deuxième position B dans laquelle ils sont à distance du système d'échappement. Des moyens de guidage 19 sont prévus pour guider les caloducs dans leur mouvement entre ces deux positions. The heat pipes each comprise a sealed envelope enclosing a fluid in equilibrium between its gaseous phase and its liquid phase. The heat pipes are retractable so as to be displaced for example by means of an electric actuator 20 between a first position A in which they are in contact with an element of the exhaust system, for example the exhaust tube 16, and a second position B in which they are remote from the exhaust system. Guiding means 19 are provided to guide the heat pipes in their movement between these two positions.

De préférence, les caloducs sont maintenus dans la première position A tant que la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une température seuil et que l'utilisateur du véhicule requiert le chauffage de l'habitacle. De préférence, une pompe de circulation 15 Preferably, the heat pipes are maintained in the first position A as long as the temperature of the engine coolant is below a threshold temperature and the user of the vehicle requires the heating of the passenger compartment. Preferably, a circulation pump 15

CK/Ag\2. R442.12FR.60. dpt. doc du liquide caloporteur est activée lorsque les caloducs sont dans cette première position. CK / Ag \ 2. R442.12FR.60. dept. The heat transfer fluid doc is activated when the heat pipes are in this first position.

Quand les caloducs sont dans la première position A, l'élément de système d'échappement, qui est rapidement chaud après le démarrage du moteur, transfert par contact (donc par conduction) de la chaleur à une des extrémités de chacun des caloducs. Cette chaleur entraîne la vaporisation d'une fraction du fluide contenue dans les caloducs, cette fraction se déplaçant alors vers les autres extrémités des caloducs. A ces extrémités, le fluide vaporisé se condense en cédant sa chaleur au liquide caloporteur via l'échangeur décrit précédemment. Le fluide condensé se dirige alors vers les autres extrémités des caloducs où il reçoit de nouveau de la chaleur de l'élément de système d'échappement. When the heat pipes are in the first position A, the exhaust system element, which is rapidly hot after the engine is started, transfer by contact (therefore by conduction) heat to one end of each of the heat pipes. This heat causes the vaporization of a fraction of the fluid contained in the heat pipes, this fraction then moving to the other ends of the heat pipes. At these ends, the vaporized fluid condenses by yielding its heat to the heat transfer liquid via the exchanger described above. The condensed fluid then moves to the other ends of the heat pipes where it receives heat again from the exhaust system element.

De préférence, l'élément de système d'échappement destiné à être en contact avec les caloducs présente une surface 18 étudiée pour optimiser l'échange thermique avec les caloducs. Par exemple, la surface 18 est plane et les extrémités des caloducs destinés à venir en contact avec cette surface sont également plans. Preferably, the exhaust system element intended to be in contact with the heat pipes has a surface 18 designed to optimize heat exchange with the heat pipes. For example, the surface 18 is flat and the ends of the heat pipes intended to come into contact with this surface are also planar.

Quand le liquide de refroidissement du moteur est suffisamment chaud pour assurer le chauffage de l'air de l'habitacle ou que l'utilisateur du véhicule automobile ne requiert pas le chauffage de l'habitacle, les caloducs sont escamotés dans la deuxième position B dans laquelle ils sont à distance du système d'échappement et dans laquelle ils n'échangent par conséquent pas de chaleur avec celui-ci. When the engine coolant is hot enough to heat the air in the passenger compartment or the user of the motor vehicle does not require the heating of the passenger compartment, the heat pipes are retracted into the second position B in which they are remote from the exhaust system and in which they therefore do not exchange heat with it.

Les caloducs se trouvant sous le châssis du véhicule, des moyens de carénage de l'ensemble formé par la surface 18 et les caloducs 17a et 17b sont avantageusement prévus pour éviter toute projection de The heat pipes being under the chassis of the vehicle, means of fairing of the assembly formed by the surface 18 and the heat pipes 17a and 17b are advantageously provided to avoid any projection of

C K/Ag\2. R442.12FR. 60. dpt. do c salissure au niveau des surfaces des caloducs et de l'élément de système d'échappement destinés à entrer en contact dans la première position A, de manière à ne pas dégrader le transfert thermique entre l'élément de système d'échappement et les caloducs. CK/Ag\2.R442.12FR.60. dpt.doc C K / Ag \ 2. R442.12FR. 60. dpt. dirt at the surfaces of the heat pipes and the exhaust system element intended to come into contact in the first position A, so as not to degrade the heat transfer between the exhaust system element and the heatpipes. CK / Ag \ 2.R442.12FR.60. dpt.doc

Claims

claims

: 1. Heating system (6) of a passenger compartment of a motor vehicle (1) comprising a heat engine (2), characterized in that it comprises at least one heat pipe (17a, 17b) in contact with an element (16) an exhaust system (4) of the heat engine for transferring heat from this exhaust system element to a heat transfer liquid.

2. Heating system according to claim 1, characterized in that the at least one heat pipe comprises an exchanger for transferring heat from the fluid of the at least one heat pipe to the heat transfer liquid.

3. Heating system according to claim 2, characterized in that the exchanger comprises a pipe running in the at least one heat pipe, the coolant circulating in this pipe.

4. Heating system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heat pipe is operable by an actuator (20) between a first position (A) of contact with the exhaust system element and a second position (B) in which the at least one heat pipe is remote from the exhaust system element.

5. Heating system according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an air-liquid heat exchanger (11) to be traversed, on the one hand, by the coolant and on the other hand by air to warm the cabin. CK / Ag \ 2. R442.12FR. 60. dpt. do c30

6. Heating system according to the preceding claim, characterized in that the air-liquid heat exchanger is connected to the cooling circuit (5) of the engine, the cooling liquid flowing in this circuit being able to pass through the exchanger air-liquid coolant when a valve (21) of the cooling circuit is open.

7. A method of operating a heating system according to one of the preceding claims, characterized in that, as the temperature of the engine coolant is lower than a first threshold temperature, the at least one heat pipe is maintained in a first position (A) of contact with the exhaust system element and in that, as soon as the temperature of the engine coolant is higher than the first threshold temperature, the at least one heat pipe is maintained in a second position (B) remote from the exhaust system element.

8. A method of operating a heating system according to the preceding claim, characterized in that, as the temperature of the engine coolant is lower than a second threshold temperature, the coolant does not circulate in the exchanger air-liquid coolant and in that, as soon as the temperature of the engine coolant is higher than the second threshold temperature, the coolant flows in the air-liquid heat exchanger.

9. A method of operating a heating system according to the preceding claim, characterized in that the first and second threshold temperatures are equal. CK / Ag \ 2. R442.12 EN. 60. dept. do c

10. Motor vehicle (1) comprising a heating system (6) according to one of claims 1 to 6. CK / Ag \ 2. R442.12FR.60. dept. doc