Brevet FR2434723A1 — publié le 19800328

Invention concerne une installation de chauffage à air chaud, pour habitacles de véhicules automobiles, comprenant un échangeur de chaleur qui est traversé, d'une part, par un circuit auxiliaire de liquide monté en dérivation sur le circuit principal du liquide refroidissant le moteur du véhicule et, d'autre part, par un circuit d'air de chauffage équipé d'un ventilateur et débouchant dans l'habitacle, le circuit principal de liquide étant équipé d'une pompe de circulation et le circuit auxiliaire de liquide comprenant une vanne qui est placée en amont de ltéchangeur de chaleur et qui est commandée par des moyens automatiques, sensibles aux températures mesurées en deux endroits différents et ajustables par l'usager du véhicule, pour régler la température du liquide dans ce circuit auxiliaire en fonction des températures mesur4es. Par "véhicules automobiles", on entend non seulement les automobiles proprement dites, mais encore les camions, cars, engins de travaux publics, tracteurs agricoles et semblables. Une installation, telle que définie en préambule, est décrite par exemple dans le brevet français 1.580.833. Dans ce cas, la susdite vanne étrangle plus ou moins le circuit auxiliaire pour y faire varier uniquement le débit du liquide chaud prélev sur le circuit principal et les moyens automatiques évaluent la tem pérature b l'extérieur du véhicule et la température dans le circuit d'air de chauffage en aval de l'échangeur de chaleur, avec intervention d'au moins un troisième paramètre constitué par la vitesse å l'intérieur du circuit d'air de chauffage.De plus, le débit est réglé par la section de passage du robinet, mais la pression de la pompe & eau du circuit principal varie d'une ma nière importante en fonction de la vitesse du moteur ; donc, pour une même section de passage du robinet, le débit peut varier en fonction de la vitesse du moteur et les systèmes thermostatiques enregistreront avec beaucoup de retard ces variations de débit. L'invention a pour but de simplifier les installations connues en n'y faisant intervenir que la mesure de deux températures. Pour atteindre ce but, l'installation conforme à l'invention est essentiellement caractérisée en ce qu'une canalisation de retour, munie d'une pompe auxiliaire, relie l'aval de l'échangeur de chaleur à son amont, en court-circuitant le circuit principal de liquide ; en ce que la vanne est une vanne mélangeuse qui comprend, dans un corps fixe définissant une chambre de mélange, une arrivée de liquide chaud en provenance du circuit principal, un départ de liquide tiède vers l'échangeur de chaleur, une arrivée de liquide froid provenant de la canalisation de retour et un organe obturateur mobile qui est commandé par un premier organe thermostatique sensible à la température du liquide tiède de façon d ouvrir d'autant plus l'arrivée de liquide froid vers la chambre de mélange que la température enregistrée par cet organe thermostatique est plus élevée ; et en ce qu'un deuxième organe thermostatique, sensible & la température de l'habitacle, agit sur le premier organe thermostatique de façon à décaler sa plage d'action en fonction de cette dernière température. C'est pour simplifier la description qu'on désigne ici par 11liquide chaud le liquide en provenance du circuit principal, par "liquide froid" le liquide prélevé à la sortie de l'échangeur de chaleur par la canalisation de retour et par '1liquide tiède" le mélange de liquide chaud et de liquide froid qui se fait dans la vanne mélangeuse pour être envoyé à la température voulue dans l'échangeur de chaleur. Comme d'habitude, le liquide de refroidissement est généralement constitué par de l'eau, éventuellement additionnée d'antigel. De toute façon, l'installation conforme à l'invention est de constitution simple puisqu'elle n'a besoin d'évaluer que les températures en deux points différents. De plus, cette installation est insensible aux variations de débit puisqu'on régule la température de l'eau traversant la vanne mélangeuse quel que soit le débit. L'invention va être maintenant décrite plus en détail à l'aide de ceux de ses modes de réalisation qui sont représentés aux dessins annexés. La figure 1 de ces dessins représente schématiquement l'ensemble d'une installation de chauffage & air chaud conforme à l'invention. La figure 2 montre en coupe, à plus grande échelle, la vanne mélangeuse faisant partie de l'installation de la figure 1. Les figures 3 et 4 montrent chacune une variante de la vanne mélangeuse de la figure 2. Telle qu'elle est représentée à la figure 1, linstal- lation de chauffage à air chaud comprend un échangeur de chaleur 1 qui est traversé, d'une part, par un circuit auxiliaire de liquide constitué par des canalisations en série 2, 3, 4 et7 d'autre part, par un circuit d'air de chauffage 5. Le circuit auxiliaire 2, 3, 4 est monté en dérivation sur le circuit principal 6, 7 du liquide refroidissant le moteur 8 du véhicule. Ce circuit principal comprend une canalisation 6 qui dirige vers un radiateur 9 le liquide de refroidissement s'étant échauffé dans le moteur 8 et une canalisation 7 qui est munie d'une pompe de circulation 10 et qui ramène au moteur 8 le liquide dont la température s'est abaissée dans le radiateur 9.Le circuit auxiliaire de liquide comprend une vanne il qui est placée en amont de l'échangeur de chaleur 1, la canalisation 2 de ce circuit auxiliaire reliant la canalisation 6 du circuit principal à la vanne Il et la canalisation 3 reliant cette vanne Il b l'échangeur de chaleur 1, tandis que la canalisation 4 relie cet échangeur 1 à la canalisation 7, en amont de la pompe 10. Le circuit d'air de chauffage est équipé d'un ventilateur 12 et débouche par au moins un orifice 13 dans l'habitacle 14 du véhicule. Ainsi qu'il sera expliqué en détail ci-après, la vanne Il est commandée par des moyens automatiques, sensibles aux températures mesurées en deux endroits différents et ajustables par l'usager du véhicule, pour régler la température du liquide tiède en fonction de ces températures. Un by-pass 15, commandé par une vanne thermostatique, est disposé entre les canalisations 6 et 7 du circuit principal pour court-circuiter le radiateur 9 lorsque la température de l'eau dans le circuit principal est inférieure à un seuil donné. Cette vanne thermostatique peut être placée comme indiqué en trait plein en 16 sur la canalisation 6 ou comme indiqué en trait mixte en 16a sur la canalisation 7, les avantages de cette deuxième solution étant exposés ci-après. Cela étant, conformément à l'invention, une canalisation de retour du liquide 17, munie d'une pompe auxiliaire 18, relie l'aval de l'échangeur 1, en général par l'intermédiaire d'une partie de la- canalisation 4, d son amont, en court-circuitant le circuit principal de liquide 6, 7. De plus, la vanne Il est une vanne mélangeuse qui comprend (voir la figure 2), dans un corps fixe 19 définissant une chambre de mélange 20, une arrivée 21 de liquide chaud arrivant du circuit principal par la canalisation 2, un départ 22 de liquide tiède relié à l'échangeur de chaleur Il par la canalisation 3, une arrivée 23 de liquide froid provenant de la canalisation de retour 17 et un organe obturateur mobile ou tiroir 24.Ce tiroir est commandé par un premier organe thermostatique 25 placé dans la chambre de mélange 20 et par conséquent sensible à la température du liquide tiède de façon & ouvrir d'autant plus l'arrivée de liquide froid vers la chambre -de mélange 20 que la température enregistrée par cet organe thermostatique 25 est plus élevée. Un deuxième organe thermostatique 26, logé dans l'habitacle 14 de façon à être sensible à la température de celui-ci, agit sur le premier organe thermostatique 25 de façon à décaler sa plage d'action en fonction de cette dernière température. La vanne il est placée dans le compartiment moteur -27. Ainsi qu'il est représenté schématiquement à la figure 2, les deux organes thermostatiques 25 et 26 sont avantageusement des éléments dilatables à cire, de type connu. Les arrivdes 21 et 23 et le départ 22 sont des orifices que possède le corps 19 et qui sont munis de moyens de fixation classiques, notamment de filetages extérieurs ou intérieurs, permettant de les relier respectivement aux canalisations 2, 17 et 3. Selon une solution avantageuse, le tiroir 24 est agencé de façon à augmenter la section d'arrivée a de l'eau chaude dans la chambre 20 en diminuant la section d'arrivée b de l'eau froide et vice-versa. A cet effet, le tiroir 24 est constitué par un élément tubulaire qui peut coulisser entre deux sièges transversaux 28 et 29, la section a étant limitée par l'une des extrémités axiales du tiroir 24 et par le siège 28 et la section b par l'autre extrémité axiale du tiroir 24 et par le siège 29, les arrivées 21 et 23 étant situées à l'extérieur du tiroir 24 (en direction radiale). Le tiroir ou élément tubulaire 24 est relié à l'une des extrémités de l'organe thermostatique 25 par une liaison mécanique susceptible de céder élastiquement dans le sens de la dilatation de cet organe 25-.Une telle liaison peut etre constituée par un manchon 30, solidaire de la susdite extrémité de l'organe 25, et par une vis 31 fixée au tiroir 24 par l'intermédiaire de rayons 32 et coopérant par butée avec le manchon 30 par l'intermédiaire d'épaulements 30a et 31a, ainsi que par un ressort 33 tendant à mettre en butée l'épaulement 30a du manchon 30 avec l'épaulement 31a de la vis 31. Le deuxième organe thermostatique 26 est fixé sur un support 34 mobile, grâce à un filetage 35, par rapport au corps 11. Ce support 34 est entrainé en rotation par un volant de réglage 36 dont il est rendu solidaire par des cannelures 37. Selon le mode de réalisation de la figure 2, l'organe thermostatique 26 agit par poussée sur l'organe thermostatique 25 par l'intermédiaire dtune tige 38, un ressort 39 servant à rappeler le tiroir 24, l'organe thermostatique 25 et la tige 38 vers l'organe thermostatique 26. Selon la variante de la figure 3, la tige de liaison 38 est remplacée par une transmission hydraulique à soufflet émetteur 40, soufflet récepteur 41 et tube de liaison 42. Selon la variante de la figure 4, la tige de liaison 38 est remplacée par une transmission à câble 43 sous gaine 44 etiressorts de rappel 45 et 46. Ces deux variantes ont pour avantage de faciliter le logement mutuel de la vanne Il dans le compartiment moteur 27 et de l'organe thermostatique 26 dans l'habitacle 14 avec le volant 36 d portée commode du conducteur. Ainsi qu'il ressort de la figure 1, ltinstallation est avantageusement complétée par un clapet anti-retour 47 monté sur la canalisation 4, en aval du départ de la canalisation de retour 17. On obtient ainsi une installation de chauffage dont le fonctionnement va être décrit ci-après. Pour faciliter la compréhension de ce fonctionnement, les sens de circulation du liquide sont indiqués par des flèches aux figures t et 2. L'organe thermostatique 25 palpe la température de l'eau mélangée et positionne le tiroir 24 de telle sorte que la section de passage a de l'eau chaude et celle b de l'eau froide permettent d'obtenir une température d'eau mélangée ou 'ttièden satisfaisante. Faire varier le point de consigne de l'eau mélangée consiste à déplacer le point d'appui du piston de l'organe thermostatique 25. Du côté de l'habitacle 14, le deuxième organe thermostatique 26 fonctionnant dans la gamme des températures ambiantes, 15-250C par exemple, palpe la température ambiante et modifie le point de consigne de la température d'eau mélangée de la vanne mélangeuse 11, si nécessaire, par l'intermédiaire de la tige de commande 38 (figure 2) ou de transmissions équivalentes (figures 3 et 4). Le vissage du volant 36 rapproche l'organe thermostatique 26 et a tendance à fermer la section a de I'eau.chaude de la vanne mélangeuse 11. Il y a diminution de la température du point de consigne de la température d'eau mélangée, donc diminution de la température de l'habitacle 14. Au contraire, le dévissage du volant 36 a tendance d fermer la section b de l'eau froide sur la vanne mélangeuse 11 ; il y a donc augmentation de la température de l'habitacle 14. I1 est gravé sur le volant 36 des repères indiquant la température de régulation de i'habitacle 14. Le repère de la température choisie sera placé devant un repère fixe réalisé sur le corps de l'appareil, par rotation du volant 36. Le ressort 39 sert de ressort principal de rappel pour les deux organes thermostatiques 25, 26 et le ressort 33 sert à absorber une éventuelle surcourse d'un des deux organes thermostatiques 25, 26, alors que le tiroir 24 serait en butée dans la position de fermeture de l'eau chaude (a = 0). L'eau du circuit de refroidissement est entrainée par la pompe à eau 10, entre dans le bas du moteur 8, ressort du moteur 8 par la culasse, traverse la vanne thermostatique 16 ou 16a, revient en partie par le by-pass 15 au moteur 8 ou se dirige en partie vers le radiateur de refroidissement 9. En cas de nécessité de chauffage, on ouvre un robinet manuel 48 de mise en route du chauffage. Une partie de l'eau sortant de la culasse du moteur 8, que nous appelons "eau chaude", est dérive en direction du circuit de chauffage, et entre dans la vanne mélangeuse 11. Mélangée à de l'eau froide, elle ressort de la vanne mélangeuse Il en direction de l'échangeur 1. Le ventilateur de chauffage 12 fait traverser ltéchangeur 11 à de l'air qui s'échauffe et va en direction de l'habitacle 14. L'eau qui sort de l'échangeur 1 retourne à l'entrée du moteur 8. Pour qu'une partie de cette eau, que nous appelons "froide" parce que sa température s'est abaissée dans l'échangeur 1, remonte en direction de l'arrivée d'eau froide 23 de la vanne mélangeuse 11, la petite pompe aspirante-refoulante auxiliaire 18 est installée entre la sortie de l'échangeur 1 et la vanne mélangeuse 11. La puissance de cette pompe 18 doit, dans tous les cas, être inférieure à celle de la pompe principale 10 du moteur 8 mais, pour plus de sécurité, on peut placer le clapet antiretour 47 avant le retour sur la pompe à eau 10 du moteur 8. La vanne mélangeuse Il diminue automatiquement la température de l'eau froide jusqu'au niveau convenable en fermant totalement la section d'arrivée a d'eau chaude. Il a été indiqué ci-dessus que la vanne thermostatique du circuit principal peut être placée en 16a au point de jonction du by-pass 15 et de la canalisation 7 de retour du circuit de chauffage. Cette position a l'avantage de réguler la température de l'eau qui entre dans le moteur 8 et d'éviter d'éventuelles perturbations dues d une température de retour du circuit de chauffage trop basse. REVENDICATIONS 1 - Installation de chauffage à air chaud, pour habitacles de véhicules automobiles, comprenant un échangeur de chaleur qui est traversé, d'une part, par un circuit auxiliaire de liquide monté en dérivatîon sur le circuit principal du liquide refroidissant le moteur du véhicule et, d'autre part, par un -circuit d'air de chauffage équipé d'un ventilateur et débouchant dans l'habitacle, le circuit principal de liquide étant équipé d'une pompe de circulation et le circuit auxi-liaire de liquide comprenant une vanne qui est placée en amont de l'échangeur de chaleur et qui est commandée par des moyens automatiques, sensibles aux températures mesurées en deux endroits différents et ajustables par l'usager du véhicule, pour régler la température du liquide dans ce circuit auxiliaire en fonction des températures mesurées, caractérisée en ce qu'une canalisation de retour, munie d'une pompe auxiliaire, relie l'aval de l'échangeur de chaleur d son amont, en court-circuitant le circuit principal de liquide ; en ce que la vanne est une vanne mélangeuse qui comprend, dans un corps fixe définissant une chambre de mélange, une arrivée de liquide chaud en provenance du circuit principal, un départ de liquide tiède vers l'échangeur de chaleur, une arrivée de liquide froid provenant de la canalisation de retour et un organe obturateur mobile qui est commandé par un premier organe thermostatique sensible à la température du liquide tiède de façon d ouvrir d'autant plus l'arrivée de liquide froid vers la chambre de mélange que la température enregistrée par cet organe thermostatique est plus élevée ; et en ce qu'un deuxième organe thermostatique, sensible à la température de l'habitacle, agit sur le premier organe thermostatique de façon à décaler sa plage d'action en fonction de cette dernière température. 2 - Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux organes thermostatiques sont des éléments dilatables à cire. 3 - Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'-organe obturateur mobile ést constitué par un tiroir agencé de façon & augmenter la section d'arrivée de l'eau chaude dans la chambre de mélange en diminuant la section d'arrivée de l'eau froide dans cette chambre et vice versa. 4 - Installation de chauffage selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le tiroir a la forme d'un élément tubulaire qui peut coulisser entre deux sieges transversaux. 5 - Installation de chauffage selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que le tiroir ou élément tubulaire est relié i l'une des extrémités du premier organe thermostatique par une liaison mécanique susceptible de céder élastiquement dans le sens de la dilatation de cet organe. 6 - Installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le deuxième organe thermostatique est fixé sur un support mobile, grâce & un filetage, par rapport au corps et porte un volant de réglage gradué. 7 - Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe auxiliaire de la canalisation de retour a une puissance inférieure à celle de la pompe de circulation du circuit principal. 8 - Installation de chauffage selon la revendication 7, caractérisée en ce que le circuit auxiliaire de liquide comprend un clapet anti-retour en aval de sa jonction avec la canalisation de retour.