FR3072159A1 - Systeme de deshumificateur d'un gaz, notamment pour le desembuage de vitres d'un vehicule automobile - Google Patents

Systeme de deshumificateur d'un gaz, notamment pour le desembuage de vitres d'un vehicule automobile Download PDF

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Abstract

Système de déshumificateur (10) d'un gaz, notamment de l'air, comprenant un conduit de gaz (14) pourvu d'une entrée de gaz (16) et d'une sortie de gaz (18), et un module de génération de froid (12) dit à effet Peltier disposé à proximité de l'entrée de gaz (16) et comprenant un côté froid (12a) et un côté chaud (12b), ledit module de génération de froid (12) étant configuré pour refroidir le flux de gaz en communication fluidique avec le côté froid (12a). Le système comprenant un premier échangeur de chaleur (20) disposé dans le conduit de gaz (14), à proximité du module de génération de froid (12), et configuré pour refroidir le flux de gaz le traversant, un deuxième échangeur de chaleur (24) disposé dans le conduit de gaz (14) en aval du module de génération de froid (12), et configuré pour réchauffer le flux de gaz le traversant, et au moins un caloduc (22) disposé en parallèle du conduit de gaz (14) et reliant le côté chaud (12b) du module de génération de froid (12) au deuxième échangeur de chaleur (24), ledit caloduc étant configuré pour transmettre la chaleur dissipée par effet Joule du module de génération de froid (12).

Description

Système de déshumificateur d’un gaz, notamment pour le désembuage de vitres d'un véhicule automobile
La présente invention concerne le domaine du désembuage des vitres, notamment d’un véhicule automobile.
On connaît les systèmes de désembuage comprenant une frise de désembuage configurée pour projeter de l’air chaud sur la vitre à désembuer, telle que par exemple, le pare-brise d’un véhicule automobile.
Afin de garantir un désembuage satisfaisant, il est connu d’actionner les systèmes de climatisation pour sécher l’air par condensation et le réchauffer avant d’être projeté sur la vitre à désembuer.
Toutefois, une telle solution n’est possible que pour les véhicules automobiles équipés d’un système de climatisation et nécessite l’intégration d’une frise de désembuage à l’extrémité inférieure du pare-brise.
De plus, l’utilisation des systèmes de climatisation augmente la consommation énergétique du véhicule, ce qui est particulièrement contraignant pour les véhicules automobiles à propulsion électrique ou hybride comportant une batterie électrique.
Il existe un besoin pour désembuer les vitres, notamment les vitres latérales et le pare-brise d’un véhicule ne comprenant pas de frise de désembuage, tout en réduisant la consommation énergétique et l’impact sur l’autonomie du véhicule.
On peut se référer au document US 2010/0212176 - Al (Bosch) qui décrit un sèche-linge comprenant un module dit « à effet Peltier » comportant un côté froid et un côté chaud, deux conduits de direction d'air comprenant un premier conduit en communication fluidique avec le côté froid du module Peltier à travers lequel l'air de refroidissement est dirigé pour le refroidissement et la déshumidification; et un second conduit en communication fluide avec le côté chaud du module Peltier à travers lequel l'air séché est destiné au réchauffement.
L'humidité qui se pose sur les éléments de Peltier peut ainsi s'échapper dans le second conduit.
Par « Effet Peltier », on entend tout phénomène physique de déplacement de chaleur en présence d’un courant électrique traversant des matériaux conducteurs de natures différentes liés par des jonctions dont une partie absorbe la chaleur tandis que l’autre partie libère de la chaleur. L’effet Peltier est connu et ne sera pas davantage décrit.
On peut également se référer au document CN 10 5984305 qui décrit un dispositif de séchage et de ventilation pour un système à haute pression d'un véhicule. Le dispositif comprend un carter, une entrée d'air, une sortie d'air et un déshumidificateur comportant un module Peltier et disposé entre lesdites entrée et sortir d’air. Le déshumidificateur comprend une partie de condensation tournée vers l'entrée d'air et une partie de chauffage tournée vers la sortie d'air. L'air ambiant entre dans le carter par l'entrée d'air et est condensé et séché par la partie de condensation du déshumidificateur, puis chauffé et séché par la partie de chauffage avant d'atteindre la sortie d'air.
Toutefois, la chaleur dégagée par effet Joule des modules à effet Peltier est perdue.
Le but de l’invention est de proposer un système de déshumidification d’un gaz, notamment pour le désembuage de vitres d’un véhicule, configuré pour sécher l’air afin de le déshumidifier tout en réduisant la consommation d’énergie électrique.
La présente invention a pour objet un système de déshumificateur d’un gaz, notamment de l’air, comprenant un conduit de gaz pourvu d’une entrée de gaz et d’une sortie de gaz. Ledit système comprend un module de génération de froid dit à effet Peltier disposé à proximité de l’entrée de gaz et comprenant un côté froid et un côté chaud. Ledit module de génération de froid est configuré pour refroidir le flux de gaz en communication fluidique avec le côté froid.
Le système de déshumidification comprend un premier échangeur de chaleur disposé dans le conduit de gaz, à proximité du module de génération de froid, et configuré pour refroidir le flux de gaz le traversant. Le système de déshumidification comprend en outre un deuxième échangeur de chaleur disposé dans le conduit de gaz, en aval du module de génération de froid, et configuré pour réchauffer le flux de gaz le traversant, et au moins un caloduc disposé en parallèle du conduit de gaz et reliant le côté chaud du module de génération de froid au deuxième échangeur de chaleur. Ledit caloduc est configuré pour transmettre la chaleur dissipée par effet Joule du module de génération de froid.
Ainsi, on peut utiliser l’effet thermoélectrique et revaloriser la chaleur dissipée par effet Joule du module à effet Peltier, qui est généralement perdue.
La chaleur dissipée par le module à effet Peltier par effet Joule est transmise par le caloduc au deuxième échangeur de chaleur configuré pour réchauffer le flux d’air circulant dans le conduit.
La vapeur d’eau se condense au niveau du premier échangeur de chaleur par distillation cryogénique. Le flux d’air circulant dans le conduit de gaz est ainsi refroidi.
La chaleur prise au flux d’air est transmise sur le côté chaud du module à effet Peltier. Cette chaleur s’additionne à la chaleur dégagée par effet Joule au sein du module à effet Peltier et récupérée via le caloduc. Le deuxième échangeur de chaleur reçoit donc deux chaleurs, c’est-à-dire celle provenant du côté chaud du module à effet Peltier et celle transmise par le caloduc. Le flux d’air circulant par le deuxième échangeur de chaleur est réchauffé.
Il est ainsi possible de revaloriser l’énergie thermique transférée par effet thermoélectrique et dissipée par effet Joule d’un module à effet Peltier, tout en assurant la déshumidification par distillation cryogénique. La déshumidication d’un gaz, notamment de l’air, peut ainsi être effectuée par condensation sans perte d’énergie. En effet, l’énergie prélevée à l’air lors de la distillation cryogénique lui est rendue et la chaleur dégagée par effet Joule du module à effet Peltier est revalorisée en chauffage, ce qui permet de sécher l’air avec un bilan énergétique nul.
Grâce au système de déshumidification, l’humidité de l’air à l’entrée d’air est inférieure à l’humidité de l’air en aval du module à effet Peltier qui elle est égale à l’humidité de l’air en aval du deuxième échangeur de chaleur. La température de l’air en aval du deuxième échangeur de chaleur est supérieure à la température de l’air à l’entrée d’air qui elle est supérieure à la température de l’air en aval du module à effet Peltier.
Avantageusement, le caloduc comprend un fluide caloporteur, tel que, par exemple, de l’eau, du mercure, ou du sodium.
Le caloduc est, par exemple, réalisé en matériau conducteur, par exemple, en matériau métallique, tel que du cuivre.
Selon un mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur comprend une pluralité d’ailettes s’étendant radialement dans le conduit à partir du côté froid du module de génération de froid. Les ailettes permettent de refroidir le flux d’air les traversant jusqu’à atteindre une température de rosée afin que la vapeur d’eau se condense. Les ailettes permettent également de faciliter l’écoulement des condensais.
Par exemple, le premier échangeur de chaleur est configuré pour refroidir le flux d’air à une température supérieure ou égale à 4°C, afin d’éviter la formation de givre sur le premier échangeur de chaleur.
Le module de génération de froid peut être orienté de manière sensiblement perpendiculaire dans le conduit de gaz.
On pourrait prévoir un nombre différent de caloducs, par exemple, au moins deux caloducs disposés en parallèle.
Le conduit de gaz comprend trois parties de conduits, à savoir une première partie de conduit en communication fluidique avec le côté froid du module à effet Peltier, vers lequel l'air est dirigé pour le refroidissement et la déshumidification, une deuxième partie de conduit en aval du module à effet Peltier, dans lequel le flux d’air est refroidi par rapport à l’air dans le premier conduit et une troisième partie de conduit en aval du deuxième échangeur de chaleur dans lequel le flux d’air est réchauffé par rapport au flux d’air dans les première et deuxième parties.
Selon un second aspect, l’invention concerne un véhicule automobile comprenant un système de déshumidification de gaz tel que décrit précédemment pour le désembuage de vitres du véhicule, notamment les vitres latérales et le pare-brise.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence à la figure unique annexée sur laquelle est représenté schématiquement un système de déshumificateur selon l’invention.
On a représenté sur la figure un système de déshumificateur 10 d’un gaz, comprenant un module de génération de froid 12 dit à effet Peltier et configuré pour revaloriser la chaleur dégagée par effet Joule du module à effet Peltier 12.
Par « Effet Peltier », on entend tout phénomène physique de déplacement de chaleur en présence d’un courant électrique traversant des matériaux semi-conducteurs de natures différentes liés par des jonctions dont une partie absorbe la chaleur tandis que l’autre partie libère de la chaleur. En d’autres termes, le module à effet Peltier transforme le courant électrique qui le traverse en une différence de température. Les modules à effet Peltier sont connus et ne seront pas davantage décrits.
Le système de déshumificateur 10 comprend un conduit d’air 14 comprenant une entrée d’air 16 et une sortie d’air 18. Le module à effet Peltier 12 est disposé à proximité de l’entrée d’air 16 et orienté de manière sensiblement perpendiculaire dans le conduit 14.
Le système de déshumificateur 10 comprend en outre un premier échangeur de chaleur 20 disposé à proximité du module à effet
Peltier 12, et notamment de son côté froid 12a, afin de refroidir le flux d’air.
Tel qu’illustré en détails sur la figure, le premier échangeur de chaleur 20 comprend une pluralité d’ailettes (non référencées) s’étendant radialement dans le conduit 14 à partir du côté froid 12a du module à effet Peltier 12. Les ailettes permettent de refroidir le flux d’air les traversant jusqu’à atteindre une température de rosée afin que la vapeur d’eau se condense. Les ailettes permettent également de faciliter l’écoulement des condensais. Afin d’éviter la formation de givre sur le premier échangeur de chaleur 20, il est préférable de refroidir le flux d’air à une température minimale de 4°C.
Le système de déshumifïcateur 10 comprend un caloduc 22 ou « heat pipe » en termes anglo-saxons disposé en parallèle du conduit 14 et reliant le côté chaud 12b du module à effet Peltier 12 à un deuxième échangeur de chaleur 24 disposé en aval du module à effet Peltier 12.
Le caloduc 22 comprend un fluide caloporteur, par exemple de l’eau, du mercure, du sodium. Le caloduc est, par exemple, réalisé en matériau conducteur, par exemple en matériau métallique, tel que du cuivre.
Ainsi, la chaleur dissipée par le module à effet Peltier 12 par effet Joule est transmise par le caloduc 22 au deuxième échangeur de chaleur 24 configuré pour réchauffer le flux d’air circulant dans le conduit 14.
La vapeur d’eau se condense au niveau du premier échangeur de chaleur 20 par distillation cryogénique. Le flux d’air circulant dans le conduit 14 est ainsi refroidi.
La chaleur prise au flux d’air est transmise sur le côté chaud 12b du module à effet Peltier. Cette chaleur s’additionne à la chaleur dégagée par effet Joule au sein du module à effet Peltier et récupérée via le caloduc 22. Le deuxième échangeur de chaleur 24 reçoit donc deux chaleurs, c’est-à-dire celle provenant du côté chaud du module à effet Peltier et celle transmise par le caloduc. Le flux d’air circulant par le deuxième échangeur de chaleur est réchauffé.
Le conduit d’air 14 comprend trois parties de conduits 14a, 14b et 14c. Une première partie de conduit 14a est en communication fluidique avec le côté froid 12a du module à effet Peltier 12 vers lequel l'air est dirigé pour le refroidissement et la déshumidification. Une deuxième partie de conduit 14b en aval du module à effet Peltier, dans lequel le flux d’air est refroidi par rapport à l’air dans le premier conduit 14a et une troisième partie de conduit 14c en aval du deuxième échangeur de chaleur 24 dans lequel le flux d’air est réchauffé par rapport au flux d’air dans les première et deuxième parties 14a, 14b.
En nommant Hl, l’humidité de l’air à l’entrée d’air 16, dans la première partie de conduit 14a, H2, l’humidité de l’air dans la deuxième partie de conduit 14b, en aval du module à effet Peltier 12 et en amont du deuxième échangeur de chaleur 24, et H3, l’humidité de l’air dans la troisième partie de conduit 14c, en aval du deuxième échangeur de chaleur 24, on obtient H3 égale à H2 inférieure à Hl.
En nommant Tl, la température de l’air à l’entrée d’air 16, T2, la température de l’air en aval du module à effet Peltier 12 et en amont du deuxième échangeur de chaleur 24 et T3, la température de l’air en aval du deuxième échangeur de chaleur 24, on obtient T3 supérieure à Tl, supérieur à T2.
De manière non limitative, le nombre de caloducs 22 peut être égal à un ou deux ou supérieur à deux.
Grâce à la présente invention, il est possible de revaloriser l’énergie thermique transférée par effet thermoélectrique et dissipée par effet Joule d’un module à effet Peltier, tout en assurant la déshumidification par distillation cryogénique. La déshumidication d’un gaz, notamment de l’air, peut ainsi être effectuée par condensation sans perte d’énergie. En effet, l’énergie prélevée à l’air lors de la distillation cryogénique lui est rendue et la chaleur dégagée par effet Joule du module à effet Peltier est revalorisée en chauffage, ce qui permet de sécher l’air avec un bilan énergétique nul.
Le système de déshumidification de la présente invention permet de désembuer des vitres, notamment d’un véhicule automobile.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système de déshumificateur (10) d’un gaz, notamment de l’air, comprenant un conduit de gaz (14) pourvu d’une entrée de gaz (16) et d’une sortie de gaz (18), ledit système comprenant un module de génération de froid (12) dit à effet Peltier disposé à proximité de l’entrée de gaz (16) et comprenant un côté froid (12a) et un côté chaud (12b), ledit module de génération de froid (12) étant configuré pour refroidir le flux de gaz en communication fluidique avec le côté froid (12a), caractérisé en ce qu’il comprend :
    - un premier échangeur de chaleur (20) disposé dans le conduit de gaz (14), à proximité du module de génération de froid (12), et configuré pour refroidir le flux de gaz le traversant,
    - un deuxième échangeur de chaleur (24) disposé dans le conduit de gaz (14) en aval du module de génération de froid (12), et configuré pour réchauffer le flux de gaz le traversant, et
    - au moins un caloduc (22) disposé en parallèle du conduit de gaz (14) et reliant le côté chaud (12b) du module de génération de froid (12) au deuxième échangeur de chaleur (24), ledit caloduc étant configuré pour transmettre la chaleur dissipée par effet Joule du module de génération de froid (12).
  2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le caloduc (22) comprend un fluide caloporteur.
  3. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le caloduc (22) est réalisé en matériau conducteur.
  4. 4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier échangeur de chaleur (20) comprend une pluralité d’ailettes s’étendant radialement dans le conduit (14) à partir du côté froid (12a) du module de génération de froid (12).
  5. 5. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier échangeur de chaleur (20) est configuré pour refroidir le flux d’air à une température supérieure ou égale à 4°C.
  6. 6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module de génération de froid (12) est orienté de manière sensiblement perpendiculaire dans le conduit de gaz (14).
    5
  7. 7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux caloducs (22) disposés en parallèle.
  8. 8. Véhicule automobile comprenant un système de déshumidification (10) de gaz selon l’une quelconque des 10 revendications précédentes pour le désembuage de vitres du véhicule.
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