FR3062711A1 - Dispositif de chauffage electrique de fluide pour vehicule automobile - Google Patents

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Frederic Pierron
Jose LeBorgne
Laurent Tellier
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings

Abstract

La présente invention concerne un dispositif (1) de chauffage de fluide pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un corps de chauffe (7) monobloc présentant une forme générale polyédrique et comportant au moins un conduit (9) de fluide ; - au moins un élément de chauffage (11) apte à chauffer ledit fluide lorsqu'il circule dans ledit au moins un conduit (9) de fluide.

Description

© N° de publication : 3 062 711 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national : 17 50968 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : F24 H 9/18 (2017.01), B 60 H 1/32, H 05 B 3/22
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
(© Date de dépôt : 06.02.17. © Demandeur(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES
(© Priorité : Société par actions simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : PIERRON FREDERIC, LEBORGNE
JOSE etTELLIER LAURENT.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 10.08.18 Bulletin 18/32.
(© Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES
apparentés : Société par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES.
DISPOSITIF DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE DE FLUIDE POUR VEHICULE AUTOMOBILE.
FR 3 062 711 - A1 (5r) La présente invention concerne un dispositif (1) de chauffage de fluide pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte:
- au moins un corps de chauffe (7) monobloc présentant une forme générale polyédrique et comportant au moins un conduit (9) de fluide;
- au moins un élément de chauffage (11) apte à chauffer ledit fluide lorsqu'il circule dans ledit au moins un conduit (9) de fluide.
Figure FR3062711A1_D0001
Figure FR3062711A1_D0002
Figure FR3062711A1_D0003
Figure FR3062711A1_D0004
La présente invention concerne un dispositif de chauffage électrique de fluide pour véhicule automobile.
Ledit dispositif de chauffage est plus particulièrement destiné à chauffer un fluide circulant dans un circuit de climatisation d'un véhicule automobile.
De façon habituelle dans un véhicule automobile, lorsqu'il est nécessaire de faire parvenir de l'air chaud dans l'habitacle du véhicule, par exemple pour le désembuage du pare-brise, un flux d'air destiné à l'habitacle est réchauffé par son passage à travers un échangeur de chaleur dans lequel circule un fluide. Ledit fluide va alors céder des calories audit flux d'air afin de réchauffer ce dernier. Dans le cas d'un véhicule équipé d'un moteur thermique, le fluide peut être le fluide de refroidissement dudit moteur.
Cependant, ce mode de chauffage est insuffisant lorsqu'il est nécessaire de garantir un chauffage rapide et efficace de l'habitacle lors du démarrage du véhicule et/ou dans un environnement très froid.
Lorsque le véhicule est un véhicule électrique, celui-ci peut comprendre un circuit supplémentaire, par exemple d'eau, pour le chauffage de l'habitacle du véhicule ou un circuit de climatisation apte à fonctionner dans un mode pompe à chaleur.
Néanmoins, l'installation d'un circuit supplémentaire présente l'inconvénient d'être coûteux et encombrant.
De plus, que le flux d'air soit réchauffé au moyen d'un circuit d'eau supplémentaire ou par un circuit de climatisation fonctionnant en mode pompe à chaleur, ces solutions ne sont pas satisfaisantes, car elles ne permettent pas un chauffage rapide et efficace de l'air selon toutes les conditions de température extérieure.
Afin de remédier à ces inconvénients, il est connu d'adjoindre aux différents circuits cités ci-dessus un dispositif de chauffage électrique de fluide. Néanmoins, les dispositifs de chauffage électrique de fluide de l'art antérieur présentent des structures complexes et des coûts de fabrication élevés.
La présente invention vise à remédier à au moins certains des inconvénients évoqués ci-dessus et à proposer une nouvelle architecture de dispositif de chauffage de fluide pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte :
au moins un corps de chauffe monobloc présentant une forme générale polyédrique et comportant au moins un conduit de fluide ;
au moins un élément de chauffage apte à chauffer ledit fluide lorsqu'il circule dans ledit au moins un conduit de fluide.
Ledit dispositif de chauffage de fluide comporte ainsi un nombre limité d'éléments réduisant ainsi les coûts de fabrication et d'assemblage dudit dispositif de chauffage. Par ailleurs, on notera que le caractère monobloc du corps de chauffe, tout en simplifiant la structure dudit dispositif de chauffage, permet également une conduction de la chaleur plus homogène d'au moins un élément de chauffage vers le fluide circulant à travers ledit au moins un corps de chauffe.
Selon une caractéristique possible, le corps de chauffe dudit dispositif de chauffage présente une forme générale hexaédrique, trapézoïdale, parallélépipédique.
Préférentiellement, le corps de chauffe présente une forme générale de pavé droit (ou parallélépipédique rectangle).
Selon une autre caractéristique possible, le corps de chauffe dudit dispositif de chauffage est en aluminium ou en alliage d'aluminium.
Selon une autre caractéristique possible, le corps de chauffe dudit dispositif de chauffage est réalisé en un matériau métallique présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 120 W.m'ùK1 à 20 °C.
Selon une autre caractéristique possible, l'épaisseur dudit corps de chauffe situé entre ledit au moins un conduit de fluide et ledit au moins un élément de chauffage est comprise entre 0,5 et 5 mm, et de préférence entre 1 et 3 mm.
Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif comporte au moins une entrée de fluide et une sortie de fluide, lesdites au moins une entrée et sortie de fluide étant situées sur des extrémités opposées dudit dispositif ou sur la même extrémité dudit dispositif.
Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif comprend au moins un boîtier (ou capot) qui est monté sur au moins deux des extrémités dudit corps de chauffe.
Ledit boîtier ou capot est un élément qui permet de fermer l'une des extrémités du corps de chauffe.
Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif comprend une carte électronique pour la gestion de l'alimentation électrique dudit au moins un élément de chauffage.
Selon une autre caractéristique possible, ladite carte électronique est logée dans un desdits boîtiers.
Selon une autre caractéristique possible, ledit au moins un conduit présente une section polygonale.
Selon une autre caractéristique possible, le corps de chauffe dudit dispositif comprend une pluralité de conduits de fluide.
Selon une autre caractéristique possible, ledit au moins un conduit de fluide s'étend selon le plan d'extension principal dudit corps de chauffe.
Selon une autre caractéristique possible, ledit au moins un conduit s'étend d'une extrémité opposée à l'autre dudit corps de chauffe.
Selon une autre caractéristique possible, ledit au moins un conduit est aménagé dans ledit corps de chauffe.
Selon une autre caractéristique possible, ledit au moins un élément de chauffage est une piste électrique sérigraphiée.
Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif comprend au moins une plaque métallique distincte sur laquelle est disposée ledit au moins un élément de chauffage.
Selon une autre caractéristique possible, ledit au moins un élément de chauffage est isolé électriquement.
Selon une autre caractéristique possible, le dispositif comprend un manchon qui entoure au moins partiellement ledit corps de chauffe. Ledit manchon est préférentiellement réalisé dans un matériau isolant thermiquement.
Selon une autre caractéristique possible, le dispositif comprend une ou plusieurs plaques, par exemple deux, sur lesquelles sont sérigraphiées une ou plusieurs pistes électriques.
Selon une autre caractéristique possible, ledit corps de chauffe et chacune desdits plaques comportent des faces en regard qui sont respectivement pressées l'une contre l'autre.
Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif comprend au moins deux boîtiers qui coopèrent avec ledit au moins un conduit du corps de chauffe afin de définir un circuit de fluide de l'entrée de fluide à la sortie de fluide.
Selon une autre caractéristique possible, le dispositif comprend une embase disposée entre le corps de chauffe et la carte électronique. L'embase a notamment pour fonction d'isoler électriquement la carte électronique du fluide circulant dans le dispositif. L'embase est par exemple réalisée en un matériau qui est un isolant électrique, tel que de la céramique ou un matériau plastique.
Selon une autre caractéristique possible, un isolant thermique, tel qu'une mousse à base de polymère, peut être disposé entre le manchon et l'ensemble comportant le corps de chauffe et les plaques.
Selon une autre caractéristique possible, l'embase présente des reliefs qui permettent de canaliser le fluide provenant de l'entrée de fluide par l'intermédiaire d'au moins un conduit vers la sortie de fluide, par l'intermédiaire d'au moins un conduit.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donnée uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique de dessus et en perspective d'un dispositif de chauffage électrique de fluide selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique éclatée du dispositif de la figure 1 ;
- les figures 3 à 6 représentent des vues schématiques en coupe d'une partie du dispositif de chauffage selon différents modes de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente une vue schématique de dessus et en perspective d'un dispositif 1 de chauffage électrique de fluide selon un mode de réalisation de l'invention. Ledit dispositif 1 comprend une entrée de fluide 3 et une sortie de fluide 5. L'entrée 3 et la sortie 5 sont destinées à être raccordées à un circuit de fluide caloporteur ou à un circuit de fluide réfrigérant d'un véhicule automobile.
Dans le mode de réalisation présenté, lesdites entrée 3 et sortie 5 de fluide sont disposées sur une même extrémité du dispositif 1. Néanmoins, lesdites entrée 3 et sortie 5 de fluide peuvent être également disposées sur des extrémités opposées dudit dispositif 1.
La figure 2, quant à elle, est vue schématique éclatée du dispositif 1, celui-ci comporte :
au moins un corps de chauffe 7 présentant une forme générale polyédrique et comportant au moins un conduit 9 de fluide ; au moins un élément de chauffage 11 apte à chauffer ledit fluide lorsqu'il circule dans ledit au moins un conduit 9 de fluide.
On notera plus particulièrement que le corps de chauffe 7 présente une forme générale de pavé droit (ou parallélépipède rectangle), mais que celui-ci peut également présenter une forme générale hexaédrique, trapézoïdale, parallélépipédique...
Ainsi, le corps de chauffe 7 présente un plan d'extension principal dans lequel s'étend(ent) un ou plusieurs conduits 9 de fluide d'une extrémité opposée à l'autre dudit corps de chauffe 7. Ledit corps de chauffe 7 est, de plus, monobloc (c'est-à-dire d'une seule pièce), ceci permet, entre autres, de simplifier la fabrication du corps de chauffe, mais également l'assemblage du dispositif de chauffage selon l'invention. On notera également que le caractère monobloc du corps de chauffe permet de favoriser la conduction de la chaleur d'un élément chauffage au fluide circulant dans le corps de chauffe, par exemple en évitant la création de zones présentant une résistance thermique plus élevée dans le corps de chauffe (évitant ainsi l'apparition de « points chauds » dans le corps de chauffe).
Ledit corps de chauffe 7 est préférentiellement réalisé en un matériau métallique, tel que de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. En effet, il a été constaté qu'un corps de chauffe 7 réalisé en un matériau métallique présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 120 W.m'/K'1 à 20 °C permet un transfert efficace de chaleur du corps de chauffe 7 vers le fluide circulant dans le ou les conduits 9 de fluide dudit dispositif 1.
Le corps de chauffe 7 comprend, dans le mode de réalisation présenté, une pluralité de conduits 9 de fluide, chacun desdits conduits 9 étant aménagés directement dans le corps de chauffe 7. C'est-à-dire que les conduits 9 sont délimités par des surfaces internes audit corps de chauffe 7. Lesdits conduits 9 sont, par exemple, usinés dans le corps de chauffe 7. Lesdits conduits 9 peuvent être également formés lors de la fabrication par moulage du corps de chauffe 7. On notera également que lesdits corps de chauffe 7 et lesdits conduits 9 peuvent être obtenus par un procédé d'extrusion.
Plus particulièrement, les conduits 9 présentent une section polygonale et préférentiellement carrée, rectangulaire, en forme de losange...
Ledit au moins un élément de chauffage 11 est, par exemple, une piste électrique. Dans le mode de réalisation présentement décrit, le dispositif 1 comprend une pluralité d'éléments de chauffage 11.
Chacun desdits éléments de chauffage 11 est isolé électriquement, par exemple par l'intermédiaire d'un film polymère. Lesdits éléments de chauffage 11 sont, par exemple, enveloppés dans ledit film polymère.
Plus particulièrement, le dispositif 1 comprend une ou plusieurs plaques 13, par exemple deux dans le mode de réalisation présenté ici, sur lesquelles sont sérigraphiées une ou plusieurs pistes électriques 11. Chacune des plaques 13 est réalisée en un matériau métallique, tel que de l'inox. Chacune des plaques 13 est un élément distinct du corps de chauffe 7.
Lesdites plaques 13 sont fixées sur le corps de chauffe 7 par des moyens de fixation (non représentés) tels que de la colle, des rivets, etc.
De plus, les faces en regard respectivement du corps de chauffe 7 et de chacune des plaques 13 sont pressées l'une contre l'autre de manière à permettre un transfert thermique le plus efficace possible.
Ledit dispositif 1 de chauffage de fluide comprend, par ailleurs, deux boîtiers (ou capots) 15 et 17 disposés à chacune des extrémités opposées du corps de chauffe 7. Les boîtiers (et capots) 15 et 17 permettent de fermer respectivement chacune des extrémités ouvertes du corps de chauffe 7.
Lesdites entrée 3 et sortie 5 de fluide sont disposées sur l'un des boîtiers.
Lesdits boîtiers 15 et 17 coopèrent avec les conduits 9 du corps de chauffe 7 afin de définir un circuit de fluide de l'entrée 3 de fluide à la sortie 5 de fluide, en passant par les conduits 9. Les boîtiers 15 et 17 permettent de distribuer le fluide entre un ou plusieurs conduits 9 du corps de chauffe 7. La configuration interne des boîtiers 15 et 17 (c'est-à-dire la face interne du boîtier coopérant avec le corps de chauffe) ne sera pas plus détaillée dans la présente demande, car celle-ci peut varier en fonction des puissances nécessaires et de la température de fluide souhaitée en sortie du dispositif 1.
On notera cependant que l'un des boîtiers 17 comprend :
une carte électronique 19 pour la gestion de l'alimentation électrique des pistes électriques 11, une embase 21 disposée entre le corps de chauffe 7 et la carte électronique 19.
L'embase 21 a notamment pour fonction d'isoler électriquement la carte électronique 19 du fluide circulant dans le dispositif 1. De plus, ladite embase 21 permet l'évacuation de la chaleur générée par la carte électronique 19 dans le fluide circulant dans le dispositif 1.
On notera également que l'embase 21 présente des reliefs, tels que des saillies, saignées, parois... (non représentés), qui permettent de canaliser le fluide provenant de l'entrée 3 de fluide par l'intermédiaire d'un ou plusieurs conduits 9 vers la sortie 5 de fluide par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres conduits 9.
En outre, le dispositif 1 de chauffage de fluide peut comprendre un manchon 23 qui entoure le corps de chauffe 7 et les plaques 13 comprenant les éléments de chauffage 11. Les boîtiers 15 et 17 sont par exemple configurés pour coopérer mécaniquement avec le manchon 23 afin de permettre une meilleure cohésion mécanique des différents éléments du dispositif 1 et donc d'une meilleure robustesse dudit dispositif 1.
De plus, un isolant thermique (non représenté), tel qu'une mousse à base de polymère, peut être disposé entre l'ensemble corps de chauffe 7, plaques 13 et le manchon 23. Ceci permet de limiter la dissipation de la chaleur vers l'extérieur du dispositif 1 et de maximiser le transfert de la chaleur produite par les éléments de chauffage 11 vers le fluide circulant dans les conduits 9.
Les figures 3 à 6 représentent des vues schématiques en coupe d'une partie du dispositif de chauffage selon différents modes de réalisation de l'invention. Plus particulièrement, les figures 3 à 6 sont des vues en coupe d'un ou plusieurs corps de chauffe 7 sur lesquels sont fixées une ou plusieurs plaques 13 qui comprennent des éléments de chauffage 11.
Chacun des modes de réalisation des figures 3 et 4 représente donc un corps de chauffe 7 sur lequel sont fixées deux plaques 13 comprenant une pluralité d'éléments de chauffage 11. Ces éléments chauffants 11 sont des pistes électriques sérigraphiées sur l'une des faces de chacune des plaques 13.
Plus particulièrement, chaque plaque 13 présente deux faces opposées 13a et 13b, une face 13a, dite première face, au contact du corps de chauffe 7 et une face 13b (voir, par exemple, les figures 3 et 4) libre, dite deuxième face, disposée en regard de la surface interne du manchon 23.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, les éléments de chauffage 11 sont disposés sur la face 13b libre de chacune des plaques 13. Le mode de réalisation représenté à la figure 4 diffère seulement du mode de réalisation de la figure 3 par le fait que les éléments de chauffage 11 sont disposés sur la face 13a qui est en contact avec le corps de chauffe 7.
Le mode de réalisation représenté à la figure 5 est une variante de réalisation du mode de réalisation de la figure 3 dans laquelle le corps de chauffe 7 comprend deux rangées de conduits 9. Le circuit de fluide est donc défini par les éléments successifs suivants du dispositif 1 : l'entrée 3 de fluide, une première rangée de conduits 9, une deuxième rangée de conduits 9 et la sortie 5 de fluide dudit dispositif 1.
La variante de réalisation représentée à la figure 6 consiste en un dispositif présentant deux corps de chauffe 7, une première plaque 13 comportant des éléments de chauffage 11 disposée entre lesdits deux corps de chauffe 7, deux plaques 13 supplémentaires comportant des éléments de chauffage 11 fixées sur chacune des faces opposées à ladite première plaque 13. La première plaque 13 disposée entre les deux corps de chauffe 5 comporte par ailleurs des éléments chauffants 11 disposés de part et d'autre de ladite première plaque 13, c'est-à-dire que des éléments chauffants 11 sont disposés sur chacune des faces de la première plaque 13.
On notera que dans tous les modes et variantes de réalisation présentés, il est particulièrement avantageux que les éléments de chauffage 11 soient situés en regard des conduits 9 du corps de chauffe. De plus, afin d'améliorer le transfert de chaleur des éléments de chauffage 11 vers le fluide des conduits 9, les éléments de chauffage 11 présentent une forme allongée, par exemple sous forme de bande, disposée en regard desdits conduits 9 (c'est-à-dire que les éléments de chauffage 11 s'étendent selon le plan d'extension principal du corps de chauffe 7).

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de chauffage de fluide (1) pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte :
    au moins un corps de chauffe (7) monobloc présentant une forme générale polyédrique et comportant au moins un conduit (9) de fluide ;
    au moins un élément de chauffage (11) apte à chauffer ledit fluide lorsqu'il circule dans ledit au moins un conduit (9) de fluide.
  2. 2. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps de chauffe (7 ) est réalisé en un matériau métallique présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 120 W.m'ûK1 à 20 °C.
  3. 3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'épaisseur du corps de chauffe (7) situé entre ledit au moins un conduit (9) de fluide et ledit au moins un élément de chauffage (11) est compris entre 0,5 et 5 mm.
  4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (1) comporte au moins une entrée (3) de fluide et une sortie (5) de fluide, lesdites au moins une entrée (3) et sortie (5) de fluide étant situées sur des extrémités opposées dudit dispositif (1) ou sur la même extrémité dudit dispositif (1).
  5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend au moins un boîtier (15, 17) monté sur au moins deux extrémités dudit corps de chauffe.
  6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend une carte électronique (19) pour la gestion de l'alimentation électrique dudit au moins un élément de chauffage (11).
  7. 7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ladite carte électronique (19) est logée dans un desdits boîtiers (17).
    8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit (9) présente une section polygonale. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
    caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de conduits (9) de fluide.
  8. 10. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit (9) s'étend selon le plan d'extension principal dudit corps de chauffe (7).
  9. 11. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit (9) s'étend d'une extrémité opposée à l'autre dudit corps de chauffe (7).
  10. 12. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit (9) est aménagé dans ledit corps de chauffe (7).
  11. 13. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un élément de chauffage (11) est une piste électrique sérigraphiée.
  12. 14. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif (1) comprend au moins une plaque (13) métallique distincte sur laquelle est disposée un ou plusieurs éléments de chauffage (11).
  13. 15. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un élément de chauffage (11) est isolé électriquement.
  14. 16. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend un manchon (23) qui entoure au moins partiellement ledit corps de chauffe.
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