Brevet FR2917997A1 — publié le 20090102

Système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule L'invention concerne un système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne. Un moteur à combustion interne génère de la chaleur et il est nécessaire de prévoir des moyens d'évacuation de celle-ci. Un circuit de refroidissement permet de récupérer la chaleur du moteur et différents échangeurs thermiques de ce circuit de refroidissement permettent d'évacuer cette chaleur, notamment vers le système de chauffage de l'habitacle du véhicule. Cependant, l'amélioration des rendements des moteurs à combustion interne entraîne une diminution des échanges calorifiques entre le moteur et le circuit de refroidissement. De ce fait, les échanges entre le circuit de refroidissement et les échangeurs de chaleur du système de chauffage de l'habitacle sont aussi diminués, et la vitesse de montée en température de l'habitacle est plus lente. La publication FR 2 769 666 propose de placer un échangeur de chaleur sur une tubulure d'échappement du moteur pour transférer directement une partie de la chaleur des gaz d'échappement au circuit de refroidissement du moteur de manière à accélérer la montée en température du liquide de refroidissement et donc celle de l'habitacle. Cependant un tel dispositif ne permet pas une montée en température rapide du chauffage de l'habitacle durant des phases d'arrêt ou de ralenti du moteur du véhicule. Le but de l'invention, est de proposer un système amélioré de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne permettant notamment une régulation précise de la température de l'habitacle et une montée en température rapide de l'habitacle. Dans ce but, l'invention propose un système de régulation thermique d'un moteur comportant un générateur à effet Seebeck dont une source chaude est la tubulure d'échappement du moteur pour générer un courant électrique, un accumulateur électrique pour stocker le courant généré, un élément de chauffage de l'habitacle et des moyens de commande pour fournir du courant de l'accumulateur à l'élément de chauffage de l'habitacle. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le générateur peut comporter une source froide refroidie par de l'air, cette source froide pouvant comporter une paroi cylindrique entourant au moins partiellement la tubulure d'échappement, et des moyens de canalisation pour faire circuler l'air entre la paroi et la tubulure. Les moyens de canalisation peuvent comporter des parois convergentes en direction de la tubulure. Le système peut comporter des fils de thermocouples qui s'étendent radialement et relient la tubulure et la paroi de la source froide, ces thermocouples pouvant être de type J ou de type E. Les moyens de canalisation peuvent comporter des cloisons dans des plans axiaux. Le générateur peut comporter un assemblage de secteurs placés autour de la tubulure. L'élément de chauffage peut être composé d'au moins une résistance électrique, et peut être placé soit dans un flux d'air soufflé vers l'habitacle, soit dans un circuit de refroidissement du moteur en amont d'un échangeur avec un système de chauffage de l'habitacle du véhicule. Les moyens de commande peuvent réguler la température de l'habitacle à une température de consigne. L'invention sera désormais décrite dans des exemples en référence aux dessins annexés suivants : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de régulation selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un générateur selon un premier mode de réalisation ; - la figure 3 est un schéma d'un secteur pour former un générateur ; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2 ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un générateur selon un deuxième mode de réalisation ; et la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5. Un moteur 2 à combustion interne comporte une tubulure d'échappement 4 pour évacuer des gaz de combustion, et un circuit de refroidissement (non représenté) pour évacuer une partie de la chaleur générée par le moteur à combustion interne 2. Un système de régulation 1 de la température de l'habitacle conforme à l'invention est représenté sur la figure 1. Il comporte un générateur 10 à effet Seebeck pour générer un courant électrique et un accumulateur 11 électrique apte à stocker le courant généré. Le générateur 10 est monté sur la tubulure d'échappement 4. L'accumulateur 11 alimente en courant un élément de chauffage 13, tel que des résistances électriques, permettant de chauffer directement l'air soufflé vers l'habitacle ou de chauffer le liquide de refroidissement en amont de l'échangeur de chaleur avec le système de chauffage de l'habitacle. Des moyens de commande 12 reçoivent en entrée une mesure de la température de l'habitacle et/ou une consigne de température donnée par l'utilisateur, et fournissent du courant de l'accumulateur 11 à l'élément de chauffage 13. Le générateur 10 comporte une source chaude TC qui est la tubulure d'échappement 4, et une source froide TF qui est une paroi conductrice 14 thermiquement et exposée à un flux d'air. Le générateur 10 comporte une série de thermocouples 101 reliés électriquement entre eux en série ou en parallèle pour adapter le niveau des grandeurs électriques, par des connexions 102 réalisées au niveau de la source froide 14. Dans un premier mode de réalisation, le générateur 10, montré sur les figures 2 à 4, est réalisé par l'assemblage de quatre secteurs 103 placés autour de la tubulure. Deux sangles 104 serrent les extrémités respectives des secteurs 103 pour les maintenir en appui contre la tubulure 4. La structure des secteurs 103 est réalisée par exemple en céramique. Chaque secteur 103 comporte une paroi de source chaude 1030, deux cloisons 1031, une paroi de source froide 14 et un pavillon 1032. La paroi de source chaude 1030 est en contact avec la tubulure 4 afin de recevoir sa chaleur. Les cloisons 1031 sont sensiblement dans des plans axiaux de la tubulure 4 et perpendiculaires entre eux. La paroi de source froide 14 est une portion cylindrique de même axe que la tubulure 4 et est prolongée par le pavillon 1032 Chaque thermocouple 101 comporte un premier fil 1011 d'une première matière et un deuxième fil 1012 d'une deuxième matière, différente de la première matière. Le premier 1011 et le deuxième fil 1012 du même thermocouple 101 sont connectés entre eux par une soudure chaude 1013. La première matière est par exemple du fer, tandis que la deuxième matière est du constantan, alliage de cuivre et de nickel, de manière à réaliser des thermocouples de type J. En utilisant du chromel, alliage de chrome et de nickel, pour la première matière, on réalise des thermocouples de type E. Les soudures chaudes 1013 sont enrobées d'un ciment réfractaire 1033 déposé sur la face extérieure 1034 de la paroi de source chaude 1030. Le ciment 1033 isole électriquement les soudures chaudes 1013 entre elles. Les thermocouples 101 sont organisés par exemple en nappe s'étendant dans des plans axiaux, plusieurs nappes étant disposées régulièrement réparties entre les cloisons 1031. Les thermocouples 101 d'une même nappe sont par exemple connectés en série, comme montré sur la figure 2, en réalisant une connexion 102 entre le deuxième fil 1012 d'un thermocouple et le premier fil 1011 du thermocouple suivant. Les nappes peuvent être connectées entre elles en série ou en parallèle. Les connexions 102 sont enrobées d'un ciment 1035 déposé sur la face intérieure de la paroi de source froide 14. Le ciment 1035 isole électriquement les connexions 102 entre elles. De l'air est guidé par le pavillon 1032 dans l'espace entre la paroi de source chaude 1030 et la paroi de source froide 14. Du fait de la différence de température entre la paroi de la source chaude 1030 et la paroi de la source froide 14, une tension, appelée aussi force électromotrice, apparaît aux bornes de chaque thermocouple 101. Comme les thermocouples 101 sont connectés en série, les forces électromotrices s'additionnent et on mesure une tension Vji entre le premier et le dernier thermocouple de la série. Plusieurs séries telles que celle décrite précédemment peuvent être connectées entre elles en parallèle afin d'obtenir une puissance importante. A titre d'exemple, avec une source chaude à 500 C, une source froide à 100 C et 856 thermocouples de type E en série, on peut produire 45 W sous 12V. Dans un deuxième mode de réalisation du générateur 10', représenté sur les figures 5 et 6, la structure de ce dernier est intégrée à la tubulure 4 et réalisée par assemblage mécano-soudé. Le générateur 10' n'est pas séparé en secteurs mais est d'un seul tenant avec la tubulure 4. Les thermocouples sont fixés de la même manière que dans le premier mode de réalisation. L'accumulateur 11 peut être un accumulateur auxiliaire ou l'accumulateur principal. Il peut être d'un type classique parmi ceux que l'on peut trouver à bord d'un véhicule. Il comporte éventuellement une électronique de gestion de la charge. Dans chacun de ces exemples, le système de régulation 1 peut comporter au moins une sonde de température, non représentée, pour mesurer la température de l'habitacle. Les moyens de régulation 12 reçoivent cette information de température et pilotent l'alimentation électrique des résistances 13 de manière classique pour obtenir une température de consigne de l'habitacle définie par l'utilisateur. Ainsi, lorsque le moteur à combustion interne 2 du véhicule fonctionne il génère des gaz d'échappement chaud qui sont évacués par une tubulure d'échappement 4. Le générateur 10 décrit ci-dessus convertie la chaleur des gaz d'échappement en énergie électrique qui est stockée dans l'accumulateur 11. Lorsqu'une consigne de chauffage de l'habitacle est donnée, l'élément de chauffage 13, alimenté en énergie électrique fournie par l'accumulateur 11, permet de réchauffer rapidement l'air de l'habitacle. Cet élément de chauffage électrique 13 n'étant pas lié à la chaleur fournie par le moteur 2, le chauffage de l'habitacle peut avantageusement fonctionner lorsque le moteur 2 ne produit pas ou pas assez de chaleur comme à l'arrêt ou au démarrage. De plus, ce système permet avantageusement de limiter les pertes d'énergie et lutter contre la pollution, en convertissant une partie de la chaleur inutilisée des gaz d'échappement en énergie électrique stockée, pour être ensuite disponible à tout moment par différents éléments électriques du véhicule dont l'élément de chauffage 13. REVENDICATIONS 1. Système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule comportant un moteur à combustion interne (2) avec une tubulure d'échappement (4) pour évacuer des gaz de combustion, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur (10) à effet Seebeck dont une source chaude est la tubulure d'échappement (4) pour générer un courant électrique, un accumulateur (11) électrique pour stocker le courant généré, un élément de chauffage (13) de l'habitacle et des moyens de commande (12) pour fournir du courant de l'accumulateur (11) à l'élément de chauffage (13). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le générateur (10) comporte une source froide (14) refroidie par de l'air. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel la source froide comporte une paroi (14) cylindrique entourant au moins partiellement la tubulure (4) d'échappement, et des moyens de canalisation (1031, 1032) pour faire circuler l'air entre la paroi (14) et la tubulure (4). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel les moyens de canalisation (1031, 1032) comportent des parois convergentes (1032) en direction de la tubulure (4). 5. Système selon une des revendications 3 à 4, dans lequel des fils (1011, 1012) de thermocouples (101) s'étendent radialement et relient la tubulure (4) et la paroi de la source froide (14). 30 6. Système selon une des revendications 3 à 5, dans lequel les moyens de canalisation comportent des cloisons (1031) dans des plans axiaux.25 7. Système selon la revendication 3, dans lequel le générateur (10) comporte un assemblage de secteurs (103) placés autour de la tubulure (4). 8. Système selon la revendication 5, dans lequel les thermocouples 5 (101) sont de type J ou de type E. 9. Système selon une des revendications précédentes, dans lequel l'élément de chauffage (13) est composé d'au moins une résistance électrique. 10. Système selon une des revendications précédentes, dans lequel l'élément de chauffage (13) est placé dans un flux d'air soufflé vers l'habitacle. 15 11. Système selon une des revendications 1 à 9, dans lequel l'élément de chauffage (13) est placé dans un circuit de refroidissement du moteur en amont d'un échangeur avec un système de chauffage de l'habitacle du véhicule. 20 12. Système selon une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande (12) régulent la température de l'habitacle à une température de consigne. 10