FR3074268A1 - Dispositif electrique de chauffage d'un fluide caloporteur pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un dispositif de chauffage électrique pour un fluide caloporteur pour véhicule automobile comprenant au moins : - un module chauffant ; - un boitier ; et - délimitant au moins partiellement au moins deux circuits de guidage du fluide caloporteur ; caractérisé en ce que - le module chauffant s'étend au moins en partie dans lesdits deux circuits de guidage.
Description
L’invention concerne un dispositif électrique de chauffage d’au moins un fluide caloporteur pour véhicule automobile.
De façon habituelle, le réchauffage de l’air destiné soit au chauffage de l’habitacle d’un véhicule automobile, et/ou encore permettant un désembuage ou dégivrage, est assuré par le passage d’un flux d’air à travers un échangeur thermique, plus précisément par un échange thermique entre le flux d’air et un fluide caloporteur circulant dans l’échangeur de chaleur. Il s’agit généralement du liquide de refroidissement du circuit d’un moteur thermique du véhicule automobile.
Dans le cas d’un véhicule électrique, de part l’absence du moteur thermique de traction du véhicule, la fonction de chauffage n’est plus réalisée par la circulation du liquide de refroidissement moteur dans l’échangeur thermique d’une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation. Dans un tel cas, il peut être prévu un circuit d’eau chaude autonome pour le chauffage de l’habitacle.
Toutefois, ce mode de chauffage par circuit d’eau chaude autonome peut s’avérer inadapté ou insuffisant pour garantir un chauffage rapide et efficace de l’habitacle du véhicule, en particulier pour assurer un réchauffement de l’habitacle ou dégivrage ou désembuage lors du démarrage du véhicule en environnement très froid ou encore lorsqu’une montée très rapide de la température du fluide caloporteur ou de l’air soufflé dans l’habitacle du véhicule est souhaitée.
Par ailleurs, afin de réduire l’encombrement et le coût du fait d’un circuit d’eau supplémentaire, il est également connu d’utiliser pour un véhicule électrique, une boucle de climatisation fonctionnant en mode de pompe à chaleur. Ainsi, la boucle de climatisation permettant classiquement de refroidir un flux d’air à l’aide d’un fluide réfrigérant, est dans ce cas utilisée de façon à réchauffer le flux d’air. Il convient pour ce faire d’utiliser un évaporateur de la boucle de climatisation comme un condenseur.
Toutefois, ce mode de chauffage peut encore s’avérer inadapté ou insuffisant. En effet, les performances de la boucle de climatisation en mode de pompe à chaleur dépendent des conditions climatiques extérieures, par exemple, lorsque l’air extérieur présente une température trop basse, par exemple inférieure à 5°C.
Pour pallier ces inconvénients de l’art antérieur, une solution connue consiste à adjoindre à l’échangeur thermique ou au circuit de fluide caloporteur ou encore à la boucle de climatisation, un dispositif électrique de conditionnement thermique d’un fluide tel qu’un dispositif électrique de chauffage du fluide caloporteur.
L'invention a pour objectif de proposer un dispositif de chauffage électrique de fluide caloporteur de véhicule automobile simple à fabriquer et à assembler et peu encombrant.
À cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de chauffage électrique pour un fluide caloporteur pour véhicule automobile comprenant au moins :
- un module chauffant ;
- un boîtier ; et
- délimitant au moins partiellement au moins deux circuits de guidage du fluide caloporteur ;
caractérisé en ce que
- le module chauffant s’étend au moins en partie dans lesdits deux circuits de guidage.
Ainsi, un seul et même module chauffant permet un transfert thermique efficace vers le fluide caloporteur circulant dans les deux circuits de guidage de façon indépendante et selon une direction commune. Cela simplifie la structure et l’assemblage du dispositif. En particulier, le nombre de connexions électriques peut être limité au strict nécessaire pour l’alimentation et le contrôle de l’unique module chauffant. De manière générale, le dispositif selon l’invention est plus compact tout en limitant la perte de charge dans le dispositif.
Le dispositif de chauffage électrique peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- les deux circuits de guidage sont parallèles. Une telle configuration permet de minimiser l’encombrement du dispositif et la perte de charge sur le fluide ;
- les deux circuits de guidage délimitent un volume intérieur cylindrique. Une telle configuration permet de minimiser la perte de charge sur le fluide et l’encombrement du dispositif ;
- le module chauffant s’étend en outre entre les deux circuits de guidage ;
- le module de chauffe comprend une première portion principale qui s’étend dans un circuit de guidage, une deuxième portion principale qui s’étend dans un autre circuit de guidage et une portion intermédiaire qui relie la première et la deuxième portion ;
- le module chauffant s’étend dans les deux circuits de guidage en formant un serpentin ;
- le module chauffant comprend deux fiches d’alimentation ;
- les deux circuits de guidage sont en outre délimités par des noyaux aptes à canaliser le flux de fluide caloporteur au voisinage du module chauffant ;
- les noyaux sont cylindriques ;
- le module chauffant s’enroule autour des noyaux ;
- le boîtier comprend deux pièces de connexion électriques aptes à guider les deux fiches d’alimentation hors du boîtier; les deux fiches d’alimentation sont disposées du même côté du boîtier ;
- les noyaux comprennent des espaceurs qui sont disposés sur au moins une partie d’une surface des noyaux ;
- le module chauffant est réalisé sous la forme d’un corps de chauffe tubulaire, tel qu’une résistance blindée ;
- le boîtier comprend au moins une entrée de fluide caloporteur et au moins une sortie de fluide caloporteur.
- l’entrée et la sortie de fluide caloporteur sont réalisées sous la forme d’une tubulure ;
- les tubulures formant l’entrée de fluide caloporteur et la sortie de fluide caloporteur s’étendent parallèlement dans un même plan ;
- le boitier comprend une chambre de distribution dans laquelle est ménagée l’entrée de fluide caloporteur, ladite chambre de distribution étant apte à répartir le fluide caloporteur dans les deux circuits de guidage et, un corps principal dans lequel sont délimités au moins partiellement les deux circuits de guidage ;
- les deux fiches d’alimentation sont disposées sur la chambre de distribution ;la sortie de fluide caloporteur apte à évacuer le fluide caloporteur hors du dispositif est ménagée dans le corps principal ;
- le corps principal comprend des nervures de renfort latérales ;
- un organe annulaire, tel qu’un joint, assure une jonction étanche entre la chambre de distribution et le corps principal ;
- la sortie de fluide caloporteur est ménagée à proximité d’une extrémité du corps principal ;
- une cloison s’étend depuis une paroi de la chambre de distribution vers l’extrémité opposée du corps principal ;
- le corps principal comprend une forme apte à accueillir au moins en partie ladite cloison de la chambre de distribution ;
- la chambre de distribution comprend un répartiteur apte à répartir sélectivement le fluide caloporteur vers les deux circuits de guidage.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description d’un mode de réalisation non limitatif qui suit, en référence aux figures annexées :
- La figure 1 illustre une vue éclatée du dispositif électrique de chauffage selon l’invention selon un mode de réalisation ;
- La figure 2 illustre une vue assemblée du dispositif électrique de chauffage ;
- La figure 3 illustre une vue en coupe transversale du dispositif de chauffage assemblé selon le même mode de réalisation.
Le dispositif électrique de chauffage 2 selon l’invention, comprend un module chauffant 3, un boîtier 4 dans lequel peut circuler un fluide caloporteur qui doit être chauffé par le module chauffant 3. Le boîtier 4 est apte à réceptionner le module chauffant 3. Le dispositif 2 délimite au moins en partie des circuits de guidage 5a ; 5b du fluide caloporteur et le module chauffant 3 s’étend dans les circuits de guidage 5a ; 5b. Le boîtier 4 comprend ainsi distinctement un module chauffant 3 s’étendant dans les circuits de guidage 5a ; 5b et des parois délimitant au moins partiellement les circuits de guidage 5a ; 5b.
Selon le mode de réalisation décrit, le module chauffant 3 traverse l’espace intérieur de chacun des circuits de guidage 5a ; 5b. En d’autres termes, lorsque le fluide caloporteur circule dans le dispositif de chauffage électrique 2, le module chauffant 3 est baigné par le fluide caloporteur sur tout son pourtour. Des flèches sur la figure 3 représentent de façon schématique la trajectoire du fluide caloporteur dans le dispositif de chauffage électrique 2 selon le mode de réalisation décrit.
Selon le même mode de réalisation, les circuits de guidage 5a ; 5b sont parallèles et délimitent un volume intérieur cylindrique. Une telle configuration permet de minimiser la perte de charge sur le fluide et l’encombrement du dispositif 2.
Le fluide caloporteur à chauffer peut provenir par exemple d’un circuit d’eau glycolée, le cas échéant d’une boucle de refroidissement d’un véhicule automobile.
Selon une caractéristique préférentielle de l’invention, le boîtier comprend une entrée de fluide caloporteur 6, une sortie de fluide caloporteur 7 et une chambre de distribution 8, conçue de manière à répartir le fluide caloporteur dans les circuits de guidages 5a ; 5b. Le fluide caloporteur est admis par l’entrée de fluide caloporteur 6 et passe par la chambre de distribution 8. Le fluide caloporteur est alors séparé en deux flux, chacun étant canalisé dans un des circuits de guidage 5a ; 5b, afin d’être réchauffé. Le fluide caloporteur réchauffé est ensuite évacué par une sortie de fluide caloporteur 7.
Des flèches IN et OUT sur les figures représentent de manière schématique le fluide caloporteur respectivement en entrée et en sortie dudit dispositif 3 selon le mode de réalisation décrit.
Dans un mode de réalisation particulier, le boîtier 4 comprend en plus de la chambre de distribution 8, un corps principal 13 dans lequel sont délimités au moins partiellement un premier circuit de guidage 5a et deuxième circuit de guidage 5b.
Selon ce mode de réalisation, la chambre de distribution 8 recouvre la partie supérieure du corps principal 13, formant ainsi un couvercle.
Selon le mode de réalisation décrit, un organe annulaire 14 assure une jonction étanche entre la chambre de distribution 8 et le corps principal 13 ; et le corps principal 13 comprend des nervures de renfort latérales 113. L’organe annulaire 14 est dans ce mode de réalisation un joint.
Selon un mode de réalisation particulier, l’entrée de fluide caloporteur 6 est ménagée sous la forme d’une tubulure d’entrée 6a dans la chambre de distribution 8 et la sortie de fluide caloporteur 7 est ménagée sous la forme d’une tubulure de sortie 7a dans le corps principal 13, à proximité d’une extrémité dudit corps principal 13. Ainsi, la tubulure d’entrée 6a est en relation fluidique avec la chambre de distribution 8 et la tubulure de sortie 7a est en relation fluidique avec les circuits de guidage 5a ; 5b. Selon le mode de réalisation décrit, la tubulure d’entrée 6a et la tubulure de sortie 7a s’étendent parallèlement dans un même plan.
Selon le mode de réalisation décrit, la chambre de distribution 8 comprend une première portion élargie sensiblement alignée avec un premier circuit de guidage 5a. La tubulure d’entrée 6a débouche sur la première portion élargie de la chambre de distribution 8. La chambre de distribution 8 comprend en outre une deuxième portion affinée qui s’étend entre le premier circuit de guidage 5a et le deuxième circuit de guidage 5b. Ainsi, la section d’écoulement du fluide caloporteur diminue entre le premier circuit de guidage 5a et le deuxième circuit de guidage 5b. La chambre de distribution 8 comprend enfin une troisième portion de forme cylindrique et alignée sur un deuxième circuit de guidage 5b.
Dans un mode de réalisation non illustré, un moyen de commande du module chauffant 3, peut être agencé sous la chambre de distribution 8. Le moyen de commande peut, par exemple, prendre la forme d’un circuit imprimé, type PCB (de l’anglais « printed circuit board »), et commander ainsi l’alimentation électrique du module de chauffe 3. Avec un tel agencement du moyen de commande sous la chambre de distribution 8, les composants électroniques du moyen de commande, couplés thermiquement à la chambre de distribution 8, peuvent être refroidis par le fluide caloporteur à chauffer pénétrant dans le dispositif 2 par la chambre de distribution 8.
Selon une caractéristique préférentielle de l’invention, le boîtier 4 comprend des pièces de connexion électrique 15a; 15b aptes à guider des fiches d’alimentation 103a ; 103b hors du boîtier 4.
Selon le mode de réalisation décrit, les fiches d’alimentation 103a ; 103b sont disposées du même côté du boîtier 4, sur la chambre de distribution 8.
Selon une caractéristique préférentielle de l’invention, le module chauffant 3 s’étend dans un circuit de guidage 5a ; 5b en formant un serpentin. Le terme serpentin englobe tout tube enroulé en spirale, en hélice, en bobine, en torsade, en colimaçon ou toute autre forme combinant une translation selon un axe et une rotation autour de ce même axe. Le module chauffant 3 s’étend ainsi sous la forme de boucles ouvertes autrement appelées spires. Une telle configuration spatiale permet d’augmenter la longueur du module chauffant 3 comprise dans le boîtier. Le module chauffant 3 occupant ainsi d’avantage d’espace dans le dispositif permet d’augmenter la puissance de chauffe transmise au fluide caloporteur
Le module chauffant 3 est, selon le mode de réalisation décrit, réalisé sous la forme d’un corps de chauffe tubulaire, tel qu’une résistance blindée.
Selon une caractéristique préférentielle de l’invention, un circuit de guidage 5a ; 5b est délimité par au moins un noyau 9a ; 9b en plus d’être délimité par le dispositif 2. Un noyau conformément à l’invention est apte à canaliser le flux de fluide caloporteur au voisinage du module chauffant 3, le noyau 9a ; 9b formant par exemple un cylindre.
Selon le mode de réalisation décrit, les deux circuits de guidage 5a ; 5b sont délimités par un noyau 9a ; 9b. Selon le mode de réalisation décrit, les noyaux cylindrique 9a ; 9b sont disposés sensiblement au centre des volumes intérieurs cylindriques délimités par les parois des circuits de guidage 5a ; 5b. Les noyaux 9a ; 9b forment ainsi un cylindre de révolution délimité par une première base circulaire située en regard de la chambre de distribution 8, une deuxième base circulaire située à l’autre extrémité du cylindre et une surface latérale. Ainsi, les noyaux 9a ; 9b en complémentarité avec les parois des circuits de guidage 5a ; 5b assurent la circulation d’une lame d’eau de 1 à 2 mm en périphérie du module chauffant 3.
Conformément à l’invention, un noyau 9a ; 9b peut comprendre au moins un déflecteur 10, disposé par exemple sur la première base circulaire dudit noyau 9a ; 9b.
Les déflecteurs 10 sont préférentiellement réalisés sous la forme d’ailettes ou d’aubes qui s’étendent à partir de la première base circulaire du noyau 9a ; 9b.
Les déflecteurs 10 sont, selon le mode de réalisation décrits, agencés face à face à proximité du pourtour des noyaux cylindrique 9a ; 9b et de manière symétrique par rapport au centre de révolution des noyaux cylindriques 9a ; 9b. Dans ce mode de réalisation, les déflecteurs 10 ont comme première fonction d’assurer le positionnement des noyaux 9a ; 9b dans les circuits de guidage 5a ; 5b, en coopération avec des parois de la chambre de distribution 8 à la manière d’une entretoise. Ils permettent en outre grâce à leur forme d’ailette ou d’aube de répartir le fluide dans les circuits de guidage 5a ; 5b et de mettre le fluide en tournoiement.
Selon une caractéristique préférentielle de l’invention, un noyau 9a ; 9b comprend des espaceurs 11, qui s’étendent depuis une surface dudit noyau 9a ; 9b, les espaceurs 11 étant aptes à maintenir une distance entre le module chauffant 3 et ladite surface du noyau 9a ; 9b.
Dans le mode de réalisation décrit, les espaceurs 11 s’étendent radialement sur le pourtour de la surface latérale des noyaux 9a ; 9b, parallèlement à l’axe de révolution des noyaux cylindriques 9a ; 9b, et axialement en partant de la première base circulaire jusqu’à un point qui peut être par exemple distant de la première base circulaire d’une distance inférieure à la hauteur des noyaux cylindriques 9a ; 9b. Ici les espaceurs 11 sont réalisés sous la forme de nervures.
Dans ce mode de réalisation, le module chauffant 3 comprend des sections supportées par lesdits espaceurs 11, lesdites sections supportées étant séparées entre elles par des sections non supportées.
Selon une caractéristique préférentielle de l’invention, la première base circulaire d’un noyau 9a ; 9b forme un relief.
Dans le mode de réalisation illustré par les figures 1, 2 et 3, un cône 12 s’étend depuis le centre de la première base circulaire des noyaux 9a ; 9b. Le cône 12 a une courbe directrice parabolique concave et dans la continuité de ladite première base circulaire. L’axe de révolution du cône 12 est confondu avec celui des noyaux cylindriques 9a ; 9b.
De plus, dans le mode de réalisation décrit, les noyaux 9a ; 9b sont creux et la deuxième base circulaire est ajourée.
Selon une caractéristique préférentielle de l’invention, le module chauffant 3 s’étend depuis une première extrémité du module constituée par la première fiche d’alimentation 103a, à travers la chambre de distribution 8 et dans un circuit de guidage 5a ; 5b. Le module chauffant 3 comprend ainsi une première portion principale sur laquelle le module chauffant 3 s’étend, depuis la première fiche d’alimentation 103a, à travers la chambre de distribution 8 et à travers un circuit de guidage 5a ; 5b.
Le module chauffant 3 comprend selon ce même mode de réalisation une portion intermédiaire sur laquelle le module chauffant 3 s’étend transversalement entre les circuits de guidages 5a ; 5b.
Selon ce même mode de réalisation, le module chauffant 3 s’étend dans un autre circuit de guidage 5a ; 5b. Le module chauffant 3 comprend ainsi une deuxième portion principale sur laquelle le module chauffant 3 s’étend, depuis la portion intermédiaire, à travers ledit autre circuit de guidage 5a ; 5b et à travers la chambre de distribution 8, jusqu’à une deuxième extrémité du module constituée par la deuxième fiche d’alimentation 103b.
Selon le mode de réalisation décrit, le module chauffant 3 s’étend dans le boîtier 4 sous la forme d’un U, ledit U comprenant deux portions principales parallèles entre elles qui s’enroulent en serpentin dans les circuits de guidages 5a ; 5b, autour d’un noyau 9a ; 9b respectif, et une portion intermédiaire formant la base du U qui s’étend entre les deux portions principales parallèles du U.
Avantageusement et comme représenté sur la figure 1, le module chauffant 3 s’étend sur sa portion intermédiaire de façon rectiligne entre les portions principales parallèles, dans le prolongement des spires entre lesquelles s’étend ladite portion intermédiaire. Ainsi, le module chauffant 3 ne forme aucune courbe sur la portion intermédiaire, ce qui permet de limiter la perte de charge sur le fluide.
Selon une caractéristique préférentielle, une cloison 16 s’étend depuis une paroi de la chambre de distribution 8 vers l’extrémité opposée du corps principal 13 du boitier 4.
Selon le mode de réalisation décrit, la cloison 16 prend la forme d’une languette qui s’étend depuis une paroi de la chambre de distribution 8 vers l’extrémité opposée du corps principal 13. Le corps principal 13 du boitier 4 comprend une forme apte à accueillir au moins en partie la cloison 16 de la chambre de distribution 8. La cloison 16 coopère ainsi par complémentarité de forme avec le corps principal 13 en délimitant au moins partiellement les deux circuits de guidage 5a ; 5b.
Une telle caractéristique permet de faciliter l’assemblage des différents éléments compris dans le dispositif 2, et en particulier d’adapter le procédé de montage du dispositif 2 aux contraintes imposées par la configuration spatiale du module chauffant 3 selon l’invention.
Conformément à l’invention, la chambre de distribution 8 comprend un répartiteur 17 apte à répartir sélectivement le fluide caloporteur vers les circuits de guidage 5a ; 5b. Le répartiteur 17 permet de répartir le fluide caloporteur de façon homogène vers les circuits de guidage 5a ; 5b pour assurer un débit de fluide caloporteur équivalent dans chacun des circuits de guidage 5a ; 5b. Cela permet d’éviter des écarts de température trop importants entre différents points de la surface dudit module 3.
Selon le mode de réalisation décrit, le répartiteur 17 est aligné sur un premier circuit de guidage 5a. Ainsi le répartiteur 17 est agencé dans la portion élargie de la chambre de distribution 8.
Le répartiteur 17 prend notamment la forme d’une plaque disposée dans un plan horizontal parallèle à la section du premier circuit de guidage 5a. La plaque est percée d’un orifice aligné sur le premier circuit de guidage 5a. Une paroi biseautée s’étend verticalement à partir de la plaque du répartiteur 17 le long d’une partie du pourtour dudit orifice. La paroi biseautée est délimitée sur ledit pourtour par une première et une deuxième arrêtes verticales. La première arrête est disposée en un point du pourtour de l’orifice le plus proche de l’entrée 6 de fluide caloporteur. En outre, une paroi supplémentaire s’étend dans une direction sensiblement opposée à celle de la tubulure d’entrée 6a, depuis ladite paroi cylindrique en un point sensiblement diamétralement opposé à la première arrête.
Il doit être bien entendu que cet exemple de réalisation est donné à titre d’illustration de l’objet de l’invention. L’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation décrit précédemment qui est fourni uniquement à titre d’exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l’homme du métier dans le cadre de la présente invention.
Claims (10)
1. Dispositif de chauffage électrique (2) pour un fluide caloporteur pour véhicule automobile comprenant au moins :
- un module chauffant (3) ;
- un boîtier (4) ; et
- délimitant au moins partiellement au moins deux circuits de guidage (5a ; 5b) du fluide caloporteur ;
caractérisé en ce que
- le module chauffant (3) s’étend au moins en partie dans lesdits deux circuits de guidage (5a ; 5b).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module chauffant (3) s’étend en outre entre les deux circuits de guidage (5a ; 5b).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux circuits de guidage (5a ; 5b) sont en outre délimités par des noyaux (9a ; 9b) aptes à canaliserle flux de fluide caloporteur au voisinage du module chauffant (3).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le module chauffant (3) s’enroule autour des noyaux (9a ; 9b).
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que les noyaux (9a ; 9b) comprennent des espaceurs (11) qui sont disposés sur au moins une partie d’une surface des noyaux (9a ; 9b).
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module chauffant (3) est réalisé sous la forme d’un corps de chauffe tubulaire.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module chauffant (3) est réalisé sous la forme d’une résistance blindée.
8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le boîtier (4) comprend :
- une chambre de distribution (8) dans laquelle est ménagée une entrée de fluide caloporteur (6) pour le fluide caloporteur, ladite chambre de distribution (8) étant apte à répartir le fluide caloporteur dans les deux circuits de guidage (5a ; 5b) et,
- un corps principal (13) dans lequel sont délimités au moins partiellement les deux circuits de guidage (5a ; 5b).
9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que la chambre de distribution (8) comprend un répartiteur (17) apte à répartir sélectivement le fluide caloporteur vers les deux circuits de guidage (5a ; 5b).
10. Dispositif selon l’une des revendications 8 ou 9 caractérisé en ce qu’une cloison (16) s’étend depuis une paroi de la chambre de distribution (8) vers l’extrémité opposée du corps principal (13), le corps principal (13) comprenant une forme apte à accueillir au moins en partie ladite cloison (16) de la chambre de distribution (8).
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