WO2020053510A1 - Dispositif de chauffage et de circulation d'un fluide pour vehicule - Google Patents

Dispositif de chauffage et de circulation d'un fluide pour vehicule Download PDF

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WO2020053510A1
WO2020053510A1 PCT/FR2019/052065 FR2019052065W WO2020053510A1 WO 2020053510 A1 WO2020053510 A1 WO 2020053510A1 FR 2019052065 W FR2019052065 W FR 2019052065W WO 2020053510 A1 WO2020053510 A1 WO 2020053510A1
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WO
WIPO (PCT)
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fluid
heating
housing
vehicle
circulating
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/052065
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English (en)
Inventor
Frédéric PIERRON
Laurent Tellier
José Leborgne
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2221—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating an intermediate liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/101—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0429—For vehicles
    • F24H3/0452—Frame constructions
    • F24H3/0482—Frames with integrated fan

Definitions

  • the field of the present invention is that of devices for heating and circulating a fluid for a vehicle.
  • the invention applies more particularly to electric heating and / or air conditioning devices of motor vehicles comprising such devices.
  • the performance of the air conditioning loop in heat pump mode depends on the outdoor climatic conditions. For example, when the outside air has too low a temperature, this air cannot be brought to a temperature sufficient to heat the passenger compartment.
  • an additional electrical device for thermal conditioning of the fluid such as an additional electrical heating device.
  • Such an additional electrical heating device can be adapted to heat, upstream of the heat exchanger, a suitable fluid.
  • such an additional electrical heating device comprises one or more thermal modules in contact with the fluid to be heated.
  • a thermal module can comprise a core and a heating element surrounding the core, both being spaced apart in order to define a space for circulation of fluid between the core and the inner surface of the heating element.
  • the heating element is a source of thermal energy.
  • the heating element has electrical heating means, for example one or more heating resistors produced by screen printing in the form of resistive tracks screen printed on the external surface of the heating element.
  • a circulation of fluid in the circulation space between the core and the heating element makes it possible to ensure a heat transfer between the heating element and the fluid.
  • the weight and size of said device is then penalized: these additional electrical heating devices may have a mass greater than l700g.
  • Fluid circulation is facilitated by a pump, which is arranged upstream or downstream of the heat exchanger on a fluid circulation duct.
  • the subject of the invention is a device for heating and circulating a fluid for a vehicle, comprising a housing containing at least one electric heating module characterized in that the device for heating and circulating a fluid for a vehicle comprises at least one fluid circulation pump housed in said housing.
  • the housing includes a heating compartment, dedicated to heating the fluid and housing a heating device comprising at least one electric heating module and a circulation compartment, dedicated to activating the circulation of fluid by the circulation pump. of fluid.
  • the fluid circulation pump and the electric heating module share the same wall, that of the housing.
  • the fluid circulation pump comprises at least one propeller, a propeller drive motor and a wall peripheral to the propeller, the peripheral wall to the propeller being a wall of the housing.
  • the housing comprises an inlet nozzle and a fluid outlet nozzle, by which the fluid is capable of entering and leaving the housing respectively, after having been heated by the module electric heater.
  • the fluid circulation pump and the electric heating module are located inside the housing between this inlet nozzle and this fluid outlet nozzle.
  • the housing delimits a first enclosure which houses the electric heating module and a second enclosure which houses the fluid circulation pump, the first and the second enclosure being separated by a partition wall.
  • This partitioning has a functional aspect, identifying the first enclosure dedicated to heat transfer, and a second enclosure dedicated to activating the circulation of fluid.
  • These speakers are communicating, via a passage in the separation wall, to allow the fluid to be jointly driven by the propeller within the housing, in the whole of the dedicated circulation space, and to be heated in contact with the heating module.
  • the electric heating module comprises at least one heating core and one heating element.
  • the heating element is configured to surround the heating core being peripheral to it, the heating element and the heating core being separated by a space intended to see the fluid circulate. If necessary, walls or separation channels could radially partition this fluid circulation space so as to define axial channels.
  • all the surfaces in contact with the fluid in the electric heating module are preferably heated.
  • the heating core as well as the heating element are provided with electrical devices ensuring their heating, the calories generated making it possible to increase the temperature of the fluid circulating in contact with them.
  • the heating core is cylindrical and the heating element forms a tube at the periphery of the heating core.
  • the fluid circulation space is made tubular by the respective general shapes of the heating core and of the heating element, the first being cylindrical or substantially cylindrical when the second is tubular. This fluid circulation space is delimited radially by an internal surface of the tube of the heating element and by an external surface of the heating core, these surfaces forming the surface for emitting calories capable of being exchanged with the circulating fluid.
  • the heating core comprising a body overhanging a base
  • the fluid can have a smooth or grooved body surface helically.
  • the fluid borrows an axial circulation in the fluid circulation space, parallel to the axis of the electric heating module.
  • the fluid swirls if the surface of the body of the heating core is provided with one or more substantially helical grooves.
  • the presence of groove (s) imposes on the fluid a helical circulation, which increases the length of the path of the fluid along the surface of emission of calories and therefore along the surface of heat exchange within the electrical module of heats, which therefore improves the heat exchange performance.
  • the heating core can be made of an electrically insulating and thermally conductive material, such as a ceramic material.
  • the heating element has electrical heating means.
  • the heating element may include one or more tracks screen printed or cut on the tube at the periphery of the heating core. These resistive tracks on the external surface of the heating element constitute a first heating means.
  • the heating core also provided with electric heating means, such as for example at least one resistive track, screen-printed or cut out, constitutes a second heating element of the heating module.
  • a protective film or layer can be placed on the resistive track of the heating core.
  • This protective film, or layer is made of a thermal conductive and electrically insulating material.
  • it is the same material as the heating core, for example ceramic. It is understood that the presence of this film, or layer, allows the implementation of an electric heating means provided on a surface of the heating core in contact with a circulating fluid to be heated while ensuring electrical insulation with respect to the fluid .
  • the film or the layer authorizing the thermal conductivity of the heating core towards the circulating fluid to be heated is small compared to the distance provided between the core and the heating element at the periphery.
  • the arrangement of the electric heating module and the fluid circulation pump inside the housing depends on the direction of the fluid circulation.
  • the fluid circulation pump can be located in the housing of the heating and circulation of a fluid for a vehicle, upstream or downstream of the electric heating module.
  • the fluid circulation pump and the electric heating module can be positioned directly above each other.
  • the fluid circulation pump cannot be installed in such a way as to go against the direction of fluid circulation, since it has the function of activating the flow thereof.
  • the arrangement of the fluid circulation pump with respect to the electric heating module within the housing of the device for heating and circulation of a fluid for a vehicle can have several variants.
  • the electric heating module extends along a longitudinal axis, the propeller having an axis of rotation which is parallel to the axis of the heating module. These two axes can be more particularly confused.
  • the electric heating module again extending along a longitudinal axis, the propeller may have an axis of rotation transverse to the axis of the electric heating module.
  • transverse axis of rotation is therefore understood to mean any axis of rotation of the propeller which, by its inclination, intersects with another axis, for example the axis of the electric heating module. It should be noted that whatever the arrangement of the fluid circulation pump with respect to the electric heating module within the housing of the device for heating and circulating a fluid for a vehicle, the circulating fluid is caused to be heated and entrained within said device simultaneously, the two cooperating effects inside the housing.
  • the fluid circulation pump is arranged downstream of the electric heating module relative to the direction of fluid circulation.
  • the fluid circulation pump is arranged after the electric heating module in the direction of fluid circulation, between the electric heating module and the fluid outlet nozzle.
  • the device for heating and circulating a fluid for a vehicle is intended to receive a fluid through the fluid inlet nozzle and to heat it.
  • the fluid outlet nozzle that the housing comprises, and which allows the evacuation of the fluid previously heated by the electric heating module extends along a direction parallel to the longitudinal axis of the heating module, or in the continuity of this same axis.
  • the fluid emerging from the fluid outlet nozzle is not in laminar circulation, being subjected to the forces induced by the rotation of the propeller. Indeed, the fluid is driven by the propeller of the fluid circulation pump.
  • the fluid circulation pump promotes the circulation of fluid, but also modifies its trajectory.
  • Turbulence is induced and causes the fluid to swirl after it has passed through the fluid circulation pump according to the invention.
  • the fluid is made turbulent at the level of the fluid outlet nozzle. This movement improves the heat exchange function performed by the fluid after it has passed through the device for heating and circulating a fluid, the turbulent flow of the fluid allowing better efficiency of the heat exchange at which it is brought to participate in the fluid circulation loop, downstream of the heating and fluid circulation device.
  • these heat exchanges are made more efficient in turbulent flow than in laminar flow since the fluid, going from point A to point B, interacts with more surface if it circulates in a turbulent flow than s' it circulates in a laminar flow.
  • the device for heating and circulating a fluid for a vehicle may include temperature sensors disposed at the level of the fluid inlet and outlet, within the fluid inlet and outlet nozzles by example and in direct contact with the fluid, making it possible to measure a temperature gradient of the fluid between the upstream and downstream of said device.
  • the heating power of the heating module is a function of this temperature gradient and of a value of the flow rate of the fluid, it will be possible to modify, to adjust the temperature of the fluid, the heating power or the flow rate, depending on the measured temperature gradient and desired values.
  • the heating power is in particular between 1 and 2.5 kW for the heating core and 2 to 3 kW for the heating element peripheral to the heating core.
  • the device for heating and circulating a fluid for a vehicle comprises a control unit for the electric heating module.
  • This control unit may include at least one electrical circuit support such as a printed circuit board (in English PCB for "Printed Circuit Board”).
  • the control unit notably includes electronic and / or electrical components carried by the electrical circuit support. These electronic and / or electrical components can for example comprise a microcontroller and electrical contacts connected to the electrical heating means provided on the heating element and to the electrical heating means provided on the heating core. They can also include one or more electronic electrical current switches to control the electrical supply of the electrical heating module, electrical tracks connecting the electrical heating module to the electrical current switches, power connectors.
  • the control unit of the electric heating module controls the fluid circulation pump.
  • the electronic and / or electrical components carried by the control unit can for example comprise a microcontroller and electrical contacts connected to the drive motor of the fluid circulation pump. They can also include one or more electrical current switches to control the electrical supply of the fluid circulation pump, electrical tracks connecting the fluid circulation pump to the electrical current switches, power connectors.
  • the control unit controls the electric heating module, or in a particular embodiment of the invention, both the electric heating module and the fluid circulation pump.
  • the housing has an internal diameter between 45 and 60 millimeters and the impeller of the fluid circulation pump has an external diameter between 40 and 60 millimeters.
  • the circulation pump of fluid has a height of value between 30 and 40 millimeters and the tubular heating element a height of value between 90 and 120 millimeters.
  • the present invention also relates to a heating and / or air conditioning device for a vehicle, characterized in that it comprises at least one device for heating and circulating a fluid for a vehicle as described above.
  • FIG. 1 is a general schematic representation, in section, of a device for heating and circulating a fluid for a vehicle according to the invention
  • FIG. 2 is an exploded view of an electric heating module housed in a housing of a device for heating and circulating a fluid according to the invention
  • FIG. 3 is a view, in cross section, of the electric heating module of FIG. 2.
  • the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1 comprises a housing 2 delimited by a wall 3 of the housing.
  • the housing 2 mainly extends along a longitudinal axis A, the longitudinal axis A being where appropriate an axis of revolution of the housing 2.
  • the axis of the fluid inlet nozzle 4 is arranged to be intersecting, and more particularly perpendicular, to the longitudinal axis A of the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1, on the side wall 38 of the housing 2.
  • the axis of the fluid outlet nozzle 5 is coincident with the longitudinal axis A of the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1 and positioned on the wall upper 40 of the housing 2.
  • the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1 cannot however be limited to this configuration.
  • the axis of the fluid inlet nozzle 4 can be arranged parallel to the longitudinal axis A of the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1, and positioned on the bottom wall 39 of the housing 2.
  • the axis of the fluid outlet nozzle 5 can be arranged parallel to the longitudinal axis A of the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1, and positioned on the upper wall 40 of the housing 2.
  • L the axis of the fluid outlet nozzle 5 can moreover be secant to the longitudinal axis A of the heating and circulation of a fluid for vehicle 1, and positioned on the upper wall 40 of the housing 2 or on the side wall 38 of the housing 2.
  • the housing 2 is divided into two enclosures 6, 7, namely a first enclosure 6 into which the fluid inlet nozzle 4 opens, and a second enclosure 7 through which the fluid outlet nozzle 5 opens.
  • These two enclosures 6 , 7 are physically distinct thanks to a separation wall 8 internal to the housing 2, projecting from the side wall 38 towards the center of the housing 2.
  • This separation wall 8 is provided with a passage allowing the circulation of fluid from one enclosure to another.
  • the first enclosure 6 corresponds to a heating compartment, dedicated to heating the fluid
  • the second enclosure 7 corresponds to the circulation compartment, dedicated to the activation of the circulation of fluid.
  • the intake chamber 37 and the housing 43 of the electric heating module 9 are separated by a stop wall 31.
  • the intake chamber 37 is delimited by the stop wall 31 internal to the housing 2, the bottom wall 39 and a portion of the side wall 38 of the housing 2.
  • the housing 43 of the electric heating module 9 is delimited by the abutment wall 31, the partition wall 8, and a portion of the side wall 38 of the housing 2.
  • the abutment wall 31 substantially perpendicular to the longitudinal axis A of the housing 2, is located on the internal surface of the first enclosure 6 and extends from the wall lateral 38 towards the center of the housing 2.
  • This abutment wall 31 separates the inlet chamber 37 and the housing 43 of the electric heating module 9.
  • the abutment wall 31 is provided with a passage allowing the circulation of fluid within from the first enclosure 6, from the inlet chamber 37 to the electric heating module 9. This same passage is also necessary for the installation of the electric heating module in the housing 2.
  • partition wall 8 and wall stop 31 are drilled in their center to allow a passage to the fluid.
  • the partition wall 8 and the abutment wall 31, at the level of said passage formed in their center, are each provided respectively with a collar 41, 42.
  • the first enclosure 6, defining the heating compartment, houses the electric heating module 9 as a heating device.
  • This electric heating module 9 comprises a cylindrical heating core 11 and a tubular heating element 10 which extends around the periphery of the cylindrical heating core 11.
  • the tubular heating element 10 is located at a distance from the cylindrical heating core 11 so as to leave between them a residual space forming a fluid circulation space 13.
  • the tubular heating element 10 is disposed in the housing 2 between the abutment wall 31 and the separation wall 8.
  • Sealing devices 26, 34 are arranged at the ends of the tubular heating element 10, the sealing device 34 being integrated into the flange 41 formed at the edge of the separation wall 8 and the sealing device 26 being integrated into the collar 42 formed on the edge of the abutment wall 31.
  • the cylindrical heating core 11 comprises a cylindrical body 23 and a base 24 which extends at one end of the body 23 and which extends perpendicularly thereof.
  • the cylindrical heating core 11 is coaxial with the tubular heating element 10.
  • the body 23 of the cylindrical heating core 11 extends through the first enclosure 6. In the example illustrated, the body 23 passes through the entire compartment of heats, that is to say both the intake chamber 37 and the housing 43 of the electric heating module 9.
  • the residual space between the cylindrical heating core 11 and the element tubular heater 10 at its periphery makes it possible to define the tubular fluid circulation space 13.
  • the tubular heating element 10 bears on the partition wall 8.
  • the cylindrical heating core 11 passes through an opening in the wall 3 of the housing, its base 24 extending outside the housing 2 and forming support against the lower wall 39 of the housing and a sealing device 27.
  • the base 24 makes it possible to assemble the cylindrical heating core 11 to the first enclosure 6 of the housing 2 also containing the tubular heating element 10.
  • This base 24 and the housing 2 are secured for example by gluing, welding or screwing on the wall 3 of the housing, thus compressing the sealing device 27.
  • the base 24 is connected by electrical connectors and by electrical wires 14 to a control unit 15.
  • the connectors electrical base 24 being outside the housing 2, the electrical wires 14 do not pass through the wall 3 of the housing to be connected to the control unit 15.
  • tubular heating element 10 is connected by electrical connectors and by electrical wires 28 to the control unit 15.
  • the tubular heating element 10 and these electrical connectors being internal to the housing 2, the electrical wires 28 are brought to pass through the wall 3 of the housing to join the control unit 15.
  • an opening must be made to allow their passage, opening to be closed in order to guarantee the tightness of the device for heating and circulation of a fluid for vehicle 1
  • the electrical wires 28 more specifically pass through the side wall 38 of the housing 2.
  • the second enclosure 7 is itself delimited by the partition wall 8 on the one hand and by the upper wall 40 of the housing 2 on the other hand, these walls being substantially perpendicular to the longitudinal axis A of the housing 2.
  • the wall partition 8 and the upper wall 40 are connected by a portion of the side wall 38 which here participates in delimiting the second enclosure 7.
  • An opening is provided in the upper wall 40 of the housing 2. This opening corresponds to the fluid outlet nozzle 5 allowing the fluid to flow out of the heating and circulation device of a fluid for vehicle 1.
  • the second enclosure 7, defining the circulation compartment, is configured to house a fluid circulation pump 17 capable of activating or improving the circulation of fluid.
  • This fluid circulation pump 17 comprises a propeller 20, inducing the circulation of the fluid when actuated, a propeller drive motor 19, making it possible to actuate the propeller 20 thus facilitating the circulation of fluid, and a peripheral wall 18 arranged in particular around the propeller 20 to define the periphery of the fluid circulation pump 17 and the zone for the passage of the fluid through the propeller.
  • the side wall 38 of the second enclosure 7 can be merged with the wall of the fluid circulation pump 17, in other words with the peripheral wall 18 disposed around the propeller 20, as illustrated in FIG. 1
  • the second enclosure 7 thus includes the propeller 20 and the propeller drive motor 19, the second enclosure 7 itself forming the fluid circulation pump 17.
  • the propeller drive motor 19 is fixed to the upper wall 40 of the second enclosure 7 via mounting junctions 32.
  • These mounting junctions 32 of the propeller driving motor 19, so as not to prevent circulation fluid during the implementation of the invention, are disposed adjacent to the opening in the upper wall 40, opening opening on the fluid outlet nozzle 5.
  • four mounting junctions 32, including two are visible in Figure 1, can be arranged on either side of the fluid outlet nozzle 5 for fixing the propeller drive motor 19.
  • the propeller drive motor 19 is connected by electrical connectors and by electrical wires 16 to the control unit 15.
  • the propeller drive motor 19 and the electrical connector or connectors which it carries being internal to the housing 2, the electrical wires 16 are brought to pass through the wall 3 of the housing to reach the control unit 15.
  • an opening must be made to allow their passage, opening to be closed in order to guarantee the sealing of the device heating and circulation of a fluid for vehicle 1.
  • the electrical wires 16 more specifically pass through the upper wall 40 of the housing 2.
  • control unit 15 corresponding to an electrical circuit support such as a printed circuit board (in English PCB for "Printed Circuit Board”).
  • the control unit 15 is arranged on the external face of the side wall 38 of the housing 2.
  • This control unit 15 is connected as well to each of the elements of the electric heating module 9, that is - ie to the tubular heating element 10 and to the cylindrical heating core 11, than to the fluid circulation pump 17.
  • the connections are made via electric wires 14, 16 and 28 drawn from the control unit 15 and connected to each of the elements to be controlled by electrical connectors as previously mentioned, or else via other electrical connection means.
  • the control unit 15 supports electronic or electrical components 21 corresponding in particular to control elements.
  • the control elements are configured to control both the tubular heating element 10, the cylindrical heating core 11 and the propeller drive motor 19.
  • a first manipulation consists in assembling the tubular heating element 10 of the electric heating module 9 to the lower part 29 of the housing 2.
  • the tubular heating element 10 is inserted in the lower part 29 of the housing 2 until the element tubular heater 10 is supported on the sealing device 26 housed in the flange 42 of the abutment wall 31 internal to the housing 2.
  • the sealing device 26 is compressed between the flange 42 of the abutment wall 31 of the housing 2 and the lower part of the tubular heating element 10.
  • the connector or connectors integral with the tubular heating element 10 are connected to the electrical wires 28, connected at the other end to the control unit 15 and previously inserted in the housing 2 through the appropriate opening.
  • a second manipulation consists in inserting the propeller drive motor 19 associated with its propeller 20 into the second enclosure 7. To do this, propeller drive motor 19 and propeller 20 must pass through the passage formed in the wall. separation 8. It is understood that the respective dimensions of the propeller and of the passage formed in the separation wall are defined to allow this installation: for example, the housing 2 has an internal diameter between 45 and 60 millimeters and the propeller 20 of the fluid circulation pump 17 has an external diameter between 40 and 60 millimeters.
  • the propeller drive motor 19 and the propeller 20 thus housed in the second enclosure 7 are fixed to the upper wall 40 of the second enclosure 7 via the mounting junctions 32 of the propeller drive motor 19. It should be noted that these mounting junctions 32 of the propeller drive motor 19 do not prevent the circulation of fluid during the implementation of the invention.
  • the connector or connectors integral with the tubular heating element 10 are connected to the electrical wires 16, connected at the other end to the control unit 15 and previously inserted in the housing 2 through the appropriate opening.
  • the following manipulation makes it possible to associate the lower part 29 of the housing 2 housing the tubular heating element 10 of the electric heating module 9, and the upper part 30 of the housing 2 containing the fluid circulation pump 17.
  • Lower part 29 and part upper 30 are placed one on the other in order to close the housing 2 at the mounting junction 33.
  • the upper part of the tubular heating element 10 then bears on the sealing device 34 housed in the flange 41 of the partition wall 8 of the housing 2.
  • the tubular heating element 10 is correctly positioned, advantageously centered, in the housing 2.
  • the correct positioning of the tubular element 10 is important so that the heating core 11 intended to be contained therein fits properly.
  • the perfect fit of the tubular heating element 10 relative to the heating core 11 allows the fluid circulation space 13 to be regular and to guarantee the fluid to be heated therein in a homogeneous and progressive manner, whatever its point of passage within the fluid circulation space 13.
  • the cylindrical heating core 11 is inserted into the housing 2 through an opening made for this purpose in the lower wall 39 of the housing 2.
  • the body 23 of the cylindrical heating core 11 is inserted via this opening, which is hermetically closed by the base 24 of the cylindrical heating core 11 and by the sealing device 27, the cylindrical heating core 11 being inserted inside the housing until the base 24 s' presses on the sealing device 27 of the lower wall 39 of the housing 2.
  • the diameter of the cylindrical heating core 11 is substantially equal, slightly less, than that of the opening made in the lower wall 39 of the housing 2, and this in order to achieve centering of the cylindrical heating core 11 when it is inserted and therefore to ensure correct positioning relative to the peripheral tube constituting by the tubular heating element 10.
  • the housing has a height whose value is between 130 and 250 millimeters, with a fluid circulation pump 17 whose height has a value between 30 and 40 millimeters and a tubular heating element 10 whose height has a value between 90 and 120 millimeters.
  • control unit 15 is made operational. Positioned along the side wall 38 of the housing 2, it makes it possible not to interfere with the fluid inlet nozzle 4 or the fluid outlet nozzle 5, or with the electric heating module 9, while being part of 'an envelope defined by the housing 2, in the context of compact assembly targeted by the invention.
  • the various electrical wires 16, 28, 14 make it possible to connect the propeller drive motor 19, the tubular heating element 10 and the cylindrical heating core 11, respectively, to the unit for control 15, and this control unit 15 is then connected to an external electrical supply network, and for example to the vehicle supply network, in order to make the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1 functional .
  • control unit 15 is connected to the various elements housed in the housing 2 by electrical wires 16, 28, 14, but that it will be possible without departing from the context of the invention to provide for any other appropriate electrical connection means, since according to the invention, a common control unit 15 allows control of each of these elements.
  • control unit 15 installed along the longitudinal axis A of the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1, is positioned against the side wall 38 so as to also extend indeed on a portion of the side wall 38 of the first enclosure 6 than on a portion of the side wall 38 of the second enclosure 7. This positioning makes it possible to control each of the elements with simplified electrical connections, implying a length of minimum electrical connection.
  • the control unit 15 is electrically powered.
  • this mounting example is not limiting and only constitutes a possibility as regards the assembly of the various constituent elements of the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1 as shown in FIG. 1.
  • the fluid is then entrained by the propeller 20 of the fluid circulation pump 17 out of the heating and fluid circulation device for vehicle 1 , via the fluid outlet nozzle 5.
  • the fluid circulates in the fluid outlet nozzle 5 in a flow made turbulent by its passage in the propeller 20.
  • the fluid thus swirling is more advantageous for the heat exchanges to which the fluid must participate in leaving the device.
  • the axis of the electric heating module 9, the axis of rotation of the propeller 20 of the fluid circulation pump 17, and the axis of the fluid outlet nozzle 5, coincide with the longitudinal axis A of the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1.
  • the axis of the fluid inlet nozzle 4 is in turn arranged perpendicular to the axis of the module of electric heater 9, to the axis of rotation of the propeller 20 of the fluid circulation pump 17, and to the axis of the fluid outlet nozzle 5, and therefore to the longitudinal axis A of the heating device and circulation of a fluid for vehicle 1.
  • FIG. 2 details the constituent elements of the electric heating module 9 according to an exemplary embodiment.
  • the tubular heating element 10 and the cylindrical heating core 11, which were shown nested coaxially in FIG. 1, are here dissociated in an exploded view.
  • the external surface of the tubular heating element 10 includes an electric heating means corresponding to heating resistors arranged in the form of a resistive track 22.
  • This resistive track 22 constitutes a first heating means of the electric heating module 9.
  • the resistive track 22 comprises electrical connection terminals 35 intended to be connected, in particular by electrical wires 28 to the control unit 15. These electrical connection terminals 35 are linked on the tubular heating element 10 to the resistive track 22, and to temperature sensors 36.
  • These temperature sensors 36 arranged on the external surface of the electric heating module 9 can be intended to measure the temperature of the tubular heating element 10.
  • These temperature sensors 36 are specific to the electric heating module 9 , and distinct from the temperature sensors mentioned above and arranged within the inlet nozzles and fluid outlet from the heating and circulation device of a fluid for vehicle 1, for measuring the temperatures of the fluid. It should be noted that the tubular heating element 10 is not directly placed against the wall 3 of the housing, so as not to damage the resistive tracks 22 on the surface of the tubular heating element 10.
  • the cylindrical heating core 11 consists of the body 23, giving it its cylindrical shape, body 23 which is extended as may have been specified previously by the base 24.
  • the body 23 is intended to be inserted in the tubular heating element 10 without entering into mechanical interaction with it.
  • the respective diameters of the cylindrical heating core 11 and the tubular heating element 10 at its periphery are defined as a function of the width which it is desired to give to the fluid circulation space 13, this fluid circulation space 13 therefore having a non-zero value.
  • the base 24, having electrical connection terminals intended to be connected to the control unit 15, is intended to allow the cylindrical heating core 11 to be fixed to the housing 2 of the device for heating and circulating a fluid for vehicle 1 according to the invention.
  • the electrical connection terminals of the base 24 are not visible.
  • the body 23 of the cylindrical heating core 11 has electrical heating means. This electric heating means can be a resistive track 25 protected from the circulating fluid by a film not shown here.
  • FIG. 3 specifies the relative arrangement between the tubular heating element 10 and the cylindrical heating core 11 of the electric heating module 9.
  • the tubular heating element 10 and the cylindrical heating core 11 are concentric and their surfaces, respectively internal and external, are substantially equidistant from each other. In this way, the space between these surfaces defines the regular fluid circulation space 13 of the electric heating module, a space of non-zero value.
  • the fluid thus guided, travels through the electric heating module 9 where it rises in temperature.
  • the resistive tracks 22 and 25, disposed respectively on the tubular heating element 10 and on the cylindrical heating core 11, make it possible to heat the cylindrical heating core 11 and the tubular heating element 10.
  • the thermal transfer to the circulating fluid in the fluid circulation space 13 is made from the surfaces of the electrical heating module 9 in contact with the fluid.
  • Said surfaces where the heat transfer takes place are the external surface of the cylindrical heating core 11 and the internal surface of the tubular heating element 10.
  • the resistive tracks 22 and 25, arranged on the external surface of the tubular heating element 10 and in surface of the cylindrical heating core 11, as well as the film protecting the resistive track 25 of the cylindrical heating core 11, are not shown in this FIG. 3.
  • the present invention provides a device for heating and circulating a fluid for a vehicle configured to gain compactness, lightness and improving the efficiency of heat transfer, compared to existing models.
  • This device for heating and circulating a fluid for a vehicle intended in particular to be integrated into a heating and / or air conditioning device for a vehicle, has its dimensions optimized due to the combination of different functionalities, mechanical and electronic, within a single housing.
  • the coupling of the heating and circulation systems namely the fact of accommodating a fluid circulation pump and an electric heating module in the same fluid circulation housing, also has the effect of increasing the efficiency of the heat transfer at the outlet. case thanks to the vortex induced by the fluid circulation pump.

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Abstract

Un dispositif de chauffage et de circulation d'un fluide pour véhicule, comprenant un boîtier contenant au moins un module de chauffe électrique, est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pompe de circulation de fluide logée dans ledit boîtier. Application aux véhicules automobiles.

Description

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE ET DE CIRCULATION D’UN FLUIDE POUR
VEHICULE
Le domaine de la présente invention est celui des dispositifs de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule. L'invention s'applique plus particulièrement aux appareils électriques de chauffage et/ou de climatisation de véhicules automobiles comportant de tels dispositifs.
Il est connu que le réchauffage de l'air destiné au chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, ou encore permettant un désembuage ou dégivrage, soit assuré par le passage d'un flux d'air à travers un échangeur thermique, plus précisément par un échange thermique entre ce flux d'air et un fluide circulant à l’intérieur de l’échangeur. Il peut notamment s'agir du fluide de refroidissement dans le cas d'un moteur thermique.
Dans le cas d'un véhicule électrique, il est également connu d'utiliser pour le chauffage de l’air une boucle de climatisation fonctionnant en mode de pompe à chaleur. Toutefois, ce mode de chauffage de l’air aussi peut 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, cet air ne peut être porté à une température suffisante pour réchauffer l’habitacle. Dans ce contexte, il est connu d’adjoindre aux boucles de circulation de fluide un dispositif électrique additionnel de conditionnement thermique du fluide tel qu'un dispositif électrique de chauffage additionnel. Un tel dispositif électrique de chauffage additionnel peut être adapté pour chauffer, en amont de l’échangeur thermique, un fluide approprié. De façon connue, un tel dispositif électrique de chauffage additionnel comporte un ou plusieurs modules thermiques en contact avec le fluide à chauffer. Plus précisément, et tel que cela peut être notamment divulgué dans le document WO15082434, un module thermique peut comporter un noyau et un élément chauffant entourant le noyau, l’un et l’autre étant distants afin de définir un espace de circulation de fluide entre le noyau et la surface interne de l'élément chauffant. L'élément chauffant est une source d'énergie thermique. L’élément chauffant présente des moyens électriques de chauffe, par exemple une ou plusieurs résistances chauffantes réalisées par sérigraphie sous forme de pistes résistives sérigraphiées sur la surface externe de l'élément chauffant. Une circulation de fluide dans l'espace de circulation entre le noyau et l'élément chauffant permet d’assurer un transfert thermique entre l'élément chauffant et le fluide. Pour obtenir une puissance de chauffe suffisante pour le fonctionnement souhaité, on peut être amené à multiplier les modules thermiques dans un même dispositif électrique de chauffage additionnel. Le poids et l’encombrement dudit dispositif en est alors pénalisé : ces dispositifs électriques de chauffage additionnel peuvent présenter une masse supérieure à l700g.
La circulation de fluide est facilitée par une pompe, qui est agencée en amont ou en aval de l’échangeur thermique sur un conduit de circulation de fluide.
La diminution de l’encombrement en taille et la baisse de la masse des différents appareils de chauffage et/ou de climatisation tels que décrits dans l’art antérieur, et celles des dispositifs électriques de chauffage additionnel les constituants, restent des problématiques essentielles pour les véhicules, notamment les véhicules automobiles électriques ou hybrides. Bien entendu, ces diminutions d’encombrement et de masse ne doivent pas se faire au détriment des performances thermiques.
L’invention a pour objet un dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule, comprenant un boîtier contenant au moins un module de chauffe électrique caractérisé en ce que le dispositif de chauffage et de circulation de fluide pour véhicule comprend au moins une pompe de circulation de fluide logée dans ledit boîtier.
En associant la pompe de circulation de fluide et le module de chauffe électrique dans un même boîtier, les dispositifs de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule voient leur encombrement minimisé par rapport à une installation dans laquelle le dispositif électrique de chauffe et un dispositif de circulation seraient distincts. Ainsi, le boîtier comporte un compartiment de chauffe, dédié au chauffage du fluide et logeant un dispositif de chauffage comportant au moins un module de chauffe électrique et un compartiment de circulation, dédié à l’activation de la circulation de fluide par la pompe de circulation de fluide.
Afin d’optimiser la masse du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule selon l’invention, la pompe de circulation de fluide et le module de chauffe électrique partagent une même paroi, celle du boîtier. Ainsi, la pompe de circulation de fluide comprend au moins une hélice, un moteur d’entrainement d’hélice et une paroi périphérique à l’hélice, la paroi périphérique à l’hélice étant une paroi du boîtier. Le fait de confondre paroi périphérique à l’hélice et paroi du boîtier permet un allégement de la pompe de circulation de fluide, la paroi du boîtier ayant également pour fonction de servir de paroi à la pompe de circulation de fluide. Par ailleurs, l’invention peut également couvrir un dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule disposant de plus d’une hélice, et de plus d’un moteur d’entrainement d’hélice, idéalement en nombre égal, chaque hélice s’associant à un moteur d’entrainement d’hélice. Dans un autre mode de réalisation, la paroi périphérique à l’hélice est distincte de la paroi du boîtier, mais reste intégrée au dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule. Cette configuration garantit la compacité de l’ensemble.
Selon une caractéristique de l’invention, le boîtier comprend une buse d’entrée et une buse de sortie de fluide, par lesquelles le fluide est susceptible respectivement d’entrer dans le boîtier et d’en ressortir, après avoir été réchauffé par le module de chauffe électrique. La pompe de circulation de fluide et le module de chauffe électrique sont situés à l’intérieur du boîtier entre cette buse d’entrée et cette buse de sortie de fluide.
Selon une caractéristique de l’invention, le boîtier délimite une première enceinte qui loge le module de chauffe électrique et une deuxième enceinte qui loge la pompe de circulation de fluide, la première et la deuxième enceinte étant séparées par une paroi de séparation. Ce cloisonnement a un aspect fonctionnel, identifiant la première enceinte dédiée au transfert thermique, et une seconde enceinte dédiée à l’activation de la circulation de fluide. Ces enceintes sont communicantes, via un passage ménagé dans la paroi de séparation, pour permettre au fluide d’être conjointement entraîné par l’hélice au sein du boîtier, dans l’ensemble de l’espace de circulation dédié, et d’être réchauffé au contact du module de chauffe.
Selon une caractéristique de l’invention, le module de chauffe électrique comprend au moins un noyau chauffant et un élément chauffant. L’élément chauffant est configuré pour entourer le noyau chauffant en lui étant périphérique, l’élément chauffant et le noyau chauffant étant séparés par un espace destiné à voir circuler le fluide. Le cas échéant, des parois ou des canaux de séparation pourraient cloisonner radialement cet espace de circulation de fluide de manière à définir des canaux axiaux. Pour garantir un réchauffement performant du fluide en circulation dans le dispositif selon l’invention, toutes les surfaces en contact avec le fluide dans le module de chauffe électrique sont de préférence chauffantes. Ainsi, et selon la présente invention, le noyau chauffant tout comme l’élément chauffant sont pourvus de dispositifs électriques garantissant leur chauffe, les calories générées permettant d’augmenter la température du fluide circulant à leur contact.
Selon une caractéristique de l’invention, le noyau chauffant est cylindrique et l’élément chauffant forme un tube en périphérie du noyau chauffant. Le noyau chauffant et l’élément chauffant en sa périphérie, coaxialement disposés, constituent à eux deux la source d’énergie thermique du dispositif selon l’invention. On comprend que, par la caractéristique d’un tube en périphérie du noyau chauffant, le noyau et l’élément chauffant sont à distance l’un de l’autre, afin que le fluide puisse cheminer entre eux au sein de l’espace de circulation de fluide. L’espace de circulation de fluide est rendu tubulaire de par les formes générales respectives du noyau chauffant et de l’élément chauffant, le premier étant cylindrique ou sensiblement cylindrique lorsque le second est tubulaire. Cet espace de circulation de fluide est délimité radialement par une surface interne du tube de l’élément chauffant et par une surface externe du noyau chauffant, ces surfaces formant la surface d’émission des calories susceptibles d’être échangées avec le fluide circulant.
Selon une caractéristique de l’invention, le noyau chauffant, comprenant un corps surplombant une base, peut présenter une surface de corps lisse ou rainurée hélicoïdalement. En l’absence de rainure, le fluide emprunte une circulation axiale dans l’espace de circulation de fluide, parallèle à l’axe du module de chauffe électrique. Le fluide tournoie si la surface du corps du noyau chauffant est pourvue d’une ou plusieurs rainures sensiblement hélicoïdales. La présence de rainure(s) impose au fluide une circulation hélicoïdale, ce qui augmente la longueur du trajet du fluide le long de la surface d’émission des calories et donc le long de la surface d’échange thermique au sein du module électrique de chauffe, ce qui améliore donc la performance d’échange de chaleur.
Le noyau chauffant peut être réalisé dans un matériau isolant électriquement et conducteur thermique, tel qu'un matériau céramique.
Selon une caractéristique de l’invention, l’élément chauffant présente des moyens électriques de chauffe. Par exemple, l’élément chauffant peut comporter une ou plusieurs pistes sérigraphiées ou découpées sur le tube en périphérie du noyau chauffant. Ces pistes résistives en surface externe de l’élément chauffant constituent un premier moyen de chauffe.
Selon une caractéristique de l’invention, le noyau chauffant, également pourvu de moyens électriques de chauffe, comme par exemple au moins une piste résistive, sérigraphiée ou découpée, constitue un deuxième élément chauffant du module de chauffe. Un film ou une couche de protection peut être disposé sur la piste résistive du noyau chauffant. Ce film, ou couche, de protection est réalisé dans un matériau conducteur thermique et isolant électrique. Avantageusement il s'agit du même matériau que le noyau chauffant, par exemple en céramique. On comprend que la présence de ce film, ou couche, permet la mise en œuvre d’un moyen électrique de chauffe prévu sur une surface du noyau chauffant au contact d’un fluide circulant à chauffer en assurant l'isolation électrique par rapport au fluide. Les performances thermiques ne sont ainsi pas altérées, le film ou la couche autorisant la conductivité thermique du noyau chauffant vers le fluide circulant à chauffer. Bien entendu, l’épaisseur du film ou de la couche est faible au regard de la distance prévue entre le noyau et l’élément chauffant en périphérie.
L’agencement du module de chauffe électrique et de la pompe de circulation de fluide à l’intérieur du boîtier relève du sens de la circulation de fluide. Ainsi, la pompe de circulation de fluide peut se trouver, dans le boîtier du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule, en amont ou en aval du module de chauffe électrique. La pompe de circulation de fluide et le module de chauffe électrique peuvent être positionnés à l’aplomb l’un de l’autre. Par ailleurs, la pompe de circulation de fluide ne saurait être installée de façon à aller à l’encontre du sens de circulation de fluide, puisqu’elle a pour fonction d’en activer l’écoulement.
Ainsi, l’agencement de la pompe de circulation de fluide par rapport au module de chauffe électrique au sein du boîtier du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule peut présenter plusieurs variantes. Selon une caractéristique de l’invention, le module de chauffe électrique s’étend selon un axe longitudinal, l’hélice présentant un axe de rotation qui est parallèle à l’axe du module de chauffe. Ces deux axes peuvent être plus particulièrement confondus. Dans une variante, le module de chauffe électrique s’étendant là encore selon un axe longitudinal, l’hélice peut présenter un axe de rotation transverse à l’axe du module de chauffe électrique. On entend alors par axe de rotation transverse tout axe de rotation de l’hélice qui, par son inclinaison, est sécant à un autre axe, par exemple l’axe du module de chauffe électrique. Il convient de noter que quel que soit l’agencement de la pompe de circulation de fluide par rapport au module de chauffe électrique au sein du boîtier du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule, le fluide circulant est amené à être réchauffé et entraîné au sein dudit dispositif de façon simultanée, les deux effets coopérants à l’intérieur du boîtier.
Selon une caractéristique de l’invention, la pompe de circulation de fluide est disposée en aval du module de chauffe électrique par rapport au sens de circulation de fluide. Ainsi, la pompe de circulation de fluide est disposée après le module de chauffe électrique dans le sens de circulation de fluide, entre le module de chauffe électrique et la buse de sortie de fluide.
Le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule est destiné à recevoir un fluide par la buse d’entrée de fluide et à le chauffer. Selon une caractéristique de l’invention, la buse de sortie de fluide que comporte le boîtier, et qui permet l’évacuation du fluide réchauffé au préalable par le module de chauffe électrique, s’étend le long d’une direction parallèle à l’axe longitudinal du module de chauffe, ou dans la continuité de ce même axe. Selon l’invention, le fluide débouchant de la buse de sortie de fluide n’est pas en circulation laminaire, étant soumis aux forces induites par la rotation de l’hélice. En effet, le fluide est entraîné par l’hélice de la pompe de circulation de fluide. Ainsi, la pompe de circulation de fluide favorise la circulation de fluide, mais modifie aussi sa trajectoire. Des turbulences sont induites et font que le fluide tourbillonne après son passage dans la pompe de circulation de fluide selon l’invention. Dans l’exemple particulier de l’invention selon lequel la pompe de circulation de fluide est disposée après le module de chauffe électrique dans le sens de circulation de fluide, le fluide est rendu turbulent au niveau de la buse de sortie de fluide. Ce mouvement permet d’améliorer la fonction d’échange thermique réalisée par le fluide après son passage dans le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide, le flux turbulent du fluide permettant une meilleure efficacité de l’échange de chaleur auquel il est amené à participer dans la boucle de circulation de fluide, en aval du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide. On comprend que ces échanges thermiques sont rendus plus efficaces en flux turbulents qu’en flux laminaire puisque le fluide, en allant d’un point A à un point B, interagit avec plus de surface s’il circule dans un flux turbulent que s’il circule dans un flux laminaire.
Le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule selon l’invention peut comporter des capteurs de température disposés au niveau de l’entrée et de la sortie de fluide, au sein de buses d’entrée et de sortie de fluide par exemple et au contact direct du fluide, permettant de mesurer un gradient de température du fluide entre l’amont et l’aval dudit dispositif. Etant entendu que la puissance de chauffe du module de chauffe est fonction de ce gradient de température et d’une valeur de débit du fluide, on pourra modifier, pour ajuster la température du fluide, la puissance de chauffe ou le débit, en fonction du gradient de température mesuré et des valeurs souhaitées. A tire indicatif, la puissance de chauffe est notamment comprise entre 1 et 2,5 kW pour le noyau chauffant et 2 à 3 kW pour l’élément chauffant périphérique au noyau chauffant.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule comprend une unité de commande du module de chauffe électrique. Cette unité de commande peut comporter au moins un support de circuit électrique tel qu'une carte à circuit imprimé (en anglais PCB pour "Printed Circuit Board"). L’unité de commande comporte notamment des composants électroniques et/ou électriques portés par le support de circuit électrique. Ces composants électroniques et/ou électriques peuvent par exemple comporter un microcontrôleur et des contacts électriques connectés au moyen électrique de chauffe prévu sur l’élément chauffant et au moyen électrique de chauffe prévu sur le noyau chauffant. Ils peuvent également comporter un ou des interrupteurs électroniques de courant électrique pour contrôler l'alimentation électrique du module de chauffe électrique, des pistes électriques reliant le module de chauffe électrique aux interrupteurs de courant électriques, des connecteurs d'alimentation.
Selon une caractéristique de l’invention, l’unité de commande du module de chauffe électrique pilote la pompe de circulation de fluide. Les composants électroniques et/ou électriques portés par l’unité de commande peuvent par exemple comporter un microcontrôleur et des contacts électriques connectés au moteur d’entrainement de la pompe de circulation de fluide. Ils peuvent également comporter un ou des interrupteurs de courant électrique pour contrôler l'alimentation électrique de la pompe de circulation de fluide, des pistes électriques reliant la pompe de circulation de fluide aux interrupteurs de courant électriques, des connecteurs d'alimentation. Ainsi, l’unité de commande pilote le module de chauffe électrique, ou dans un mode particulier de l’invention, à la fois le module de chauffe électrique et la pompe de circulation de fluide. Dans un système combiné, l’unique unité de commande permet elle aussi de réduire l’encombrement du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule selon l’invention, puisque l’on évite ainsi d’avoir à loger dans ou autour du boîtier une unité de commande dédiée au module de chauffe électrique et une unité de commande dédiée à la pompe de circulation de fluide. Il n’est alors pas nécessaire de prévoir un raccordement à un dispositif de commande qui serait distant. Le fait que les deux moyens électriques de chauffe du module de chauffe électrique, c’est-à-dire le noyau chauffant et l’élément chauffant en sa périphérie, et la pompe de circulation de fluide, soient aptes à être commandés par un moyen de commande commun permet ainsi d’obtenir un dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule toujours plus compact.
Selon une caractéristique de l’invention, le boîtier a un diamètre interne compris entre 45 et 60 millimètres et l’hélice de la pompe de circulation de fluide a un diamètre externe compris entre 40 et 60 millimètres. On notera par ailleurs que, considérant leurs dimensions prises en référence à un même axe longitudinal, la pompe de circulation de fluide a une hauteur de valeur comprise entre 30 et 40 millimètres et l’élément chauffant tubulaire une hauteur de valeur comprise entre 90 et 120 millimètres.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule est plus léger que les dispositifs de chauffage électriques connus, qui peuvent notamment présenter une masse de valeur supérieure à 1700 grammes, sans pour autant inclure de pompe de circulation de fluide. Plus particulièrement, le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule peut présenter une masse de valeur inférieure à 1300 grammes. Ainsi, conformément à ce qui a pu être précisé précédemment, l’invention a plus particulièrement pour avantage la réduction du volume et de la masse du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule, rendu compact grâce au couplage des fonctions thermique et circulatoire.
La présente invention vise également un appareil de chauffage et/ou de climatisation pour véhicule caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule tel que précédemment décrit.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique générale, en coupe, d'un dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule selon l’invention,
- la figure 2 est une vue, en éclaté, d’un module de chauffe électrique logé dans un boîtier d’un dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide selon l’invention,
- la figure 3 est une vue, en coupe transversale, du module de chauffe électrique de la figure 2.
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Un dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 selon l’invention, dont un mode de réalisation est illustré sur la figure 1, peut notamment être appliqué dans un véhicule automobile au sein d’un appareil de chauffage et/ou de climatisation. Le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 est notamment disposé sur une boucle de circulation de fluide de manière à être traversé par un fluide à réchauffer, selon un sens de circulation de fluide 12 tel que représenté sur cette figure par les flèches.
Le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 selon l’invention comprend un boîtier 2 délimité par une paroi 3 du boîtier. On peut notamment définir la paroi 3 du boîtier comme comportant une paroi latérale 38, ainsi qu’une première paroi transversale, ou paroi inférieure 39 selon l’agencement de la figure 1, et une deuxième paroi transversale, ou paroi supérieure 40 selon l’agencement de la figure 1. Des ouvertures sont ménagées dans cette paroi 3 du boîtier de manière à déboucher sur une buse d’entrée de fluide 4 au niveau de la paroi latérale 38, et une buse de sortie de fluide 5 au niveau de la paroi supérieure 40 comme présenté en figure 1. Le boîtier 2 s’étend principalement le long d’un axe longitudinal A, l’axe longitudinal A étant le cas échéant un axe de révolution du boîtier 2.
Dans l’exemple illustré, l’axe de la buse d’entrée de fluide 4 est disposé pour être sécant, et plus particulièrement perpendiculaire, à l’axe longitudinal A du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1, sur la paroi latérale 38 du boîtier 2. L’axe de la buse de sortie de fluide 5 est quant à lui confondu avec l’axe longitudinal A du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 et positionné sur la paroi supérieure 40 du boîtier 2. Le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 ne saurait cependant se limiter à cette configuration. L’axe de la buse d’entrée de fluide 4 peut être disposé parallèle à l’axe longitudinal A du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1, et positionné sur la paroi inférieure 39 du boîtier 2. Quant à lui, l’axe de la buse de sortie de fluide 5 peut être disposé parallèle à l’axe longitudinal A du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1, et positionné sur la paroi supérieure 40 du boîtier 2. L’axe de la buse de sortie de fluide 5 peut par ailleurs être sécant à l’axe longitudinal A du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1, et positionné sur la paroi supérieure 40 du boîtier 2 ou sur la paroi latérale 38 du boîtier 2.
Le boîtier 2 est divisé en deux enceintes 6, 7, à savoir une première enceinte 6 dans laquelle débouche la buse d’entrée de fluide 4, et une deuxième enceinte 7 par laquelle débouche la buse de sortie de fluide 5. Ces deux enceintes 6, 7 sont physiquement distinctes grâce à une paroi de séparation 8 interne au boîtier 2, s’étendant en saillie de la paroi latérale 38 vers le centre du boîtier 2. Cette paroi de séparation 8 est pourvue d’un passage permettant la circulation de fluide d’une enceinte à l’autre. Ainsi, deux enceintes 6 et 7 se succèdent sur le trajet du fluide depuis l’entrée de fluide jusqu’à la sortie de fluide. La première enceinte 6 correspond à un compartiment de chauffe, dédié au chauffage du fluide et la deuxième enceinte 7 correspond au compartiment de circulation, dédié à l’activation de la circulation de fluide.
La première enceinte 6 est délimitée par la paroi inférieure 39 du boîtier et la paroi de séparation 8, interne au boîtier 2, ces parois étant sensiblement perpendiculaires à l'axe longitudinal A du boîtier 2. Une portion de la paroi latérale 38 du boîtier 2 relie la paroi inférieure 39 du boîtier et la paroi de séparation 8, la paroi latérale 38 du boîtier 2 s’étendant par ailleurs au-delà de la paroi de séparation sur la deuxième enceinte 7. Une chambre d’admission 37 se situe dans cette première enceinte 6, entre la buse d’entrée de fluide 4 et un logement 43 dimensionné pour accueillir un module de chauffe électrique 9. Au sein de cette première enceinte 6, on comprend que c’est la chambre d’admission 37 et la buse d’entrée de fluide 4 qui débouche dans cette chambre qui permettent au fluide d’entrer dans le compartiment de chauffe du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1. La chambre d’admission 37 et le logement 43 du module de chauffe électrique 9 sont séparés par une paroi de butée 31. Ainsi, la chambre d’admission 37 est délimitée par la paroi de butée 31 interne au boîtier 2, la paroi inférieure 39 et une portion de la paroi latérale 38 du boîtier 2. Quant à lui, le logement 43 du module de chauffe électrique 9 est délimité par la paroi de butée 31, la paroi de séparation 8, et une portion de la paroi latérale 38 du boîtier 2.
La paroi de butée 31, sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal A du boîtier 2, se trouve sur la surface interne de la première enceinte 6 et s’étend depuis la paroi latérale 38 vers le centre du boîtier 2. Cette paroi de butée 31 sépare la chambre d’admission 37 et le logement 43 du module de chauffe électrique 9. La paroi de butée 31 est pourvue d’un passage permettant la circulation de fluide au sein de la première enceinte 6, de la chambre d’admission 37 vers le module de chauffe électrique 9. Ce même passage est également nécessaire à la mise en place du module de chauffe électrique dans le boîtier 2. Ainsi, paroi de séparation 8 et paroi de butée 31 sont percées en leur centre pour laisser un passage au fluide. La paroi de séparation 8 et la paroi de butée 31, au niveau dudit passage ménagé en leur centre, sont munies chacune respectivement d’une collerette 41, 42. Chaque collerette 41, 42 s’étend transversalement vers le logement 43 du module de chauffe électrique 9 depuis la paroi de séparation 8 et la paroi de butée 31, respectivement : ainsi, la collerette 42 bordant la paroi de butée 31 s’étend dans le sens de circulation de fluide et la collerette 41 bordant la paroi de séparation 8 s’étend à l’opposé du sens de circulation de fluide. Ces collerettes 41, 42 servent elles aussi à la mise en place et au centrage du module de chauffe électrique dans le boîtier 2. Le montage du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1, et en particulier le montage du module de chauffe électrique 9 impliquant les passages ménagés dans la paroi de butée 31, et les collerettes 41, 42, sera décrit plus en détail ci-après.
La première enceinte 6, définissant le compartiment de chauffe, abrite le module de chauffe électrique 9 comme dispositif de chauffage. Ce module de chauffe électrique 9 comporte un noyau chauffant 11 cylindrique et un élément chauffant tubulaire 10 qui s’étend en périphérie du noyau chauffant 11 cylindrique. L’élément chauffant tubulaire 10 est situé à distance du noyau chauffant 11 cylindrique de sorte à laisser entre eux un espace résiduel formant un espace de circulation de fluide 13. L’élément chauffant tubulaire 10 est disposé dans le boîtier 2 entre la paroi de butée 31 et la paroi de séparation 8. Des dispositifs d’étanchéités 26, 34, sont disposés aux extrémités de l’élément chauffant tubulaire 10, le dispositif d’étanchéité 34 étant intégré à la collerette 41 ménagée en bord de la paroi de séparation 8 et le dispositif d’étanchéité 26 étant intégré à la collerette 42 ménagée en bord de la paroi de butée 31. Ces dispositifs d’étanchéité 26, 34, comprimés entre la collerette 41, 42 et l’extrémité de l’élément chauffant tubulaire 10 correspondantes, permettent de garantir que le fluide amené à passer dans l’espace de circulation de fluide 13 ne s’échappe pas entre l’élément chauffant tubulaire et la paroi du boîtier, de sorte qu’il existe pour le fluide au sein de la première enceinte 6 une seule voie de passage. Le noyau chauffant 11 cylindrique comporte un corps 23 cylindrique et une base 24 qui s’étend à une extrémité du corps 23 et qui prolonge perpendiculairement celui-ci. Le noyau chauffant 11 cylindrique est coaxial avec l’élément chauffant tubulaire 10. Le corps 23 du noyau chauffant 11 cylindrique s’étend au travers de la première enceinte 6. Dans l’exemple illustré, le corps 23 traverse l’ensemble du compartiment de chauffe, c’est à dire à la fois la chambre d’admission 37 et le logement 43 du module de chauffe électrique 9. Tel que cela a pu être précisé précédemment, l’espace résiduel entre le noyau chauffant 11 cylindrique et l’élément chauffant tubulaire 10 en sa périphérie permet de définir l’espace de circulation de fluide 13, tubulaire.
L’élément chauffant tubulaire 10 prend appui sur la paroi de séparation 8. Le noyau chauffant 11 cylindrique traverse une ouverture de la paroi 3 du boîtier, sa base 24 s’étendant à l’extérieur du boîtier 2 et formant appui contre la paroi inférieure 39 du boîtier et un dispositif d’étanchéité 27. La base 24 permet d’assembler le noyau chauffant 11 cylindrique à la première enceinte 6 du boîtier 2 contenant par ailleurs l’élément chauffant tubulaire 10. Cette base 24 et le boîtier 2 sont solidarisés par exemple par collage, soudure ou vissage au niveau de la paroi 3 du boîtier, comprimant ainsi le dispositif d’étanchéité 27. La base 24 est reliée par des connecteurs électriques et par des fils électriques 14 à une unité de commande 15. Les connecteurs électriques de la base 24 étant à l’extérieur du boîtier 2, les fils électriques 14 ne traversent pas la paroi 3 du boîtier pour être reliés à l’unité de commande 15. Par ailleurs, l’élément chauffant tubulaire 10 est relié par des connecteurs électriques et par des fils électriques 28 à l’unité de commande 15. L’élément chauffant tubulaire 10 et ces connecteurs électriques étant internes au boîtier 2, les fils électriques 28 sont amenés à traverser la paroi 3 du boîtier pour rejoindre l’unité de commande 15. Ainsi, une ouverture doit être ménagée pour permettre leur passage, ouverture devant être refermée afin de garantir l’étanchéité du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1. Ici, les fils électriques 28 traversent plus spécifiquement la paroi latérale 38 du boîtier 2.
La deuxième enceinte 7 est quant à elle délimitée par la paroi de séparation 8 d’une part et par la paroi supérieure 40 du boîtier 2 d’autre part, ces parois étant sensiblement perpendiculaires à l’axe longitudinal A du boîtier 2. La paroi de séparation 8 et la paroi supérieure 40 sont reliées par une portion de la paroi latérale 38 qui participe ici à délimiter la deuxième enceinte 7. Une ouverture est ménagée dans la paroi supérieure 40 du boîtier 2. Cette ouverture correspond à la buse de sortie de fluide 5 permettant au fluide de déboucher hors du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1.
La deuxième enceinte 7, définissant le compartiment de circulation, est configurée pour loger une pompe de circulation de fluide 17 susceptible d’activer ou d’améliorer la circulation de fluide. Cette pompe de circulation de fluide 17 comporte une hélice 20, induisant la circulation du fluide lorsqu’ actionnée, un moteur d’entrainement 19 d’hélice, permettant d’actionner l’hélice 20 facilitant ainsi la circulation de fluide, et une paroi périphérique 18 disposée notamment autour de l’hélice 20 pour définir le pourtour de la pompe de circulation de fluide 17 et la zone de passage du fluide à travers l’hélice.
De façon particulière, la paroi latérale 38 de la deuxième enceinte 7 peut être confondue avec la paroi de la pompe de circulation de fluide 17, autrement dit avec la paroi périphérique 18 disposée autour de l’hélice 20, tel qu’illustré en figure 1. La deuxième enceinte 7 inclut ainsi l’hélice 20 et le moteur d’entrainement 19 d’hélice, la deuxième enceinte 7 formant elle-même la pompe de circulation de fluide 17.
Le moteur d’entrainement 19 d’hélice est fixé à la paroi supérieure 40 de la deuxième enceinte 7 via des jonctions de montage 32. Ces jonctions de montage 32 du moteur d’entrainement 19 d’hélice, afin de ne pas empêcher la circulation de fluide lors de la mise en œuvre de l’invention, sont disposés de façon adjacente à l’ouverture ménagée dans la paroi supérieure 40, ouverture débouchant sur la buse de sortie de fluide 5. Par exemple, quatre jonctions de montage 32, dont deux sont visibles sur la figure 1, peuvent être agencées de part et d’autre de la buse de sortie de fluide 5 pour la fixation du moteur d’entrainement 19 d’hélice.
Le moteur d’entrainement 19 d’hélice est relié par des connecteurs électriques et par des fils électriques 16 à l’unité de commande 15. Le moteur d’entrainement 19 d’hélice et le ou les connecteurs électriques qu’il porte étant internes au boîtier 2, les fils électriques 16 sont amenés à traverser la paroi 3 du boîtier pour rejoindre l’unité de commande 15. Ainsi, une ouverture doit être ménagée pour permettre leur passage, ouverture devant être refermée afin de garantir l’étanchéité du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1. Ici, les fils électriques 16 traversent plus spécifiquement la paroi supérieure 40 du boîtier 2.
Le boîtier 2 du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 tel que représenté en figure 1 est composé d’une partie inférieure 29 du boîtier 2, comportant une partie de la première enceinte 6 et la buse d’entrée de fluide 4, et d’une partie supérieure 30 du boîtier 2, comprenant l’autre partie de la première enceinte 6, la deuxième enceinte 7 et la buse de sortie de fluide 5. La partie inférieure 29 du boîtier 2 et la partie supérieure 30 du boîtier 2 sont complémentaires au niveau d’une jonction de montage 33 du boîtier 2. Leur assemblage permet de former le boîtier 2 dans son ensemble, par emboîtement, collage, vissage ou tout autre moyen d’assemblage.
Le long du boîtier 2 est disposée l’unité de commande 15, correspondant à un support de circuit électrique tel qu'une carte à circuit imprimé (en anglais PCB pour "Printed Circuit Board"). Dans ce mode de réalisation, l’unité de commande 15 est disposée sur la face externe de la paroi latérale 38 du boîtier 2. Cette unité de commande 15 est connectée aussi bien à chacun des éléments du module de chauffe électrique 9, c’est- à-dire à l’élément chauffant tubulaire 10 et au noyau chauffant 11 cylindrique, qu’à la pompe de circulation de fluide 17. Les jonctions sont faites via des fils électriques 14, 16 et 28 tirés depuis l’unité de commande 15 et reliés à chacun des éléments à piloter par des connecteurs électriques tel que précédemment évoqué, ou bien via d’autres moyens de connexion électriques.
L’unité de commande 15 supporte des composants électroniques ou électriques 21 correspondant notamment à des éléments de contrôle. Dans la configuration telle que présentée figure 1, les éléments de contrôle sont configurés pour piloter à la fois l’élément chauffant tubulaire 10, le noyau chauffant 11 cylindrique et le moteur d’entrainement 19 d’hélice.
L’agencement des éléments constitutifs du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 tel que représenté en figure 1 pourra être mieux compris à la lumière d’un exemple de mise en œuvre du montage dudit dispositif tel qu’il va être décrit par la suite. Une première manipulation consiste à assembler l’élément chauffant tubulaire 10 du module de chauffe électrique 9 à la partie inférieure 29 du boîtier 2. L’élément chauffant tubulaire 10 est insérée dans la partie inférieure 29 du boîtier 2 jusqu’à ce l’élément chauffant tubulaire 10 prenne appui sur le dispositif d’étanchéité 26 logé dans la collerette 42 de la paroi de butée 31 interne au boîtier 2. Le dispositif d’étanchéité 26 est comprimé entre la collerette 42 de la paroi de butée 31 du boîtier 2 et la partie inférieure de l’élément chauffant tubulaire 10.
Avant la mise en place définitive de l’élément chauffant tubulaire 10, on relie le ou les connecteurs solidaires de l’élément chauffant tubulaire 10 aux fils électriques 28, reliés à l’autre extrémité à l’unité de commande 15 et préalablement insérés dans le boîtier 2 par l’ouverture appropriée.
Une seconde manipulation consiste à insérer le moteur d’entrainement de l’hélice 19 associé à son hélice 20 dans la deuxième enceinte 7. Pour ce faire, moteur d’entrainement 19 d’hélice et hélice 20 doivent traverser le passage ménagé dans la paroi de séparation 8. On comprend que les dimensions respectives de l’hélice et du passage ménagé dans la paroi de séparation sont définies pour permettre cette installation : à titre d’exemple, le boîtier 2 a un diamètre interne compris entre 45 et 60 millimètres et l’hélice 20 de la pompe de circulation de fluide 17 a un diamètre externe compris entre 40 et 60 millimètres.
Le moteur d’entrainement 19 d’hélice et l’hélice 20 ainsi logés dans la deuxième enceinte 7 sont fixés à la paroi supérieure 40 de la deuxième enceinte 7 via les jonctions de montage 32 du moteur d’entrainement 19 d’hélice. Il convient de noter que ces jonctions de montage 32 du moteur d’entrainement 19 d’hélice n’empêchent pas la circulation de fluide lors de la mise en œuvre de l’invention.
Avant la mise en place définitive de l’élément chauffant tubulaire 10, on relie le ou les connecteurs solidaires de l’élément chauffant tubulaire 10 aux fils électriques 16, reliés à l’autre extrémité à l’unité de commande 15 et préalablement insérés dans le boîtier 2 par l’ouverture appropriée. La manipulation suivante permet d’associer la partie inférieure 29 du boîtier 2 logeant l’élément chauffant tubulaire 10 du module de chauffe électrique 9, et la partie supérieure 30 du boîtier 2 contenant la pompe de circulation de fluide 17. Partie inférieure 29 et partie supérieure 30 sont mises l’une sur l’autre afin de clore le boîtier 2 au niveau de la jonction de montage 33. La partie supérieure de l’élément chauffant tubulaire 10 prend alors appui sur le dispositif d’étanchéité 34 logé dans la collerette 41 de la paroi de séparation 8 du boîtier 2. Grâce aux collerettes 41 et 42 et aux dispositifs d’étanchéités 34 et 26 attenants, l’élément chauffant tubulaire 10 se voit correctement positionné, avantageusement centré, dans le boîtier 2. Le juste positionnement de l’élément tubulaire 10 est important pour que s’ajuste correctement le noyau chauffant 11 prévu pour y être contenu. L’ajustement parfait de l’élément chauffant tubulaire 10 par rapport au noyau chauffant 11 permet à l’espace de circulation de fluide 13 d’être régulier et de garantir au fluide d’y être réchauffé de façon homogène et progressive, quel que soit son endroit de passage au sein de l’espace de circulation de fluide 13.
Parallèlement, afin de constituer le module de chauffe électrique 9, le noyau chauffant 11 cylindrique est inséré dans le boîtier 2 par une ouverture ménagée à cet effet dans la paroi inférieure 39 du boîtier 2. Le corps 23 du noyau chauffant 11 cylindrique est inséré via cette ouverture, qui est fermée de façon hermétique par la base 24 du noyau chauffant 11 cylindrique et par le dispositif d’étanchéité 27, le noyau chauffant 11 cylindrique étant inséré à l’intérieur du boîtier jusqu’à ce que la base 24 s’appuie sur le dispositif d’étanchéité 27 de la paroi inférieure 39 du boîtier 2. A noter que le diamètre du noyau chauffant 11 cylindrique est sensiblement égal, légèrement inférieure, à celui de l’ouverture ménagée dans la paroi inférieure 39 du boîtier 2, et ce afin de réaliser un centrage du noyau chauffant 11 cylindrique lors de son insertion et donc assurer un positionnement correct par rapport au tube périphérique constitué par l’élément chauffant tubulaire 10.
A titre d’exemple, dans le dispositif de chauffage ainsi assemblé, pour des dimensions prises et considérées par rapport à un même axe longitudinal défini par ledit boîtier 2, le boîtier présente une hauteur dont la valeur est comprise entre 130 et 250 millimètres, avec une pompe de circulation de fluide 17 dont la hauteur a une valeur comprise entre 30 et 40 millimètres et un élément chauffant tubulaire 10 dont la hauteur a une valeur comprise entre 90 et 120 millimètres.
Pour terminer le montage, l’unité de commande 15 est rendue opérationnelle. Positionnée le long de la paroi latérale 38 du boîtier 2, elle permet de ne pas interférer avec la buse d’entrée de fluide 4 ou la buse de sortie de fluide 5, ou avec le module de chauffe électrique 9, tout en faisant partie d’une enveloppe définie par le boîtier 2, dans le contexte d’ensemble compact visé par l’invention. Tel que cela a pu être décrit précédemment, les différents fils électriques 16, 28, 14 permettent de relier respectivement le moteur d’entrainement 19 d’hélice, l’élément chauffant tubulaire 10 et le noyau chauffant 11 cylindrique, à l’unité de commande 15, et cette unité de commande 15 est alors reliée à un réseau d’alimentation électrique externe, et par exemple au réseau d’alimentation du véhicule, afin de rendre le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 fonctionnel. On comprend que dans ce qui précède l’unité de commande 15 est reliée aux différents éléments logés dans le boîtier 2 par des fils électriques 16, 28, 14, mais que l’on pourra sans sortir du contexte de l’invention prévoir tout autre moyen de connexion électrique approprié, dès lors que selon l’invention, une unité de commande commune 15 permet un pilotage de chacun de ces éléments.
On peut préciser ici que l’unité de commande 15, installée le long de l’axe longitudinal A du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1, est positionnée contre la paroi latérale 38 de manière à s’étendre aussi bien sur une portion de la paroi latérale 38 de la première enceinte 6 que sur une portion de la paroi latérale 38 de la deuxième enceinte 7. Ce positionnement permet de réaliser le pilotage de chacun des éléments avec des connexions électriques simplifiées, impliquant une longueur de raccordement électrique minimale. L’unité de commande 15 est alimentée électriquement.
Bien entendu, cet exemple de montage n’est pas limitatif et ne constitue qu’une possibilité quant à l’assemblage des différents éléments constitutifs du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 tel que représenté en figure 1.
Va à présent être décrit le fonctionnement du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1, en se référant notamment à la figure 1 et au trajet fléché du fluide selon le sens de circulation de fluide 12 à travers ce dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1.
Un fluide en circulation, dans un flux ici laminaire, entre dans le boîtier 2 par la buse d’entrée de fluide 4 dont l’axe est perpendiculaire à l’axe longitudinal A du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1. Le fluide pénètre dans la première enceinte 6 via la chambre d’admission 37, avant de passer par le passage ménagé dans la paroi de butée 31 pour atteindre le logement 43 du module de chauffe électrique 9. Ce fluide est alors amené à traverser la première enceinte 6 et son espace de circulation de fluide 13 bordé par l’élément chauffant tubulaire 10 et le noyau chauffant 11 cylindrique, l’espace de circulation de fluide 13 ainsi délimité à l’intérieur du module de chauffe électrique 9 étant l’unique passage possible pour le fluide. Le fluide passe ensuite la paroi de séparation 8 pour déboucher sur la deuxième enceinte 7. Le fluide est alors entraîné par l’hélice 20 de la pompe de circulation de fluide 17 hors du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1, via la buse de sortie de fluide 5. Le fluide circule dans la buse de sortie de fluide 5 en un flux rendu turbulent par son passage dans l’hélice 20. Le fluide ainsi tourbillonnant est plus intéressant pour les échanges thermiques auquel le fluide doit participer en sortie du dispositif.
Selon le mode de réalisation présenté en figure 1, l’axe du module de chauffe électrique 9, l’axe de rotation de l’hélice 20 de la pompe de circulation de fluide 17, et l’axe de la buse de sortie de fluide 5, sont confondus avec l’axe longitudinal A du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1. L’axe de la buse d’entrée de fluide 4 est quant à lui disposé perpendiculairement à l’axe du module de chauffe électrique 9, à l’axe de rotation de l’hélice 20 de la pompe de circulation de fluide 17, et à l’axe de la buse de sortie de fluide 5, et donc à l’axe longitudinal A du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1.
La figure 2 détaille les éléments constitutifs du module de chauffe électrique 9 selon un exemple de réalisation. L’élément chauffant tubulaire 10 et le noyau chauffant 11 cylindrique, qui étaient présentés imbriqués coaxialement dans la figure 1, sont ici dissociés dans une vue en éclaté. La surface externe de l’élément chauffant tubulaire 10 comporte un moyen électrique de chauffe correspondant à des résistances chauffantes disposées sous forme de piste résistive 22. Cette piste résistive 22 constitue un premier moyen de chauffe du module de chauffe électrique 9. La piste résistive 22 comporte des bornes de connexion électriques 35 destinées à être reliées, notamment par les fils électriques 28 à l’unité de commande 15. Ces bornes de connexion électriques 35 sont liées sur l’élément chauffant tubulaire 10 à la piste résistive 22, et à des capteurs de température 36. Ces capteurs de température 36, disposés à la surface externe du module de chauffe électrique 9 peuvent être destinés à mesurer la température de l’élément chauffant tubulaire 10. Ces capteurs de température 36 sont propres au module de chauffe électrique 9, et distincts des capteurs de température évoqués précédemment et disposés au sein des buses d’entrée et de sortie de fluide du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1, pour mesurer les températures du fluide. Il est à noter que l’élément chauffant tubulaire 10 n’est pas directement placé contre la paroi 3 du boîtier, pour ne pas endommager les pistes résistives 22 en surface de l’élément chauffant tubulaire 10.
Le noyau chauffant 11 cylindrique est constitué du corps 23, lui donnant sa forme cylindrique, corps 23 qui est prolongé tel que cela a pu être précisé précédemment par la base 24. Le corps 23 a vocation à être inséré dans l’élément chauffant tubulaire 10 sans entrer en interaction mécanique avec celui-ci. Les diamètres respectifs du noyau chauffant 11 cylindrique et de l’élément chauffant tubulaire 10 en sa périphérie, sont définis en fonction de la largeur que l’on souhaite donner à l’espace de circulation de fluide 13, cette espace de circulation de fluide 13 ayant par conséquent une valeur non nulle.
La base 24, disposant de bornes de connexion électriques destinées à être reliées à l’unité de commande 15, a vocation à permettre au noyau chauffant 11 cylindrique d’être fixé au boîtier 2 du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule 1 selon l’invention. Ici, les bornes de connexion électriques de la base 24 ne sont pas visibles. En sa surface périphérique, le corps 23 du noyau chauffant 11 cylindrique dispose d’un moyen électrique de chauffe. Ce moyen électrique de chauffe peut être une piste résistive 25 protégée du fluide circulant par un film ici non représenté.
La figure 3 précise l’agencement relatif entre l’élément chauffant tubulaire 10 et le noyau chauffant 11 cylindrique du module de chauffe électrique 9. L’élément chauffant tubulaire 10 et le noyau chauffant 11 cylindrique sont concentriques et leurs surfaces, respectivement interne et externe, sont sensiblement équidistantes l’une de l’autre. De la sorte, l’espace entre ces surfaces définit l’espace de circulation de fluide 13 régulier du module de chauffe électrique, espace de valeur non nulle. Le fluide, ainsi guidé, chemine à travers le module de chauffe électrique 9 où il monte en température. En effet, les pistes résistives 22 et 25, disposées respectivement sur l’élément chauffant tubulaire 10 et sur le noyau chauffant 11 cylindrique, permettent de chauffer le noyau chauffant 11 cylindrique et l’élément chauffant tubulaire 10. Le transfert thermique vers le fluide circulant dans l’espace de circulation de fluide 13 se fait depuis les surfaces du module électrique de chauffe 9 en contact avec le fluide. Lesdites surfaces où s’opère le transfert thermique sont la surface externe du noyau chauffant 11 cylindrique et la surface interne de l’élément chauffant tubulaire 10. Les pistes résistives 22 et 25, disposées en surface externe de l’élément chauffant tubulaire 10 et en surface du noyau chauffant 11 cylindrique, ainsi que le film protégeant la piste résistive 25 du noyau chauffant 11 cylindrique, ne sont pas représentés sur cette figure 3.
On comprend à la lecture de ce qui précède que la présente invention propose un dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule configuré pour gagner en compacité, légèreté et améliorant l’efficacité du transfert thermique, par rapport aux modèles existants. Ce dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule, destiné notamment à être intégré à un appareil de chauffage et/ou de climatisation pour véhicule, voit ses dimensions optimisées du fait de l’association de différentes fonctionnalités, mécaniques et électroniques, au sein d’un même boîtier. Le couplage des systèmes de chauffage et de circulation, à savoir le fait de loger une pompe de circulation de fluide et un module de chauffe électrique dans le même boîtier de circulation de fluide, a également pour effet un gain en efficacité du transfert thermique en sortie de boîtier grâce au tourbillon induit par la pompe de circulation de fluide. Suite à l’action d’une hélice de cette pompe, l’échange de chaleur est augmenté du fait des mouvements induits au fluide circulant. L’efficacité du transfert d’énergie s’en voit augmentée par rapport aux dispositifs de chauffage d’un fluide de l’art antérieur n’intégrant pas de pompe de circulation de fluide. L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison technique opérant de tels moyens. En particulier, la forme du dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule peut être modifiée sans nuire à l’invention, dans la mesure où le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule, in fine, remplit les mêmes fonctionnalités que celles décrites dans ce document.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1), comprenant un boîtier (2) contenant au moins un module de chauffe électrique (9) caractérisé en ce que le dispositif de chauffage et de circulation de fluide pour véhicule (1) comprend au moins une pompe de circulation de fluide (17) logée dans ledit boîtier (2).
2. Dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) selon la revendication 1, dans lequel la pompe de circulation de fluide (17) comprend au moins une hélice (20), un moteur d’entrainement (19) d’hélice et une paroi périphérique (18) à l’hélice (20), la paroi périphérique (18) à l’hélice (20) étant une paroi (3) du boîtier.
3. Dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) selon l’une des revendication 1 ou 2, dans lequel le boîtier (2) délimite une première enceinte (6) qui loge le module de chauffe électrique (9) et une deuxième enceinte (7) qui loge la pompe de circulation de fluide (17), la première et la deuxième enceinte (6, 7) étant séparées par une paroi de séparation (8).
4. Dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le module de chauffe électrique (9) comprend au moins un noyau chauffant (11) et un élément chauffant (10).
5. Dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) selon la revendication précédente, dans lequel le noyau chauffant (10) est cylindrique et l’élément chauffant (10) forme un tube en périphérie du noyau chauffant (11).
6. Dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 2, dans lequel le module de chauffe électrique (9) s’étend selon un axe longitudinal, l’hélice (20) présentant un axe de rotation qui est parallèle à l’axe du module de chauffe électrique (9).
7. Dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pompe de circulation de fluide (17) est disposée en aval du module de chauffe électrique (9) par rapport au sens de circulation de fluide (12).
8. Dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) comprend une unité de commande (15) du module de chauffe électrique (9).
9. Dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’unité de commande (15) du module de chauffe électrique (9) pilote la pompe de circulation de fluide (17).
10. Appareil de chauffage et/ou de climatisation pour véhicule caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif de chauffage et de circulation d’un fluide pour véhicule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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Citations (4)

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