Brevet FR2443346A1 — publié le 19800704

La présente invention est relative à un dispositif pour obtenir rapidement une température désirée en un point d'un véhicule automobile après une période d'arrêt de celui-ci. Cet objectif est fréquemment recherché. Par exemple, il est souhaitable de faire chauffer rapidement le moteur lors du démarrage à froid, notamment pour diminuer l'émis- sion d'imbrtlés polluant l1échappement. Par ailleurs, les systèmes de climatisation des véhicules demandent plusieurs minutes avant de fournir de l'air chaud ou de l'air froid dans l'habitacle. L'invention a pour but de fournir un dispositif qui permette d'obtenir la température désirée très rapidement lors du démarrage à froid du véhicule. A cet effet, le dispositif suivant l'invention comprend une capacité de fluide thermiquement isOlante dont la sortie est reliée audit point , des moyens permettant de retenir temporairement le fluide dans cette capacité, des moyens pour déplacer ce fluide vers ledit point, et des moyens pour faire varier la température du fluide contenu dans la capacité dans le sens de la température désirée sous l'effet du fonctionnement du moteur. Ainsi, le fonctionnement du moteur provoque la montee ou l'abaissement de la température du fluide se trouvant dans la capacité, suivant l'effet désiré. Lorsque le vehicule n'est pas utilisé, le fluide est retenu dans la capacité et y est à peu près maintenu à la température atteinte pendant le fonctionnement du moteur, et ce fluide est disponible à tout moment, notamment lors d'un nouveau démarrage du moteur, pour être envoyé vers ledit point. Dans une première application, limitée aux véhicules à refroidissement par eau, la capacité est interca lée dans le circuit d'eau de refroidissement du moteur, le moteur constituant ledit point du véhicule. On améliore ainsi considérablement les conditions de démarrage à froid. Pour obtenir une climatisation quasi-instantanée de l'habitacle après une période d'arrêt du véhicule, on peut intercaler la capacité dans un circuit d'eau de chauffage du véhicule. Ce circuit peut comporter un compresseur de réfrigération -accélerateur pouvant être entrainé par lelrteur du véhicule,et éventuellement, si le refroidissement de celui-ci se fait par eau, une vanne à tiroir pour fermer ce circuit sur le compresseur-accélérateur ou le relier au circuit de refroidissement du véhicule. L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un dispositif tel que défini cidessus, la capacité étant disposée dans l'habitacle ou en un emplacement directement adjacent à cet habitacle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'#xmple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. I est une vue schématique d'undispositkde chauffage de véhicule conforme à l'invention; la Fig. 2 est une vue en coupe d'une variante d'accumulateur de chaleur pouvant etre utilisé dans le dispositif de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue partielle en plan de l'accumulateur de chaleur de la Fig. 2; la Fig. 4 est une vue schématique d'undispositifde climatisation de véhicule conforme à l'invention. Sur la Fig. 1, les reférences 1 et 2 désignent respectivement les conduits classiques d'amenée et de retour de l'eau de chauffage d'un véhicule automobile refroidi par eau. Suivant la pratique habituelle, à cette eau peut être ajouté un produit approprié tel qu'un antigel ou un produit dit "quatre saisons". Le conduit 1 est muni d'un robinet 3 de réglage de débit et est alimenté par une pompe classique; le conduit 2 part d'un échangeur de chaleur 4 combiné à un ventilateur 4a entrainé par un moteur électrique (non représenté) et à des gaines (non représentées) de soufflage d'air chaud à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Entre le robinet 3 et l'échangeur 4 est monté un accumulateur de chaleur 5 constitué par une bouteille isolante à double paroi d'une capacité comprise par exemple entre 5 et 10 litres. Cette bouteille comprend un tuyau d'entrée 6 en cacoutchouc et un tuyau de sortie 7 également en caoutchouc. A l'extrémité de chacun de ces tuyaux est monté un clapet anti-retour 8,9 respectivement. Ces clapets peuvent être des clapets à billes et sont de préférence réalisés en une matière thermiquement isolante, par exemple en matière plastique. L'entrée du clapet 8 est reliée au robinet 3, tandis que la sortie du clapet 9 est reliée à l'entrée d'eau de l'échangeur 4 par l'inter médiaire d'un conduit 10. Dans ce dernier est intercalée une pompe 11 à commande électrique. Facultativement, l'accumulateur de chaleur 5 peut être équipé d'un thermomètre 12 et d'un thermostat 13 commandant un organe réchauffeur 14 de la façon suivante: une borne du thermostat 13 est reliée au réchauffeur 14 par l'intermédiaire d'un relais 15 normalement ouvert, et son autre borne est reliée, avec interposition d'un fusile 16, à la borne positive d'une batterie 17 de faible puissance (par exemple X, 12 ou 24 V et 10 à 12 A). La batterie 17, comme la batterie principale 18 du véhicule, est chargée par l'alternateur 19 de ce véhicule, à travers une diode 20, lorsque le moteur tourne. L'accumulateur de chaleur 5 comporte également un purgeur 21 à sa partie supérieure et un orifice de vidange 22 à sa partie inférieure. Le fonctionnement du circuit de chauffage ainsi décrit est le suivant . On fera tout d'abord abstraction du circuit électrique 13 à 17 de réchauffage. Lorsque le moteur du véhicule tourne et que le robinet 3 est ouvert, une partie de l'eau de refroidissement du moteur, qui se trouve à une température d'environ 8Q à sao, passe dans le conduit 1. Elle remplit l'accumulateur 5 en traversant le clapet 8, puis sort de celuici à travers le clapet 9 et la pompe 11 (qui est arrêtée), circule dans l'échangeur 4 et retourne au moteur par le conduit 2. Pour chauffer l'habitacle, on ouvre les gaines de soufflage, et on met éventuellement en marche le ventilateur 4a pour accélérer le débit d'air chaud. Lorsque le moteur est arrêté, une quantité relativement importante d'eau est bloquée dans l'accumulateur de chaleur 5 par les clapets 8 et 9. Alors que l'eau contenue dans les conduits 1, 10 et 2 se refroidit rapidement, celle retenue dans cet accumulateur de chaleur conserve pratiquement sa température grâce au caractère thermiquement isolant de celui-ci. Lorsque l'on utilise de nouveau le véhicule, par exemple après une nuit d'arrêt, la température de l'eau retenue, indiquée par le thermomètre 12, a perdu quelques degrés mais est encore élevée. Dès la mise en marche du moteur, le robinet 3 étant ouvert, de l'eau froide entre dans l'accumulateur 5 et fait ressortir de celui-ci de l'eau chaude. De i'eau chaude traverse donc quasi-instan tapement l'échangeur 4, de sorte que si l'on met en marche le ventilateur 5, de l'air chaud est envoyé très rapidement dans l'habitacle du véhicule. Le circuit de réchauffage, lorsqu'il existe, permet de garantir l'obtention de cet effet même après un arrêt prolongé du véhicule et/ou si la température extérieure est très basse : on affiche au thermostat 13 la tempéra- ture minimale T désirée de l'eau retenue dans l'accumulateur 5. Dès que la température de l'eau descend au-dessous de T, le relais 15 est excité et l'organe 14 alimenté en courant électrique. L'eau se réchauffe, et le relais 15 est désexcité par le thermostat dès que la température T est de nouveau dépassée. Comme l'accumulateur de chaleur est thermiquement isolant, ce maintien en température ne nécessite que peu d'énergie électrique. De plus, même si la batterie 17 venait à s'épuiser, ceci n'aurait aucune incidence fâcheu- se sur le fonctionnement du véhicule, puisque cette batterie est indépendante de la batterie principale 18. Lorsque le moteur est à l'arrêt mais que l'on souhaite maintenir une certaine température dans l'habitacle du véhicule, par exemple lorsqu'un passager doit attendre un certain temps en stationnement, on peut mettre en marche la pompe auxiliaire 11; de l'eau chaude continue alors à traverser l'échangeur 4, ce qui permet au ventilateur 4a d'envoyer de l'air chaud dans l'habitacle malgré l'arrêt du moteur. Bien entendu, il est préférable, pour diminuer les déperditions de chaleur, que l'accumulateur de chaleur soit disposé dans l'habitacle du véhicule. On peut par exemple l'installer dans les longerons de bas de porte ou, pour plus de sécurité en cas d'accident, sous un siège. On peut encore le loger dans l'épaisseur du tapis de sol, pourvu que sa forme s'y prête. Les Fig. 2 et 3 montrent un accumulateur de chaleur 5a particulièrement bien adapté à cette implantation. L accumulateur 5a ,de forme générale en plan rectangulaire, comprend un serpentin en cuivre constitué de deux petits tubes parallèles 23 et d'une série de longs tubes 24 transversaux aux premiers et communiquant à leurs deux extrémités avec les petits tubes 23. Un grand tube 25 d'extrémité est interrompu en son milieu pour son raccordement aux clapets 8 et 9. Une plaque de cuivre rectangulaire 26, relativement étroite, est soudée sur l'ensemble des tubes 24 en leur milieu. L'ensemble thermiquement conducteur 23 à 26 est noyé dans une masse parallélépipédique 27 constituée d'une matière réfractaire capable d'emmagasiner de la chaleur, par exemple d'un mélange de sable de Fontainebleau, d'un ciment réfractaire et d'eau. La masse 27 est elle-même contenue dans une enveloppe 28 thermiquement isolante. L'accumulateur de chaleur 5a ainsi constitué, pour une capacité d'environ 8 litres d'eau, peut s'étendre sur la majeure partie de la largeur d'une automobile, devant le siège avant, et n'avoir que quelques centimètres d'épaisseur de façon à être incorporé dans le tapis de sol. Un évidement 29 est ménagé dans la masse 27 audessus d'une partie de la plaque 26, et l'enveloppe 28 est munie au droit de cet évidement d'une trappe étanche 3Q à poignée extérieure 31 accessible de l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Lorsque le moteur est à l'arrêt, si on ouvre la trappe 30, l'habitacle est réchauffé par les calories perdues par l'accumulateur 5a par l'evide- ment 29. La plaque 26 sert à conduire la chaleur jusqu'à cet endroit à partir de tous les tubes 24. Ce réchauffement à l'arrêt peut remplacer celui obtenu par la pompe 11 ou s'y superposer. I1 est important de remarquer que lorsque le moteur démarre à froid, grâce à l'accumulateur de chaleur 5 ou 5a, il reçoit presque instantanément de l'eau chaude par le conduit 2. Le starter peut donc être repoussé immédiatement après le démarrage, et l'émission d'hydrocarbures imbrûlés polluants à l'échappement est considérablement réduite. Cet effet ser-aitegalementobtena si un accumulateur de chaleur tel que 5 ou 5a était intercalé en n'importe quel point du circuit d'eau de refroidissement du moteur. On peut améliorer le fonctionnement du circuit de la Fig. 1 en faisant passer dans l'accumulateur de chaleur 5 ou 5a un serpentin relié au circuit d'huile du moteur du véhicule et muni de clapets anti-retour à l'entrée et à la sortie de cet accumulateur. En effet, l'huile atteint une température de 100 à#llO0C. Ce serpentin d'huile pourrait par exemple être enroulé en hélice autour des tubes 23, 24 et 25 de 1'accuraulateur 5a. Lors du démarrage à froid du moteur,non seulement l'eau passant dans l'échangeur 4 est plus chaude, mais encore la température de l'huile circulant dans le moteur augmente plus rapidement, ce qui est très favorable. De même, en variante, ce pourrait être l'huile du moteur et non l'eau de refroidissement de ce moteur qui circule dans le circuit de la Fig. 1. L'utilisation d'un serpentin d'huile dans l'accumulateur de chaleur 5 ou 5a permet encore d'envisager pour le chauffage de l'habitacle un circuit d'eau fermé obtenu en réunissant sur la Fig. 1 les extrémités de gauche des conduits 1 et 2. Cette solution conviendrait tout particulièrement aux véhicules refroidis par air. Dans ce cas, l'huile chauffe l'eau de l'accélérateur de chaleur pendant le fonctionnement du moteur, et c'est la pompe 11, alors indispensable, qui permet d'amener quasi-instantanément l'eau ainsi chauffée à l'échangeur 4 lorsqu'on pénètre dans le véhicule. Le circuit de la Fig. 4 est destiné à permettre d'obtenir quasi-instantanement dans l'habitacle, lors de la mise en marche du moteur, soit de l'air chaud, soit de l'air froid. On retrouve le circuit de base de la Fig. i : les conduits d'arrivez 1 et de retour 2, le robinet 3, l'échangeur de chaleur 4 à ventilateur 4a l'accumulateur de chaleur 5 avec son entrée 6 à clapet 8 et sa sortie 7 à clapet 9, et le conduit 10 muni de la pompe 11. Comme précédemment, l1acc#r#ulateur 5 peut être pourvu d'un dispositif de réchauffage 13 à 17 (non représenté). I1 est également prévu une vanne à tiroir 32 comportant trois entrées et trois sorties: d'un côté, une entrée 33 reliée au conduit 1, voisine d'une sortie 34 d'ot part un conduit la, et deux sorties voisines 35 et 36 reliées respectivement au conduit 2 et à un conduit 2a rejoignant le conduit la en un point A. De l'autre côté, la vanne 32 possède deux entrées voisines 37, 38 situées respectivement en face des sorties 35 et 36 et reliées respectivement à des conduits 2b et 2c qui se rejoignent en un point B relié lui-même par un conduit 2d à la sortie de l'échangeur 4. Le tiroir de la vanne 32 comporte un conduit 39 en U et deux conduits 40, 41 rectilignes. Dans une première position, basse, de ce tiroir , qui est une position "air chaud pour des raisons exposées plus loin et qui est représentée en traits pleins à la Fig. 4, le conduit 39 fait communiquer les conduits 1 et la et le conduit 40 fait communiquer les conduits 2b et 2, tandis que les conduits 2b et 2a sont isolés l'un de l'autre. Dans l'autre position, haute, de ce tiroir (position "air froid"), la communication entreUles conduits 1 et la est interrompue ainsi que celle entre les conduits 2b et 2, mais le conduit 2c est mis en communication avec le conduit 2a. circuit fermé la (à partir du point A)-5-10-4-2d-2c-2a est ainsi défini. Le conduit la, au-delà du point A, est relié au clapet 8 par l'intermédiaire d'un compresseur classique de réfrigération 42 combiné à une pompe d'accélération d'eau. Ce compresseur accélérateur peut être entraîné par une poulie 43 débrayable à volonté, par exemple au moyen d'une commande électro-magnétique, elle-même entraînée par l'arbre 44 du moteur par l'intermediaire d'une courroie 45. Dans un mode d'utilisation du circuit de la Fig. 4, le tiroir est en position basse, la poulie 43 est débrayée et le robinet 3 est ouvert. L'eau peut circuler par les conduits 1, 39, la, par 11 accumulateur de chaleur 5, le conduit 10, l'échangeur 4 et les conduits 2d, 2b, 40 et 2. Le fonctionnement est donc identique à celui décrit en regard de la Fig. 1, et le ventilateur 4a envoie de l'air chaud dès la mise en marche du moteur (ou même à l'arrêt si l'on utilise la pompe 11). Dans un deuxième mode d 'utilisation de ce circuit, le tiroir est en position haute et la poulie 43 est embrayée. Lorsque le moteur tourne, le compresseur 42 est entraîné ;ilrefroidit à environ +10C et fait circuler l'eau contenue dans le circuit fermé défini plus haut et en particulier celle contenue dans l'accumulateur de chaleur 5. C'est donc de l'air refroidi qui pénètre dans l'habitacle à- travers les gaines de soufflage, à un débit accru si le ventilateur 4a est utilisé. Après une période d'arrêt, même Si la température de l'eau de l'accumulateur a légèrement augmenté, cette température reste basse. Lorsque le moteur est remis en marche, cette eau froide traverse quasi-instantanément l'échangeur 4, ce qui permet au ventilateur 4a de souffler de l'air froid. Ceci peut par exemple être très agréable en été, lorsque le véhicule est resté en stationnement en plein soleil. La pompe auxiliaire 1l peut être utilisée, à l'arrêt, comme dans le cas de la Fig. 1. Dans ce mode d'utilisation, il est préférable de fermer le robinet 3 pour éviter l'accès d'eau chaude à la vanne 32 lorsque le moteur tourne. De plus, si l'accumulateur de chaleur est muni d'un serpentin d'huile, celui-ci doit bien entendu être isolé, par exemple au moyen d'électrovannes. Si toutefois l'air froid n'est désiré que provisoirement, par exemple l'apres-midi alors qu'il serait nécessaire d'obtenir de la chaleur le lendemain matin, on peut, avant le démarrage, ramener le tiroir en position basse, débrayer la poulie 43 et ouvrir le robinet 3. Dans ce cas, c'est l'eau arrivant par le conduit 1 qui pousse l'eau froide de l'accumulateur de chaleur dans I'échan- geur 4, puis l'accumulateur 5 commence à stocker de l'eau chaude. On peut aussi envisager de munir le compresseur 42 d'un moteur d'entraînement auxilaire commandé par le thermostat de l'accumulateur de chaleur afin de garantir le maintien de l'eau stockée à une température suffisamment hasse lorsque le moteur du véhicule est à l'arrêt. Dans la description qui précède, on a décrit sépa rément la commande de chaque organe 3, 4a, 11, 32 et 43. Cependant, il est clair que les commandes peuvent être coupléesde n'importe quelle façon en fonction de l'effet thermique désiré. Par exemple, dans le cas de la Fig. 4, la mise du tiroir de la vanne 32 en position haute peut provoquer automatiquement la fermeture du robinet 3, et la misn en marche de la pompe 11 peut provoquer automati quement celle du ventilateur 4a. De plus,on peut envisager de prévoir une télécornnande,ou une commande par horlose,de la pompe 11 et du ventilateur 4a afin d'obtenir la chaleur ou la fraicheur: désirée dans le véhicule avant de pénétrer dans celui-ci. Dans chaque mode de réalisation, les clapets de retenue 8 et 9 peuvent être remplacés par des électrovannes munies d'une commande appropriée, et/ou dédoublés pour améliorer la retenue de l'eau dans l'accumulateur de chaleur. Pour équiper des véhicules exclusivement destinés être utilisés dans des pays chauds, on peut se contenter, à la Fig. 4, d'un circuit fermé obtenu en réunissant directement les conduits 2c et 2a et en supprimant la vanne 32 et les conduits 1, 2 et 2b. Dans ce cas, en embrayant la poulie 43, on stocke de l'eau froide dans l'accumulateur 5 pendant le fonctionnement du moteur, et le compresseur-accélérateur 42 envoie cette eau dans l'échan- geur 4 dès le nouveau démarrage du moteur. Bien entendu, dans tous les cas où l'on utilise un circuit fermé passant par l'accumulateur de chaleur 5 ou 5a, on peut utiliser tout fluide approprié au lieu de l'eau. De plus, l'accumulateur de chaleur peut avoir n porte quelle structure appropriée pour fournir une isolations thermique efficace. On peut mettre à profit l'accumulateur 5 ou 5a pour obtenir un dégivrage très rapide du pare-brise du véhicule. Pour cela, on fait partir des gaines de soufflage d'air un conduit supplémentaire (non représenté) passant dans un montant latéral du pare-brise.ne conduit se prolonge le long du bord supérieur de ce pare-brise par un tube fermé à son extrémité et muni d'ouvertures, orifices ou fentes, dirigées vers le bas. Lorsqu'on met en marche le ventilateur 4a pour chauffer l'habitacle après une période d'arrêt du véhicule de la façon décrite plus haut, de l'air chaud est envoyé quasi-instantanement dans ce conduit supplér:ien- taire et, de là, sur toute la surface extérieure du pare brise, éventuellement en commençant par souffler la neige poudreuse qui a pu sty accumuler. Bien entendu, on pourrait obtenir de façon analogue le dégivrage des autres surfaces vitrées du véhicule. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour obtenir rapidement une température désirée en un point d'un véhicule automobile après une période d'arrêt de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend une capacité de fluide (5, 5a) thermiquement isolante dont la sortie (7) est reliée audit point (4), des moyens (8-9) permettant de retenir temporairement le fluide dans la capacité,des moyens (dont 11) pour déplacer ce fluide vers ledit point,et des moyens (dont 42) pour faire varier la température du fluide contenu dans la capacité dans le sens de la température désirée sous l'effet du fonctionnement du moteur. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, pour véhicule à refroidissement par eau, caractérisé en ce que la capacité (5, 5a) est intercalée R > z3 dans le circuit d'eau de refroidissement du moteur, le moteur constituant ledit point du véhicule. 3.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité (5, 5a) est intercalée dans un circuit d'eau de chauffage (1-2) du véhicule, ledit point étant constitué par un échangeur de chaleur (4) disposé dans les gaines de chauffage de ce véhicule. 4.- Dispositif suivant la revendication 3, carac érisé en ce que le circuit d'eau de chauffage (1-2) comporte une pompe auxiliaire de circulation (11) à commande électrique. 5.- Dispositif suivantî'unedes revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'un serpentin relié au circuit d'huile du moteur est agencé pour chauffer l'eau contenue dans la capacité (5, 5a). 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la capacité (5, 5a) comporte une trappe (30) pour mettre sélectivement en communication avec l'atmosphère environnante une partie (27) de la capacité (s, 5) située en relation d'échange ther inique avec le fluide que cette capacité contient. 7.- Dispositif suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que dans le circuit d'eau de chauffage (1-2) est monté un compresseur de réfrigérationaccélérateur (42) pouvant être entraîné par le moteur du véhicule. 8.- Dispositif suivant la revendication 7, pour véhicule à refroidissement par eau, caractérisé en ce que le circuit d'eau de chauffage (1-2) comporte une vanne à tiroir (32) pour fermer ce circuit sur le compresseuraccélérateur (42) ou le relier au circuit de refroidissement du véhicule. 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la capacité est munie d'un dispositif électrique à thermostat adapté pour maintenir le fluide qu'elle contient à une température de consigne. 10.- Dispositif suivant la revendication 9, caracterisé en ce que le disp-ositlf à thermostat est alimenté par une batterie auxiliaire destinée à être chargée par l'alternateur du véhicule. il.- Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, la capacité (5, 5a) étant disposée dans l'habitacle ouen un emplacement directement adjacent à cet habitacle. 12.- Véhicule suivant la revendication 11, dans lequel le dispositif est conforme à la revendication 3, ca caractérisé en ce qui il comporte un conduit partant des gaines de chauffage et s'étendant le long du bord supérieur d'une surface vitrée du véhicule, ou il est muni d'ouvertures dirigées vers le bas.