Brevet FR2583002A1 — publié le 19861212

L'invention concerne une installation de chauf- fage ou de climatisation pour véhicules, notamment pour véhicules automobiles privés, qui comprend un échangeur de chaleur principal composé d'un bloc de tubes à ailet- tes léché par l'air introduit dans l'habitacle du véhicu- le, et de collecteurs d'eau d'arrivée et de retour parcourus par l'eau, ainsi qu'un ou plusieurs corps de chauffe additionnel(s) plat(s), qui est ou sont raccor- dé(s) à un circuit additionnel et est ou sont réparti(s) dans le volume intérieur du véhicule. On connatt déjà des installations de chauffage ou de climatisation de ce genre. Dans ces installations, les échangeurs de chaleur additionnels plats sont dispo- sés, par exemple sous le pare-brise ou également sous les sièges et peuvent être raccordés au collecteur d'ar- rivée de l'échangeur principal par l'intermédiaire d'un circuit additionnel. Un inconvénient de ces dispositifs consiste en ce que le circuit de chauffage additionnel est alimenté par l'eau chaude du collecteur d'arrivée, de sorte qu'il est nécessaire de prendre des disposi- tions particulières pour que les échangeurs additionnels plats puissent prendre la température désirée. Le monta- ge de tels échangeurs additionnels est donc relativement coûteux. L'invention se donne pour but de remédier à cet état de fait. L'invention prend pour base la reconnaissance du fait que, en raison des températures relativement faibles qu'on exige générale- ment du fluide d'échange de chaleur, il est avantageux d'alimenter le circuit de chauffage additionnel à partir du collecteur de retour de l'échangeur principal, qui est plus froid. Plus précisément, dans une installation du genre cité au début, l'invention consiste en ce qu'au collecteur d'eau de retour de l'échangeur principal est associée une chambre d'arrivée du circuit additionnel qui est séparée du collecteur d'eau de retour et qui est en communication avec le collecteur d'eau d'arrivée de 1 'échangeur principal, 1 'eau refoulée étant renvoyée au collecteur d'eau de retour en passant par un raccor- dement de retour. Grâce à cette constitution, 2 2583002 l'alimentation du circuit de chauffage addicionnel peut s'effectuer directement à partir de l'échangeur princi- pal sans qu'il soit encore nécessaire d'intercaler des organes de réglage séparés entre les échangeurs addition- nels plats et leurs conduits d'alimentation. Dans des installations de climatisation qui comprennent, en amont de l'échangeur principal, un évaporateur qui refroidit l'air qui traverse l'échangeur principal et pénètre dans le véhicule, l'échangeur principal peut servir, grâce à sa constitution selon l'invention, de dispositif de re- froidissement pour le liquide qui parcourt le circuit ad- ditionnel de sorte que, dans le fonctionnement en refroi- dissement, les échangeurs additionnels plats peuvent éga- lement être utilisés pour le refroidissement du volume intérieur du véhicule, ce qui n'était pas possible jus- qu'à présent. Selon une caractéristique de l'invention, la chambre d'arrivée du circuit additionnel fait partie du collecteur d'eau de retour et elle est reliée au collec- teur d'eau d'arrivée par des tubes de liaison présentant une résistance à l'écoulement inférieure à celle des tu- bes du bloc de tubes à ailettes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les tubes de liaison présentent le même diamètre que les autres tubes du bloc de tubes à ailettes mais ils ne con- tiennent pas d'insertion génératrice de turbulence. Ceci apporte l'avantage de permettre de donner une construction compacte à l'installation de chauffage ou de climatisation en dépit de la présence du circuit additionnel et de conserver pour l'échangeur principal le mode de construction qui était habituel jusqu'à pré- sent. Selon une autre caractéristique de l'invention, une pompe commandée indépendamment du circuit principal est associée au circuit additionnel, ce qui permet de donner au circuit additionnel un fonctionnement simple lors de l'utilisation en refroidissement, au cours de la- quelle l'échangeur principal n'est pas parcouru par l'eau de refroidissement chauffée provenant du moteur. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, un robinet d'arrêt qui peut être commandé en fonction du niveau de l'eau contenue dans le circuit principal est associé à la chambre d'arrivée du circuit additionnel. Ceci évite que, en présence d'une fuite d'un or- gane du circuit additionnel, le niveau de l'eau de re- froidissement dans le moteur ne tombe à une valeur qui pourrait mettre le fonctionnement du moteur en danger. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le retour du circuit additionnel débouche dans le collecteur d'eau de retour de l'échangeur principal à travers un clapet anti-retour. Cette caractéristique évite que le circuit addi- tionnel ne puisse être influencé défavorablement par les conditions de pression qui peuvent régner éventuellement dans l'échangeur principal. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion détaillée qui va suivre, concernant un exemple de réalisation d'une installation de chauffage et de climatisa- tion selon l'invention et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de climatisation agencée dans un véhi- cule automobile privé, comprenant un échangeur de cha- leur principal alimenté par l'eau de refroidissement du moteur, pour le chauffage,et un évaporateur pour le fonc- tionnement en refroidissement, avec un circuit raccordé pour des échangeurs de chaleur plats, l'échangeur princi- pal étant représenté en partie en coupe; la figure 2 est une coupe de l'échangeur princi- pal de la figure 1, prise selon la ligne II-II; et la figure 3 est une coupe schématique de l'ins- tallation de climatisation, prise selon la ligne III-III 4. 2583002 de la figure 1. Sur les figures, il est prévu, en parallèle avec le circuit d'eau de refroidissement d'un moteur 1, un circuit d'eau équipé d'un échangeur de chaleur princi- pal 2 et qui sert pour le chauffage du véhicule, circuit dans lequel l'eau de refroidissement chaude provenant du moteur 1 est conduite, par une conduite d'alimentation 3, à une chambre d'arrivée 4 de l'échangeur de chaleur principal 2. Dans la forme de réalisation de l'échangeur principal qui est représentée, et dans le fonctionnement en chauffage, l'eau de refroidissement chaude acheminée à la chambre d'arrivée 4 est envoyée par les tubes 5, au collecteur d'eau d'arrivée proprement dit 6 de l'échan- geur principal 2. Dans cet exemple de réalisation, ce collecteur est divisé par une cloison 7 en deux chambres 6a et 6b d'o l'eau de refroidissement chaude peut être envoyée dans une partie de gauche et une partie de droi- te de l'échangeur de chaleur, à l'aide desquelles le chauffage peut être réglé séparément pour le conducteur et les passagers, d'une façon connue. Etant donné que, pour le reste, la construction est la même pour la par- tie de droite et pour la partie de gauche de l'échan- geur, on ne décrira dans la suite que la partie de gau- che à laquelle est associée la chambre d'arrivée 6a. Na- turellement, il est également possible de prévoir une installation de chauffage et de climatisation selon l'in- vention lorsque l'échangeur 2 n'est pas équipé de deux demi-échangeurs de-chaleur distincts. De la chambre d'arrivée 6a, l'eau de refroidis- sement chaude passe, par les tubes 8, de bas en haut, dans le sens des flèches 9, à la chambre de retour 10 de l'échangeur principal 2 et, de là, elle est renvoyée au moteur 1 par la conduite de retour 11, en traversant un robinet à commande rythmée 12. La circulation passant par la conduite d'arrivée 3, l'échangeur principal 2 et la conduite de retour 11 peut être entretenue par la pom- 2583002 pe à eau de refroidissement du moteur. Sa fonction est indiquée schématiquement par la pompe 13 associée à la conduite d'arrivée 3. Le robinet à commande rythmée 12 commande le débit de l'eau circulant dans le circuit 3, 2,11 enfonction de l'effet de chauffage désiré. L'air frais aspiré de l'extérieur au moyen d'un ventilateur 14 (voir figure 3) traverse l'échangeur de chaleur princi- pal 2 et il s'échauffe en traversant le bloc de tubes à ailettes formé par les tubes 8 et les ailettes 15 qui en- tourent ces derniers, et il est envoyé dans l'habitacle du véhicule dans le sens des flèches 17. A la chambre de retour 10 de l'échangeur princi- pal 2 est associée une chambre d'arrivée 18 appartenant à un circuit de chauffage additionnel 19 dont la condui- te d'arrivée 20 part de la chambre d'arrivée 18. Cette conduite d'arrivée 20 est munie d'une pompe 21 qui amène l'eau de refroidissement prise sur la chambre d'arrivée 18 - qui possède une température inférieure à celle de la conduite d'arrivée 3 - à un ou plusieurs échangeur(s) plat(s) 22 qui peut ou peuvent être agencé(s), par exem- ple, dans le véhicule, dans la région des accoudoirs, sous les sièges ou également le long du pare-brise ou des vitres latérales. Après avoir traversé les échan- geurs plats 22, l'eau de refroidissement est renvoyée par la conduite de retour 23 du circuit de chauffage ad- ditionnel 19 et en traversant un clapet anti-retour 24, à la chambre de retour 10 de l'échangeur principal d'o elle est renvoyée au moteur en passant par la conduite de retour 11. Dans la conduite d'arrivée 20 du circuit de chauffage additionnel 19, est encore intercalé un ro- binet d'arrêt 25 qui est relié à un capteur de niveau d'eau prévu sur le moteur, d'une façon non représentée en détail, et qui empêche l'eau de refroidissement de passer de la chambre d'arrivée 18 au circuit de chauffa- ge additionnel 19 lorsque le niveau de l'eau de refroi- dissement dans le moteur devient inférieur à une valeur 6 2583002 déterminée. on peut ainsi éviter que, par exemple, dans le cas de fuite d'un échangeur de chaleur plat 22 ou de ses conduites de raccordement, le niveau de l'eau du cir- cuit de refroidissement du moteur tombe au-dessous d'une valeur qui représenterait un risque dans le fonctionne- ment du moteur. L'eau de refroidissement contenue dans l'échan- geur principal 2, dans la chambre d'arrivée 6a de cet échangeur et qui a déjà été refroidie partiellement par passage dans les tubes 5, parvient de la chambre d'arri- vée 6a à la chambre d'arrivée 18 du circuit de refroidis- sement additionnel 19, par un ou plusieurs tube(s) 26 qui, à la différence des tubes 8, ne sont pas munis des insertions génératrices de turbulence habituelles27 servant à renfor- cer la transmission de la chaleur aux parois des tubes. De cette façon, avec un dimensionnement approprié des tu- bes 8 ou 26 et 5, on assure une alimentation suffisante du circuit de chauffage additionnel 19 en milieu calopor- teur. Grâce à sa configuration, le collecteur d'eau de retour 28 de l'échangeur 2 sert en même temps pour l'ali- mentation du circuit de chauffage additionnel. Cette configuration permet donc, non seulement d'alimenter le volume intérieur du véhicule en air pré- chauffé par l'intermédiaire de l'installation de chauffa- ge et de climatisation et de chauffer les échangeurs de chaleur plats comme dans les constructions connues mais également d'utiliser l'ensemble de l'installation pour le fonctionnement en refroidissement. En effet, comme le montre la figure 3, l'installation de climatisation est équipée, entre le ventilateur 14 et le bloc de tubes à ailettes 16 appartenant à l'échangeur principal 2, d'un évaporateur 29qui fait partie, d'une façon non représentée en détail, d'un dispositif de réfrigération associé à l'installation de climatisation. Si, par conséquent, dans le fonctionnement en refroidissement de l'installa- tion de climatisation, le circuit de chauffage est mis *7 Z583002 hors circuit d'une façon connue, par la fermeture du ro- binet à commande rythmée 12, l'air frais aspiré par le ventilateur 14 peut être refroidi en traversant l'évapo- rateur 29 qui est conformé d'une façon connue et, une fois refroidi, il pénètre dans le volume intérieur du vé- hicule, dans le sens de la flèche 17, après avoir traver- sé le bloc de tubes à ailettes 16. L'installation de cli- matisation représentée sur les figures peut également être utilisée dans cet état de fonctionnement pour met- tre les échangeurs plats 22 en service pour le refroidis- sement du volume intérieur du véhicule. A cet effet, la pompe 21 refoule l'eau de refroidissement contenue dans l'échangeur principal exclusivement à travers le circuit additionnel 19, cependant que le retour au moteur est ex- clu par la fermeture du robinet à commande rythmée 12. En traversant le bloc de tubes à ailettes 16, l'air re- froidi par l'évaporateur 29 refroidit donc également le milieu d'échange de chaleur qui est mis en circulation dans le circuit additionnel 19, de sorte que, dans cet état de fonctionnement, l'ensemble de l'installation peut être utilisée, non seulement pour refroidir l'air frais qui est introduit dans le volume intérieur du véhi- cule par le ventilateur 14, mais également pour refroi- dir les échangeurs plats additionnels,sans qu'il soit né- cessaire d'apporter de modification de principe aux ins- tallations de climatisation déjà existantes. 8 2583002 R E V E N D I C A T I O N S 1 - Installation de chauffage ou de climatisa- tion pour véhicules, en particulier pour véhicules auto- mobiles privés, qui comprend un échangeur de chaleur principal composé d'un bloc de tubes à ailettes traversé par l'air introduit dans l'habitacle du véhicule et de collecteurs d'eau d'arrivée et de retour parcourus par l'eau, ainsi qu'un ou plusieurs corps de chauffe addi- tionnels qui sont raccordés à un circuit additionnel et répartis le long ou à l'intérieur du volume intérieur du véhicule, caractérisée en ce qu'au collecteur d'eau de retour (28) de l'échangeur principal (2), se raccorde une chambre d'arrivée (18) du circuit additionnel (19), qui est séparée du collecteur d'eau de retour (28) et qui est en communication avec le collecteur d'eau d'arri- vée (10) de l'échangeur principal (2), et en ce que l'eau refoulée est renvoyée au collecteur d'eau de retour (28) en passant- par un raccordement de retour (23). 2 - Installation de chauffage ou de climatisa- tion selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre d'arrivée (18) fait partie du collecteur d'eau de retour (28) et est reliée au collecteur d'eau d'arri- vée (6a) par des tubes de liaison (26) présentant une ré- sistance à l'écoulement inférieure à celle des tubes (8) du bloc de tubes à ailettes (16). 3 - Installation de chauffage ou de climatisa- tion selon la revendication 2, caractérisée en ce que les tubes de liaison (26) présentent le même diamètre que les autres tubes (8) du bloc de tubes à ailettes (16) mais ne contiennent pas d'insertion génératrice de turbulence (27). 4 - Installation de chauffage ou de climatisa- tion selon une quelconque des revendications 1 à 3, ca- ractérisée en ce qu'au circuit additionnel (19) est as- sociée une pompe (21) commandée indépendamment du cir- cuit principal (3, 2, 11). - Installation de chauffage ou de climatisa- tion selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'à la chambre d'arrivée (18) du circuit additionnel (19) est combiné un robinet d'arrêt (25) qui peut être comman- dé en fonction du niveau de l'eau contenue dans le cir- cuit principal. 6 - Installation de chauffage ou de climatisa- tion selon une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que le retour (23) du circuit ad- ditionnel (19) débouche dans le collecteur d'eau de re- tour (28) de l'échangeur de chaleur principal (2), par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (24).