Brevet FR2619206A1 — publié le 19890210

Générateur de chaleur pour le chauffage d'un véhicule automobile L'invention concerne un générateur de chaleur pour véhicule automobile, propre à assurer notamment un chauffage et/ou un désembuage rapide de l'habitacle. On connais déjà des générateurs de chaleur qui sont montés en particulier dans les véhicules destinés à circuler dans des contrées à climat froid pour fournir un chauffage d'appoint au véhicule ou permettre d'assurer rapidement le chauffage et/ou le désembuage de l'habitacle. Ces générateurs de chaleur peuvent permettre aussi, le cas échéant, d'atteindre et entretenir une température de fonctionnement suffisante du moteur, même au ralenti. En dehors des générateurs de chaleur à brûleurs, on a proposé récemment d'autres types de générateurs de chaleur qui font essentiellement appel à des moyens mécaniques. C'est ainsi que l'on connait, par exemple d'après les Demandes de brevets français Nos 85 11598 et 86 01456, au nom de la Demanderesse, des générateurs comportant des éléments à friction plongés dans un fluide caloporteur. On connait également, par exemple d'après-les Demandes de brevets français Nos 85 11597 et 85 19286 au nom de la Demanderesse, des générateurs de chaleur utilisant des éléments à aubages et entre lesquels un fluide s'échauffe par suite des frottements entretenus entre lesdits éléments à aubages. Par ailleurs, on connait d'autres générateurs de chaleur utilisant des sources d'énergie hydraulique pour générer des calories. Un générateur de ce type est connu, par exemple, d'après la Demande de brevet français No 85 11596, au nom de la Demanderesse, qui utilise une installation hydraulique de servo-direction équipant un véhicule. Cependant, la Demanderesse a constaté que, pour tous ces générateurs, la modulation permettant la génération de calories ne peut se faire aisément et que, de plus, lorsque le besoin de calories ne se fait plus sentir, le générateur est totalement coupé. Ces inconvénients sont sources d'à-coups, de bruit et procurent un certain inconfort au niveau de la conduite du véhicule. L'invention propose un nouveau type de générateur de chaleur, beaucoup plus simple, donc moins cher à réaliser, et d'utilisation plus souple que les générateurs de chaleur connus jusqu a présent. Le générateur de chaleur de l'invention fait appel aux propriétés de fluides particuliers dits "fluides électro-rhéologiques", qui, jusqu'à présent, ont été utilisés pour des applications totalement différentes, telles que celles décrites dans la Demande EP-A-178 078. Ces fluides électro-rhéologiques sont constitués généralement par des suspensions de particules solides dans un milieu liquide, qui présentent normalement des caractéristiques d'écoulement du type newtonien. Lorsqu'on applique un champ électrique à ces fluides électro-rhéologiques, ils deviennent visqueux et durcissent. Ces fluides ont été utilisés jusqu'à présent, en raison de leurs propriétés, pour former des freins ou des embrayages, le fluide étant alors emprisonné entre les deux éléments d'un frein ou d'un embrayage. L'invention concerne plus particulièrement un générateur de chaleur pour véhicule automobile, qui comprend essentiellement un coupleur à fluide électro-rhéologique monté de façon étanche à l'intérieur d'une enceinte traversée par un fluide caloporteur susceptible d'être échauffé par échange thermique avec le fluide électro-rhéologique échauffé lors du frottement. Avantageusement, le coupleur à fluide électro-rhéologique comprend un carter pour renfermer le fluide électrorhéologique, au moins un rotor disposé à l'intérieur du carter et entrainable en rotation par un arbre d'entrainement traversant à étanchéité le carter, le fluide électrorhéologique étant confiné entre le carter et le(s) rotor(s), ainsi que des moyens pour assurer le passage d'un courant électrique entre le carter et l'arbre d'entraînement. Ainsi, lorsqu'on applique une tension électrique, le fluide électro-rhéologique devient visqueux et se durcit, ce qui provoque, lors de la rotation de l'arbre d'entrainement, un frottement entre le carter et le(s) rotor(s) et, par conséquent, une élévation de la température du fluide électro-rhéologique. Le fluide caloporteur est alors échauffé par échange thermique avec le fluide électrorhéologique et peut être utilisé, de manière en soi connue, pour fournir un chauffage d'appoint à l'habitacle du véhicule et/ou atteindre et entretenir une température de fonctionnement suffisante du moteur, même au ralenti. De préférence, le fluide caloporteur est constitué par le fluide de refroidissement du moteur qui circule en circuit fermé dans un échangeur de chaleur faisant office de radiateur de refroidissement et dans un autre échangeur de chaleur faisant office de radiateur de chauffage. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'enceinte et le carter sont disposés coaxialement autour de l'arbre d'entralnement, ce qui permet d'améliorer les échanges thermiques entre le fluide électro-rhéologique et le fluide caloporteur. De préférence, le carter a une forme générale de révolution s'adaptant à celle du(des) rotor(s) pour assurer le confinement du fluide électro-rhéologique. Dans une première forme de réalisation de l'invention, le générateur de chaleur comprend un seul rotor comprenant un disque centré et calé sur l'arbre d'entraînement ainsi qu'au moins un élément cylindrique rattaché à mi-longueur au disque et s'étendant coaxialement à l'arbre d'entraînement. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, le générateur comprend plusieurs rotors constitués chacun par des disques coaxiaux solidaires de l'arbre d'entraîne- ment. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un générateur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention, le plan de coupe passant par l'axe de l'arbre de rotation; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un -générateur de chaleur suivant une variante de réalisation; et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un générateur de chaleur suivant une deuxième forme de réalisation de l'invention. Le générateur de chaleur représenté à la figure 1 comprend un coupleur à fluide électro-rhéologique 10 monté de façon étanche à l'intérieur d'une enceinte 12 propre à être traversée par un fluide caloporteur. Le coupleur 10 comprend un carter 14 renfermant un fluide électro-rhéologique 16, un rotor 18 disposé à l'intérieur du carter 14 et entrainable en rotation par un arbre d'entraînement 20 qui traverse à étanchéité le carter 14. Le rotor 18 comprend un disque 22 dépendant d'un manchon 24 calé sur l'arbre d'entraînement 20. La périphérie du disque 22 est reliée à un élément 26 généralement cylindrique qui est rattaché, à mi-longueur, au disque 22 et qui s'étend coaxialement à l'arbre d'entraînement. Ce dernier est propre à être entraîné en rotation par tout moyen approprié, par exemple par l'intermédiaire du vilebrequin du moteur du véhicule automobile. Le carter 14 comprend deux tubes cylindriques coaxiaux 28,30 pour assurer le passage étanche de l'arbre d'entraînement 20, le diamètre interne des tubes étant légèrement supérieur au diamètre externe de l'arbre cylindrique 20. les deux tubes 28 et 30 sont situés à distance l'un de l'autre et sont reliés entre eux par une paire de parois en visà-vis 32 et 34 qui sont raccordées respectivement aux tubes 28 et 30 de manière à entourer le disque 22 et le manchon 24. Les parois 32 et 34 se rapprochent l'une de l'autre au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'axe X-X de l'arbre.d'entraînement 20. Les parois 32 et 34 se raccordent, par leurs bords externes respectifs, sur des parois respectivement 36, 38 généralement cylindriques, qui, dans l'exemple de réalisation, sont sensiblement tronconiques. Les parois 36 et 38 se raccordent respectivement par des parois annulaires 40 et 42 à deux autres parois-respectivement 44 et 46. Les parois 44 et 46 comportent des rebords respectivement 48 et 50 qui, au montage, sont assemblés entre eux avec insertion d'un joint d'étanchéité 52. Les parois 36 et 38 d'une part, ainsi que les parois 44 et 46 d'autre part, forment ainsi une paire de parois généralement cylindriques coaxiales délimitant un logement pour l'élément cylindrique 26 du'rotor. Le tube cylindrique 28 comporte une extrémité libre cylindrique 54 de plus grand diamètre que le tube 28 et reliée à celui-ci par une paroi annulaire 56. De façon correspondante, l'extrémité libre 58 du tube 30 est reliée au corps de ce tube par une paroi annulaire 60. Le tube 54 est muni intérieurement d'une bague d'étanchéité 62 et d'un palier de roulement 64 pour l'arbre 20. L'extrémité libre 58 de l'autre tube est également munie d'une bague d'étanchéité 66 et d'un palier de roulement 68. On comprend donc que le carter 14 est formé de deux parties assemblables l'une à l'autre le long du joint annulaire formé entre les deux rebords 48 et 50, ce qui permet, au montage, d'emprisonner le rotor à l'intérieur du carter. L'enceinte 12 a une forme générale cylindrique et est constituée de deux parties 12a et 12b. La partie 12a comprend une paroi cylindrique 70 raccordée à une paroi de fond annulaire 72 dont dépend un collet cylindrique 74 fixé à étanchéité autour de l'extrémité libre 54 du tube 28. La paroi cylindrique 70 est en outre pourvue d'une tubulure de sortie 76 pour le fluide caloporteur 78 qui traverse l'enceinte. La partie 12b comprend une paroi cylindrique 80 ayant un rebord élargi 82 s'adaptant sur l'extrémité ouverte de la partie 12a. La paroi cylindrique 80 se rattache à une paroi annulaire 84 dont dépend un collet cylindrique 86 fixé à étanchéité autour de l'extrémité libre 58 du tube 30. La paroi cylindrique 80 est en outre pourvue d'une tubulure d'entrée 88 pour le fluide caloporteur. Une source de tension électrique alternative ou continue 90 est reliée d'une part à l'extrémité 58 du carter et d'autre part à une bague de contact 92 entourant l'arbre 20. Le carter 14, de même que l'arbre 20, et le rotor 18, sont formés dans des matériaux conducteurs de l'électricité pour que, lorsqu'une tension est appliquée entre le carter et l'arbre, le fluide électro-rhéologique 16 se durcisse sous l'effet du champ électrique appliqué. Lorsque l'arbre 20 est entrainé en rotation, le frottement engendré par le fluide électro-rhéologique durci, confiné entre le carter et le rotor, provoque une élévation de la température du fluide électro-rhéologique et, par échange thermique à travers le carter 14, une élévation de température du fluide caloporteur 78. Le fluide ainsi échauffé est envoyé de préférence vers un échangeur de chaleur propre à assurer le chauffage et/ou le dégivrage de l'habitacle du véhicule automobile. Ce fluide caloporteur est de préférence constitué par -le fluide de refroidissement du moteur. On se réfère maintenant à la figure 2 qui concerne une variante de réalisation du générateur de chaleur de la figure 1. Par conséquent, les éléments communs avec ceux du générateur de la figure 1 sont désignés sous les mêmes références numériques. Le générateur de la figure 2 comprend un deuxième élément, généralement cylindrique, 94, rattaché, à mi-longueur, au disque 22 du rotor 18. Cet élément cylindrique est également coaxial avec l'arbre 20 et situé entre cet arbre et l'élément généralement cylindrique 26 qui est lui situé à l'extérieur. La forme du carter est modifiée pour pouvoir s'adapter étroitement autour de l'élément cylindrique 94. Les parois 32 et 34, au lieu d'être continues, sont déviées pour assurer le passage de l'élément 94. Le tube 28 se raccorde à une paroi annulaire 96 qui se raccorde à une paroi 98 généralement cylindrique.Celle-ci se raccorde par une paroi annulaire 100 à une autre paroi cylindrique 102 qui se raccorde elle-même à une paroi annulaire 104 reliée à la paroi 36. De façon correspondante, le tube 30 est relié, par une paroi annulaire 106, à une paroi généralement cylindrique 108 qui est reliée à une autre paroi générale ment cylindrique 110 par l'intermédiaire d'une paroi annulaire 112. La paroi 110 se raccorde à la paroi 38 par l'intermédiaire d'une paroi annulaire 114. Le fonctionnement du générateur de chaleur de la figure 2 est identique à celui de la figure 1. Du fait que le rotor comprend deux éléments cylindriques, au lieu d'un seul comme dans la figure 1, la surface de frottement du rotor avec le fluide électro-rhéologique est nettement accrue. On se réfère maintenant à la figure 3 qui montre un coupleur à fluide électro-rhéologique 120 monté de façon étanche à l'intérieur d'une enceinte 122 traversée par un fluide caloporteur. Le coupleur 120 comprend un carter 124 propre à renfermer un fluide électro-rhéologique ainsi que plusieurs rotors 1261 à 1266 constitués chacun par des disques coaxiaux solidaires de l'arbre d'entraînement 20. Ces six rotors dépendent d'un manchon 129 étagé qui est calé sur l'arbre d'entraînement 20. Le carter 124 est constitué d'une multiplicité de segments tubulaires 1281 ... 1287 disposés coaxialement et entourant l'arbre d'entraînement 20. Ces segments tubulaires sont reliés entre eux par des paires d'éléments annulaires 1301 et 1321 ... 1306 et 1326. Ces six paires d'éléments entourent respectivement les rotors 1261 à 1266 et sont reliées entre elles par des éléments cylindriques 1341 ... 1346, tous de même diamètre. De la sorte, chacun des rotors est confiné dans une partie du carter limitée par un élément 130, un élément 132 et un élément 134. Le carter 14 comprend en outre deux parois annulaires d'extrémité 136 et 138 qui se raccordent respectivement aux segments 1281 et 1287. Les parois annulaires 136 et 138 sont pourvues chacune d'un rebord périphérique respectivement 140 et 142 servant à la fixation étanche de l'enceinte 122, cette dernière comprenant une paroi cylindrique 144 pourvue d'une tubulure d'entrée 146 et d'une tubulure de sortie 148 pour le fluide caloporteur qui traverse l'enceinte. De même que pour les figures 1 et 2, le générateur de chaleur de la figure 3 comprend une source de tension 90 propre à créer un champ électrique entre les rotors et le carter et durcir ainsi le fluide électro-rhéologique. Le segment cylindrique 1281 est muni en outre intérieurement d'une bague d'étanchéité 62 et d'un palier 54 et, de façon correspondante, le segment cylindrique 1287 est muni intérieurement d'une bague d'étanchéité 66 et d'un palier de roulement 68. Le dispositif de l-a figure 3 fonctionne de la même manière que les dispositifs des figures 1 et 2. I1 a l'avantage de pouvoir être réalisé de façon plus compacte, étant donné qu'il comprend plusieurs rotors et que la surface de frottement est ainsi nettement accrue, comparativement aux deux générateurs décrits précédemment. A titre d'exemple, le générateur de l'invention est capable de fournir une puissance de 5 kWatt avec une source de tension délivrant un courant de commande de 16 milliampères. Revendications 1.- Générateur de chaleur pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un coupleur à fluide électrorhéologique (10:120) monté de façon étanche à l'intérieur d'une enceinte (12r122) traversée par un fluide caloporteur susceptible d'être échauffé par échange thermique avec le fluide électro-rhéologique échauffé lors du frottement. 2.- Générateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coupleur à fluide électro-rhéologique (10;120) comprend un carter (14;124) pour renfermer le fluide électro-rhéologique, au moins un rotor (18;12611267) disposé à l'intérieur du carter (14;124) et entraînable en rotation par un arbre d'entraînement (20) traversant à étanchéité le carter, le fluide électro-rhéologique étant confiné entre le carter et le(s) rotor(s), ainsi que des moyens (90) pour assurer le passage d'un courant électrique entre le carter et l'arbre d'entraînement. 3.- Générateur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'enceinte (12;122) et le carter (14;124) sont disposés coaxialement autour de l'arbre d'entraînement (20). 4.- Générateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le carter (14;124) a une forme générale de révolution s'adaptant à celle du(des) rotor(s) pour assurer le confinement du fluide électro-rhéologique. 5.- Générateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un seul rotor (18) comprenant un disque (22) calé et centré sur l'arbre d'entraînement (20), et au moins un élément généralement cylindrique (26;94) rattaché, à mi-longueur, au disque et s'étendant coaxialeme.wt à l'arbre d'entraînement (20). 6.- Générateur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le carter comprend deux tubes cylindriques coaxiaux (28,30) pour assurer le passage étanche de l'arbre d'entraînement (20), une paire de parois en vis-à-vis (32,34) raccordées aux deux tubes et entourant le disque (22), ainsi qu'au moins une paire de parois généralement cylindriques coaxiales (36,38,44,46;98,102,108, 110) reliées aux deux parois en vis-à-vis et délimitant un logement pour le(s) élément(s) cylindrique(s) lié(s) au(x) rotor(s). 7.- Générateur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux tubes cylindriques (28,30) du carter (14) ont chacun une extrémité libre cylindrique (54,58) de plus grand diamètre, incorporant une bague d'étanchéité (62,66) et un palier de roulement (64,68), et en ce que l'enceinte (12) comprend deux collets cylindriques (74,86) fixés à étanchéité respectivement autour des deux extrémités libres des conduits. 8.- Générateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs rotors (1261 ... 1266) constitués chacun par des disques coaxiaux solidaires de l'arbre d'entraînement (20). 9.- Générateur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le carter (14) comprend une multiplicité de segments tubulaires coaxiaux (1281 ... 1287) qui entourent l'arbre d'entraînement et qui sont reliés entre eux par des paires d'éléments annulaires (1301 et 1321 ... 1306 et 1326) et par des éléments cylindriques (1341 1346). 10.- Générateur de chaleur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le carter (124) comprend deux parois annulaires d'extrémité (136,138) qui sont pourvues d'un rebord périphérique (140,142) et en ce que l'enceinte (122) comprend une paroi cylindrique (144) fixée à étanchéité autour des deux rebords cylindriques. 11.- Générateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'application de tension comprennent une source de tension (90) reliée d'une part au carter (14,124) et d'autre part à l'arbre (20) par l'intermédiaire d'une bague de contact (92).