Brevet FR2532411A1 — publié le 19840302

"Installation d échange de chaleur notamment pour le chauffage de la cabine d'un véhicule automobile." la présente invention concerne une installa tion d'échange de chaleur entre un fluide support de cha leur liuide et un fluide support de chaleur gazeux9 notam- ment une installation d échangeur de chaleur entre un fluide de porteur de chaleur liquide et un fluide porteur de cha leur gazeux, notamment installation de chauffage traversée, d'une part9 par l9eau de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile9 et, d'autre part9 par un courant dáir dirigé vers la cabine du véhicule9 la quantité de chaleur à transmettre par l'échangeur étant déterminée par la quan- tité du porteur de chaleur liquide traversant l'échangeur, au moyen d9un échangeur consistant en plusieurs dérivations de courant parallèles entre elle s0 Une installation de ce genre est connue d9a pres le brevet DE-710 602. Elle est montée dans un véhicule automobile pour le réchauffage dun courant d'air dirigé dans l'espace intérieur de la cabine.L'échangeur de chaleur de l'invention est traversé par l'eau de refroidisse ment du moteur du véhicule0 la puissance de chauffage est commandée au moyen d'un piston formant coulisseau par le quel la quantité du courant dgeau chaude qui traverse l'ins- tallation peut entre étranglée Il a été constaté que, dans le cas seulement d'une faible puissance de chauffage, par exemple dans la période de transition entre saisons et correspondant à un étranglement important du courant d'eau chaude, la puissance de chauffage, délivrée par llaménagement du courant d'air, est très fortement dépendante de la vitesse de rotation de la pompe de l'installation0 Mais, étant donné que la vitesse de rotation de la pompe est déterminée directement par la vitesse de rotation du moteur du véhicule qui lten- trame, il se produit, en cas de variation de la vitesse du moteur, dûe par exemple, à l'irrégularité du trafic, d'importantes instabilités dans le débit de puissance de chauffage. Ceci nécessite un réglage fréquent de ltinstal- lation par exemple par le conducteur du véhicule Il est évident que ce mode de fonctionnement est très désagréable pour le conducteur. En cas extrême, la baisse de l'atten 2 on du conducteur par rapport à la. circulation peut même être la cause d'accidents. L'invention a pour objet une installation dXéchangs de chaleur du type décrit plus haut, caractérisée en ce que les embranchements du fluide de l'échangeur peu- vent entre mis en circuit et hors circuit successivement et individuellement pour le liquide porteur de chaleur. La disposition conforme à l'invention présente 17 avantage que la quantité de chaleur à transmettre par l'échangeur est commandée par le fait que des dérivations individuelles parcourues par le liquide porteur de chaleur peuvent être mises en circuit ou hors circuit. Les dérivations qui sont connectées en circuit sont alors à l'état de saturation. Buttes sont donc traversées par un courant de fluide porteur de chaleur non étranglé, de telle sorte qu'une dépendance entre la puissance de chauffage et la vitesse de rotation de la pompe de l'installation est évitée ou limitée à des oscillations sans importance0 Lwinvention prévoit certaines mesures, exposées dans la suite, concernant des modes de réalisation avantageux.Ainsi, il est particulièrement avantageux de prévoir que les dérivations d'écoulement individuelles sont connectées ou déconnectées successivement. Une solu- tion spécialement simple consiste à adjoindre, à l'échan- geur de chaleur contenu dans l'installation, un récipient collecteurs à partir duquel divergent les tuyaux qui for- ment les dérivations de courant9 ce récipient étant constitué par un carter de commande dans lequel est disposé un organe distributeur en forme de manchon rotatif 9 dont l'arête de commande met en circuit les dérivations de cou- ranz. ha description ci-après se rapporte à un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudi- nale d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention avec une commande par distributeur rotatif intégrés - la figure 2 est une vue en coupe transver- sale par Il-Il de la figure 19 la figure 3 est une représentation dévelop- pée du distributeur rotatif en forme de manchon9 - la figure 4 est un graphique représentant la relation entre la quantité de liquide porteur de chaleur traversant l'échangeur et la quantité de chaleur délivrée. L'installation représentée pour un échange de chaleur entre un fluide porteur de chaleur liquide et un fluide porteur de chaleur gazeux est mise en place pour le chauffage dans un véhicule automobile. Cette installas tion comprend un échangeur de chaleur 1 qui contient huit paires de tuyaux 2, par exemple en cuivrez qui sont tra- versés par le courant d'eau de refroidissement 3 d'un moteur de véhicule automobile. Les deux tuyaux de chaque pai- re sont juxtaposés dans un plan horizontal et les huit paires de tuyaux sont disposées l'une au-dessus de l'autre verticalement (figure 2).Perpendiculairement aux axes des tuyaux 2, sont disposées des lamelles 4, par exemple cons- titubées de manière connue, par de la t81e ondulée, reliées aux tuyaux de manière conductrice de la chaleur. Les lamelles sont traversées par un courant d'air 5 dirigé ensuite dans l'intérieur de la cabine du véhicule automobile. Les extrémités des tuyaux débouchent, du côte de leur entrée et du c8té de leur sortie, respectivement. dans un récipient collecteur 6 et dans un récipient collez teur 7. Ces récipients collecteurs ont des espaces intérieurs cylindriques dont les axes s'étendent perpendiculairement aux axes des tuyaux 2. Dans l'espace intérieur du récipient collecteur 7 situé du c8té entrée, débouche une conduite d'amenée 8 représentée schématiquement et l'espace intérieur du récipient collecteur 8 situé du coté sortie est raccordé à une conduite d'évacuation 9 représentée également schématiquement. Naturellement, le récipient collecteur du cbté sortie pourrait également entre constitué, d'une manière connue, comme un caisson quadrangulaire.L2instal- lation conforme à l'invention est incorporée, à l'aide de la conduite d'amenée 8 et de la conduite d'évacuation 9 d'une manière connue, dans le circuit d'eau chaude du moteur du véhicule automobile. Le récipient collecteur 7 du côté entrée, est constitué en même temps, comme un carter de commande dans lequel est disposé un organe distributeur rotatif en forme-de manchon 10. Le distributeur rotatif 10 est fermé, sur une surface frontale, par un couvercle 11 qui supporte un levier de connexion 12. Sur l'extrémité du levier de connexion 12 est ancré un câble Bowden 13, à l'aide duquel le manchon rotatif peut être tourné autour de son axeo L'autre extrémité du câble Bowden 13 est, par exemple, reliée à un levier de connexion disposé sur le tableau de bord du véhicule. Le distributeur rotatif en forme de manchon 10, dont le développement est représenté dans la figure 3, présente une ouverture de commande 14 dont l'arête, lors d'une rotation du manchon, coopère avec les embouchures des tuyaux 2 qui forment ces dérivations d'écoulement, de telle sorte que les tuyaux sont mis en cirCuit ou hors circuit. Comme le montre la figure 39 l'arête de commande 16 recoupe les génératrices du manchon 10 sous un anglet qui est ici égal à environ 20 degrés.Par contre, l'autre arase de commande 15 s9 étend parallèlement à une généra- trice du manchons Dans la figure 19 le distributeur rotatif 10 est représenté dans une position dans laquelle tous les tuyaux 2 de dérivation de courant sont ouverts, Il est vi- sible que9 lors d9une rotation du manchon 109 à partir de sa position représentée, dans laquelle tous les tuyaux 2 sont ouverts, dans le sens des aiguilles d9une montre9 les tuyaux 29 commençant en bas à gauche dans la figure 29 sont franchis par l'arête de commande 16.Lorsque par exemple9 trois tuyaux se trouvent ainsi mis hors circuit9 les treize autres tuyaux restants sont encore dans leur posim tion d'ouverture complète. Dans cette position9 la dépendance de la vitesse de rotation d9une pompe 17 montée dans le circuit de chauffage reste à peine remarquable 9 cette vitesse est déterminée par la vitesse de rotation du mo- teur du véhicule0 Dans le graphique de la figure 4D est repré- sentée, pour une dérivation de courant (un tuyau 2) de l'échangeur de chaleur, la relation de dépendance entre la quantité m de porteur de chaleur liquide traversante (axe des coordonnées X) et la quantité de chaleur Q délivrée par unité de temps (axe Y)0 La courbe caractéristique obtenue est ascendante pour une faible quantité m de liquide et se replie ensuite suivant une allure plus horizontale. Dans l'installation en question9 le tuyau individuel 2 fonction- ne alors, dans le domaine plus horizontal de la courbe X à l'état saturés La variation possible y de la transmission de chaleur dans le domaine de saturation du tuyau 2 est très faible.L'écoulement à l'intérieur du tuyau 2 est tur bulent, de telle sorte que peut avoir lieu un échange de chaleur intense avec la paroi du tuyau et avec les lamelles 4 baignées par le fluide transporteur de chaleur gazeux, c'est-à-dire le courant d'air 5 dirigé vers la cabine du véhicule Un état critique de fonctionnement de l'installation se rencontre seulement dans le cas d'une ouverture d'un à deux tuyaux 2 c'est-à-dire dans le cas de très faibles puissances de chauffage (1/16 à 2/16èmes de la puissance de chauffage maximale).Lors de l'ouverture du premier tuyau 2, il est possible que ce tuyau ne soit li- béré que par moitie par le distributeur rotatif 10. Etant donné que le tuyau 2 n'est alors pas rempli totalement par le courant de liquide, il ne se trouve pas dans l'état de saturation. Cependant, ces conditions de fonctionnement ne sont pas réalistes car des puissances de chauffage aus- Si faibles n'auraient pas d'influence décelable sur la température de la cabine. Avec une nombre croissant de tuyaux 2 mis en circuit, l'intervention d'un tuyau individuel, ne fonctionnant pas à l'état saturé, est toujours de peu d'importance par rapport à celle des tuyaux déjà ouverts. Naturellement, l'installation de chauffage conforme à l'invention, qui a a éte décrite ci-dessus comme chauffage d'une cabine de véhicule automobile, peut être utilisée en d'autres endroits. De même, il est possible que le porteur de chaleur liquide soit constitué par exemple par une solution réfrigérante, auquel cas l'échangeur de chaleur servirait au refroidissement d'un liquide gazeux porteur de chaleur qui le traverserait. Un autre avantage de l'invention réside dans la possibilité de production d'un courant d'air à deux cou- ches, un courant d'air froid et un courant d'air chaud juxtaposés. Par une constitution appropriée de l'arête de com mande du distributeur cylindrique, des buses individuelles du caisson de chauffage peuvent entre approvisionnées avec de l'air à température déterminée. C'est aine qu'il est possible de réaliser dans un véhicules la répartition de température la plus confortable désirée, à savoir 'tête froide, pieds chauds9,9 en ouvrant tout d'abord les tuyaux 2 des buses de courant d'air de l'échangeur de chaleur 1 qui correspondent à la zone proche du plancher. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Installation d'échangeur de chaleur entre un fluide porteur de chaleur liquide et un fluide porteur de chaleur gazeux, notamment installation de chauffa- ge traversée, d'une part, par l'eau de refroidissement d'un moiteur de véhicule automobile, et, d'autre part, par un courant d'air dirigé vers la cabine du véhicule, la quantité de chaleur à transmettre par l'échangeur étant déterminée, par la quantité du porteur de chaleur liquide traversant l'échangeur, au moyen d'un échangeur consistant~ en plusieurs dérivations de courant parallèles entre elles, installation caractérisée en ce que les dérivations de courant (2) de l'échangeur de chaleur destinées au porteur de chaleur liquide (3) sont prévues pour être mises en circuit individuellement par une commande d'ouverture ou de fermeture. 2 Installation-suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les dérivations de courant individuelles (2) peuvent entre mises en circuit ou hors circuit lune après l'autre. 3.- Installation suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que, au moins sur son caté d'entrée, un récipient collecteur (7) à partir duquel divergent les tuyaux (2) qui forment les dérivations de courant et qui portent des lamelles (4) baignées par le courant de fluide porteur de chaleur gazeux (5). 4.- Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le récipient collecteur (7) est constitué par un carter de commande, dans lequel est disposé un distributeur rotatif en forme de manchon (10) dont larete de commande (15, 16) connecte en circuit la dérivation de courant (2). 5.- Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'arête de commande (16) recoupe sous un angle (&alpha;) les génératrices d'enveloppe du distri buteur rotatif (10). 6.- Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'arête de commande (15) s'étend parallèlement à une génératrice d'enveloppe du distributeur rotatif (10). 7.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 39 4 et 6, caractérisée-en ce que le distributeur rotatif 10) présente une ouverture de commande (14) qui comporte une arête de commande- (16) s'étendant paralleS lement et sous un angle (&alpha;) aux génératrices d'enveloppe du distributeur rotatif (10)9 ces arêtes commandant les em- bouchures des tuyaux (2) disposées en deux rangées9 dont les axes s'étendent perpendiculairement à l'axe du distributeur rotatif (10)o