Brevet FR2675745A1 — publié le 19921030

DISPOSITIF GENERATEUR DE~CH, ALEUR POUR VEHICULES La presente invention concerne un dispositif générateur de chaleur pour véhicules, et plus particulièrement un dispositif dégageant de la chaleur vers l'extérieur par l'intermédiaire de l'eau de refroidissement d'un moteur. Par temps de froid, le pare-brise d'un véhicule automobile ayant séjourné dehors est souvent couvert de givre ou de neige. Dans ce cas, il nzest pas facile de dégivrer le pare-brise au moyen d'un balai d'essuie- glace. L'essuie-glace est de plus inutilisable dans la partie située pres du bord inférieur de la vitre du pare-brise. I1 a déja été réalisé un dispositif générateur de chaleur, pour chauffer un pare-brise, utilisant l'eau de refroidissement du moteur. Ce dispositif générateur de chaleur est represente sur la figure 6. Il comprend un tube chauffant 4 dispose dans le bord inferieur du pare-brise. Le tube chauffant 4 est en communication avec le circuit d'eau de refroidissement 2 d'un moteur 1 et fait circuler cette eau de refroidissement. Le pare-brise est donc chauffé au moyen de l'eau de refroidissement du moteur qui passe par le tube chauffant 4 et l'élévation de la temperature fait fondre le givre ou la neige. Sur la figure 6, les références 3 et 5 désignent respectivement un radiateur et un thermostat usuels. On connaTt, en outre, un dispositif générateur de chaleur pour chauffer l'intérieur d un véhicule. Ce dispositif chauffe l'air provenant dVune soufflante en lui communiquant la chaleur de l'eau de refroidissement du moteur qui s 'écoule dans un échangeur de chaleur et transmet cette chaleur å l'intérieur d'un véhicule sous forme d'air chaud. Les dispositifs générateurs de chaleur connus ont pour inconvénient que, la température de 1 'eau de refroidissement du moteur ne montant pas des que le moteur démarre, il n'est pas possible de dégivrer le pare-brise ni de chauffer l'intérieur du véhicule lorsque ce dernier est utilisé immédiatement apres le démarrage du moteur. Cette tendance est tres nette par temps de froid ou le besoin d'un dispositif de chauffage est fortement ressenti. Un but de la présente invention est donc de créer un dispositif générateur de chaleur, de construction simple et d'entretien facile, susceptible de chauffer un agent echangeur de chaleur, par exemple un liquide, de l'air ou autre, quand le vehicule est utilisé immédiatement apres le démarrage du moteur, afin de communiquer, par l'intermédiaire de cet agent, la chaleur å une vitre de pare-brise etXou de lunette arrière, d'automobile. Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif générateur de chaleur pour véhicule pouvant dégivrer la vitre du pare-brise et pour chauffer l'habitacle du véhicule lorsqu'il est utilisé immédiatement apures le demarrage du moteur. Un autre but encore de la présente invention est de fournir un dispositif générateur de chaleur pour véhicule pouvant accélérer l'échauffement du moteur. Pour atteindre ces objectifs, le dispositif generateur de chaleur pour véhicule comprend - un premier échangeur de chaleur, monté dans le circuit d'eau de refroidissement d'un moteur et réchauffant un agent échangeur de chaleur au moyen de l'eau de refroidissement qui circule å lfintêrieur, - une pompe à chaleur chimique comprenant un premier réservoir dans lequel est stockee une substance absorbante, un second réservoir communiquant avec le premier réservoir par une conduite et contenant un liquide de condensation, et une soupape pour ouvrir et fermer sélectivement la conduite, et - un second échangeur de chaleur monté dans le circuit d'eau de refroidissement du moteur et chauffant l'eau qui y circule au moyen de la substance absorbante contenue dans le premier réservoir. Des buts et avantages additionnels de la présente invention apparaÇtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-apres de modes de réalisation en se référant aux dessins annexes sur lesquels ; la figure 1 est une vue en perspective d'un véhicule équipé d'un mode de réalisation d'un dispositif générateur de chaleur selon la présente invention la figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif générateur de chaleur pour véhicule selon la présente invention ; la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1 ; la figure 4 est un diagramme caractéristique montrant la relation entre la température et la pression du premier et du second réservoirs, respectivement ;; la figure 5 est un diagramme schematique montrant la relation entre la duree necessaire, apres le démarrage du moteur, et la température du premier reservoir et la température de l'eau de refroidissement, respectivement ; et la figure 6 est une représentation schematique du dispositif générateur de chaleur pour véhicules selon l'art antérieur. Un dispositif générateur de chaleur pour véhicules, constitué selon un mode de réalisation de la présente invention, va maintenant être décrit en référence aux dessins. La figure 1 et la figure 2 représentent schématiquement un dispositif générateur de chaleur comprenant un tube chauffant 14, une pompe à chaleur chimique C et un échangeur de chaleur 20. Dans ce mode de réalisation, le tube chauffant 14 est réalisé pour constituer le premier echangeur de chaleur selon la présente invention et la chaleur de l'eau de refroidissement du moteur est communiquée au pare-brise 13 par le tube chauffant 14. Ce dernier est monté dans un circuit 11 à eau de refroidissement du moteur 10. Le circuit 11 comporte un radiateur 12 et un thermostat 12a. L'eau qui traverse ces éléments est dirigée vers le tube chauffant 14.Ce tube chauffant 14 est fixé à une moulure en verre 15, qui recouvre le bord inferieur du pare-brise 13, par une soudure 16 ou analogue, comme on le voit sur la figure 3. Sur la figure 3, la reference 17 désigne un adhésif pour coller la vitre 13 d'un pare-brise à la carrosserie 18 d'un véhicule et la référence 19 désigne un balai d'essuie-glace. Un circuit de privation 32 est monté parallèlement au tube chauffant 14 dans le circuit à eau de refroidissement du ml et un second échangeur de chaleur 20 est monté dans ce circuit de dérivation 32. Ainsi, l'eau de refroidissement qui va de la pompe à eau (non représentée) au tube chauffant 14 passe également dans le circuit de dérivation 32 et par le second échangeur de chaleur 20. Un premier reservoir 21, contenant une substance absorbante 22, telle que du CaCl2 ou analogue, est monte à côté du second échangeur de chaleur 20. Ce premier réservoir 21 communique avec un second réservoir 24 contenant un liquide de condensation 25, tel que du NH3 ou analogue, par une conduite 23 sur laquelle est monte une soupape électromagnétique 26 du type normalement fermé qui ouvre et ferme sélectivement la communication dans la conduite 23. Dans ce mode de réalisation5 la soupape électromagnétique 26 est commande par un signal électrique provenant d'un dispositif de commande 28 quand un interrupteur d'allumage 27 est fermé, et elle ouvre la communication dans la conduite 23. Ainsi, le premier réservoir 21, avec la substance absorbante 22, la conduite 23, le second réservoir 24, avec le liquide de condensation 25, et la soupape électromagnétique 26 constituent une pompe à chaleur chimique C. Sur la figure 2, la référence 35 désigne une batterie, généralement celle du véhicule. Dans ce mode de réalisation, une pompe de type centrifuge 29 est montée dans le circuit de dérivation 32 qui fait communiquer le tube chauffant 14 avec l'échangeur de chaleur 20. La pompe 29 est entraSnêe par un moteur électrique 30. Ce dernier est mis en route par un signal électrique emis par le dispositif de commande 28 lorsque la temperature de l'eau, détectée au moyen d'une sonde de température 31 envoyant un signal au dispositif de commande, est inférieure à la température prescrite. En outre, une soupape électromagnétique 33 du type normalement ouvert est montee dans le circuit d'eau de refroidissement 11 pour contrôler la communication entre le tube chauffant 14 et le moteur 10.La soupape électromagnétique 33 est commandée par un signal électrique, provenant du dispositif de commande 28, lorsqu'une température de l'eau inférieure à la température prescrite est détectée au moyen de la sonde de temperature 31 ; elle se ferme alors pour empêcher la circulation entre le moteur 10 et le second echangeur de chaleur 20, En outre, dans ce mode de réalisation, un interrupteur 34 du type normalement fermé est monte dans le circuit électrique qui relie le dispositif de commande 28 et la soupape électromagnétique 33.Ainsi, même si la temperature de l'eau est inférieure à la température prescrite, il peut permettre ou empêcher sélectivement la circulation de l'eau de refroidissement entre le moteur 10 et l'échangeur de chaleur 20 malgre la valeur du signal électrique provenant de la sonde de température 31. Le mode de réalisation décrit ci-dessus du dispositif générateur de chaleur pour véhicule fonctionne de la façon suivante. En se référant à la figure 2, lorsqu'un délai suffisant de par exemple 10 minutes s'est écoulé apres le démarrage du moteur 10 et quand la température de l'eau de refroidissement détectée par la sonde 31 dépasse la température prescrite, la soupape électromagnétique 33 n'est plus commandée à la fermeture par le dispositif 28, et s'ouvre ou reste ouverte. Ainsi, le passage du fluide entre le tube chauffant 14 et le moteur 10 est autorisê. Comme l'alimentation du moteur électrique 30 n'est plus commandée par le dispositif 28, toujours en raison de la valeur du signal de la sonde de température 31, la pompe 29 n'est pas non plus entraînée.La soupape électromagnétique 26 par contre est commandée à l'ouverture et autorise la communication, par la conduite 23, entre les réservoirs 21 et 24. Dans ces conditions, comme la pompe 29 est de type centrifuge, l'écoulement de l'eau de refroidissement dans le circuit de dérivation 32 est autorisé même quand le moteur électrique 30 r. t à l'arrêt. Donc de l'veau de refroidissement du moteur suffisamment chaude, qui est refoulée par la pompe à eau (non représentée) est mise en circulation dans le tube chauffant 14 par le circuit 11 et dans le second échangeur de chaleur 20 par le circuit de dérivation 32, respectivement. Ainsi, la chaleur de cette eau est transmise au premier reservoir 21 qui est voisin du second échangeur de chaleur 20, et la substance absorbante 22 (CaCI2 ou analogue) du premier réservoir 21 est chauffée.Le resultat est que le liquide de condensation 25 (NH3 ou analogue) qui a eté absorbé par la substance absorbante 22 est fractionné et pénètre, a l'état gazeux, dans le second réservoir 24 par l'intermédiaire de la soupape électromagnétique 26 et de la conduite 23. Cette réaction chimique est montrée par la formule suivante CaCl 28NH3 ^ CaClz4NH3 + 4NH3 Cette formule montre que la proportion de liquide de condensation 25 dégagée est de 4 moles (4NH3) pour 8 moles (8NH3) du liquide de condensation 25 qui a été absorbé par la substance absorbante 22 (CaCl2), ceci signifiant que 50% peuvent être fractionnés. Cette réaction est expliquée par le cycle de pompage de chaleur chimique montré à la figure 4 comme suit. Si l'on se réfère à la figure 4, quand une quantité de chaleur +Qc est envoyée au premier réservoir 21 au point C (la température du premier réservoir 21 est de Tc et sa pression est de P=), le gaz NH3 qui a été absorbé dans le CaCl2 est fractionné et envoyé dans le second réservoir 24 dont la température est inférieure à Td ( Dans ces conditions, quand l'interrupteur d'allumage 27 est ouvert et quand le moteur 10 est arrêté, la circulation de l'eau de refroidissement est arrêtée et la soupape électromagnétique 26 n'est pas commande. Ainsi, la communication dans la conduite 23 est fermée pour le fluide. Ensuite, lorsque la température du moteur 10 descend et quand 7a température du second réservoir 24 tombe à TA, ce dernier parvient à une condition de repos à la pression P*. Quand la vitre 13 du pare-brise givre, TA tombe au dessous de 0 et la température de l'eau de refroidissement baisse également. A ce stade, quand on ferme l'interrupteur d'allumage 27 pour démarrer le moteur 10, la soupape électromagnétique 26 est commande à l'ouverture et le passage du fluide par la conduite 23 est autorisé, la pression dans le reservoir 24 tombe et l'ammoniac NH3 liquide s'évapore en entraînant la chaleur d'évaporation sQ. Le gaz NH3 évapore est envoyé dans le premier réservoir 21 et absorbé par le CaCl2. A ce moment, comme la chaleur d'absorption -Qb est engendrée, la temperature du premier réservoir 21 monte jusqu'à T@ et l'eau de refroidissement est chauffée par le second echangeur de chaleur 20.A ce stade, comme la température de l'eau de refroidissement est inférieure à la temperature prescrite, la soupape électromagnétique 33 est commandée par le signal du dispositif de commande 28 et interrompt le passage du fluide entre le moteur 10 et le tube chauffant 14. De plus, comme l'eau ne peut circuler dans le tube chauffant 14 au moyen de la pompe à eau (non représentée), le moteur 30 est alimenté et la pompe 29 est entraînée. Elle envoie l'veau de refroidissement dans le circuit de dérivation 32 entre le second échangeur de chaleur 20 et le tube chauffant 14. Cette eau peut ainsi céder efficacement la chaleur qui est générée dans le premier reservoir 21 au tube chauffant 14 par l'intermédiaire du second échangeur de chaleur 20. En consequence, elle peut chauffer immédiatement le bord inférieur du pare-brise 13 quand le moteur 10 a été démarré et elle peut éliminer immédiatement le givre et la neige du pare-brise 13. Du fait de la relation entre le temps nécessaire à partir du moment ou le moteur 10 démarré d'une part et la température du premier réservoir 21 et celle de l'eau de refroidissement, qui sont montrées à la figure 5 d'autre part, la température du premier réservoir 21 monte immédiatement des que le moteur 10 a démarré et cette chaleur est transmise au tube chauffant 14, à travers le second échangeur de chaleur 20, par l'eau de refroidissement. Quand la réaction d'absorption de la pompe à chaleur chimique C parvient à sa fin, la température du premier réservoir 21 descend. Cependant, à ce moment, la durée est parvenue a Tr depuis que le moteur 10 est démarré, et la température de l'eau de refroidissement monte audela de la valeur de la température prescrite T*. L'eau de refroidissement est donc mise en circulation dans le tube chauffant 14 et le second changeur de chaleur 20, et la chaleur qui est générée par le moteur est transmise au tube chauffant 14 et au premier réservoir 21 par le second êchangeur de chaleur 20.Ensuite, quand la température de l'eau de refroidissement remonte à T, le NH3 gazeux qui avait ete absorbé par le CaCl2 est à nouveau fractionné et la pompe à chaleur chimique C se prépare pour le chauffage suivant. Comme mentionné ci-dessus, dans ce mode de realisation, il est possible de chauffer le bord inferieur d'un pare-brise 13 quand le véhicule est utilisé immediatement après que le moteur a été démarré. Le systeme est capable d'éliminer immédiatement le givre et la neige d'un pare-brise 13. Quand le véhicule est remisé dans un garage couvert, le givre et la neige ne gèlent pas sur le pare-brise. Dans un tel cas et comme on peut autoriser selectivement la circulation de l'eau de refroidissement entre le moteur 10 et le second échangeur de chaleur 20 en ouvrant l'interrupteur 27, malgré l'état du signal électrique provenant du capteur de température d'eau 31, il est possible de mettre en circulation l'eau de refroidissement chauffée par le second échangeur de chaleur 20 dans le moteur 10. En conséquence, on peut accélérer l'échauffement du moteur 10 et diminuer les dépenses en carburant et les émissions de gaz d'échappement. Selon ce mode de réalisation, comme le dispositif générateur de chaleur peut fonctionner sans que le moteur 10 ne tourne, il est aussi possible d'actionner le dispositif générateur de chaleur au moyen d'une minuterie ou d'une commande à distance. Ce mode de réalisation est du type dans lequel le tube chauffant 14 est monté comme premier échangeur de chaleur de la présente invention. Mais selon la présente invention, il est possible de monter un chauffeur-condenseur connu en tant que premier échangeur de chaleur. Il est donc possible de chauffer l'air qui est envoyé à l'intérieur d'une automobile par un ventilateur. Comme mentionné ci-dessus et selon la présente invention, on peut également chauffer un agent échangeur de chaleur, par exemple de l'eau, de l'air ou autre quand le véhicule est utilisé immédiatement après que le moteur a été démarré. Il est donc possible d'éliminer immédiatement et facilement le givre et la neige d'un pare-brise et de chauffer l'intérieur d'un véhicule. De cette maniere, on peut assurer facilement la visibilité nécessaire à la conduite et en améliorer la sécurité avec des performances de confort. Par ailleurs et selon la présente invention, on peut accélérer l'échauffement du moteur. Ainsi, on peut utiliser avantageusement le dispositif generateur de chaleur par temps froid et diminuer les depenses en carburant ainsi que la génération de gaz d'échappement. En outre, selon la présente invention, comme la structure du dispositif générateur de chaleur est simple et ne comprend pas de pièces d'usure, les performances d'entretien sont bonnes. Les principes, le mode de réalisation prefere et les modes de fonctionnement de la présente invention ont été exposés dans la description qui precede. Cependant, l'invention n'est pas limitêe aux formes particulières qui ont été décrites. Ainsi la lunette arrière de véhicule peut être dégivrée de la même façon que le pare-brise. Des variantes et des modifications peuvent également être apportées par l'homme de l'art sans s'écarter de l'esprit de la présente invention. REVENDICATIONS 1. - Dispositif générateur de chaleur pour véhicules, caracterise en ce qu'il comprend - un premier échangeur de chaleur (14) monte dans le circuit d'eau de refroidissement d'un moteur et chauffant un agent échangeur de chaleur au moyen de l'eau qui y circule, - une pompe à chaleur chimique (C) comportant un premier reservoir (21) contenant une substance absorbante (22), un second reservoir (24) communiquant avec le premier réservoir par une conduite (23) et comprenant un liquide de condensation (25), et une soupape (26) pour ouvrir et fermer sélectivement la conduite, et - un second échangeur de chaleur (20) monté dans le circuit d'eau de refroidissement et chauffant l'eau de refroidissement qui y circule au moyen de la substance absorbante contenue dans le premier réservoir (21). 2. - Dispositif générateur de chaleur pour véhicules selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier echangeur de chaleur (14) est constitué par un tube chauffant, dispose le long d'au moins un bord du pare-brise (13) d'un véhicule, et à travers lequel circule l'eau de refroidissement du circuit de refroidissement d'un moteur. 3. - Dispositif générateur de chaleur pour véhicules selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une sonde de temperature (21) afin de detecter la temperature de l'eau de refroidissement, et une soupape (33) pour interrompre le circuit d'eau de refroidissement et empêcher la circulation entre le moteur et le second echangeur de chaleur (20) quand la sonde (21) de détection de la temperature de l'eau de refroidissement detecte que cette température est inferieure à la température prescrite 4. - Dispositif générateur de chaleur pour véhicules selon la revendication 3, caracterise en ce qu'il comprend en outre un interrupteur (34) pour commander la position de la soupape (33) en dépit de la temperature de 'eau de refroidissement. 5. - Dispositif generateur de chaleur pour véhicules selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pompe (29) montée dans le circuit d'eau de refroidissement entre le premier échangeur de chaleur (14) et le second echangeur de chaleur (20) et qui met en circulation l'eau de refroidissement entre les deux echangeurs quand la sonde de détection de la temperature (31) de l'eau de refroidissement detecte que cette temperature est inférieure à la température prescrite.