Brevet FR2938633A1 — publié le 20100521

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE DE LIQUIDE POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un dispositif de chauffage d'une 5 quantité de liquide pour un véhicule automobile. On s'intéresse dans la suite principalement mais non exclusivement au dispositif de chauffage d'un liquide de nettoyage, apte à être relié d'une part, à un réservoir contenant ledit liquide de nettoyage, et d'autre part, à au moins un gicleur placé à proximité 10 d'une surface à nettoyer d'un véhicule automobile, telles que le pare-brise et/ou la lunette arrière. Dans ce cas, le nettoyage des surfaces vitrées est réalisé par action conjointe du système permettant au liquide d'arriver jusqu'à ces surfaces, et du système d'essuyage à un ou deux balais équipant le véhicule. 15 Cependant, la présente invention peut également être utilisée dans le cadre du nettoyage d'autres surfaces, par exemple les parties extérieures des projecteurs ou phares, ou bien pour le chauffage de tout liquide. Il est déjà connu qu'un nettoyage amélioré des surfaces vitrées 20 peut être obtenu en chauffant le liquide de nettoyage avant qu'il ne soit projeté sur la surface à nettoyer au moyen du ou des gicleurs. Par ailleurs, le liquide de nettoyage chauffé peut également aider à des opérations de dégivrage du pare-brise. Différentes solutions ont déjà été proposées pour permettre une 25 élévation de la température du liquide lave-glace : Une première solution connue consiste à utiliser directement l'énergie du moteur du véhicule automobile pour chauffer le liquide de nettoyage. Les températures obtenues sont cependant trop importantes, typiquement supérieures à 70°C, ce qui crée le risque 30 d'occasionner des brûlures graves sur des personnes se trouvant à proximité du véhicule. Une autre solution connue consiste à chauffer le liquide en utilisant l'énergie du radiateur du véhicule automobile. Cette solution a cependant été peu utilisée car il est nécessaire d'attendre que le moteur chauffe un certain temps avant de pouvoir effectivement élever la température du liquide de nettoyage. Dans une troisième solution proposée, une résistance placée directement dans le réservoir de liquide de nettoyage permet de chauffer ce liquide. Cette solution n'est cependant pas optimale du fait que l'ensemble du liquide contenu dans le réservoir doit à chaque fois être chauffé alors que seule une petite quantité de liquide est prélevée, augmentant de ce fait inutilement le temps de chauffage, et détruisant à terme les propriétés intrinsèques du liquide. Les dernières solutions connues consistent à utiliser un dispositif de chauffage placé dans le chemin de circulation du liquide entre le réservoir de liquide et le ou les gicleurs, permettant d'élever la température d'une quantité de liquide prélevée dans le réservoir au moment où l'on actionne la commande du lave-glace, généralement par le levier de commande placé à côté du volant et contrôlant entre autre l'actionnement des essuie-glace. Parmi ces solutions, le chauffage proprement dit s'effectue soit par contact direct d'une résistance chauffante avec le liquide à chauffer, soit par contact indirect. On s'intéresse dans la suite au mode de chauffage par contact indirect, l'autre mode de chauffage par contact direct ayant pour inconvénient principal que les résistances chauffantes utilisées pour chauffer directement le liquide sont à des températures extrêmement élevées, ce qui entraîne localement une vaporisation du liquide. On connaît notamment du document US 7, 190, 893 un dispositif de chauffage du liquide lave-glace avec contact indirect, dans lequel des éléments électriques de chauffage sont mis en contact avec une masse en matériau thermiquement conducteur de façon à chauffer cette masse. Un chemin pour l'écoulement du liquide entre une entrée et une sortie est pratiqué directement dans la masse. Le liquide, lors de son passage le long de ce chemin, absorbe ainsi la chaleur de la masse. Les éléments électriques de chauffage sont constitués par une pluralité de résistances électriques chauffantes de forme générale cylindrique, s'étendant parallèlement dans la masse, de préférence surmoulées par le matériau thermiquement conducteur formant la masse. De telles résistances, outre le fait qu'elles présentent un encombrement non négligeable, doivent être alimentées au niveau de leurs deux bornes de connexion situées à leurs deux extrémités. En outre, la tension de chacune des résistances doit être contrôlée de manière à commander l'arrêt de l'alimentation de ces résistances de façon appropriée, en particulier dès lors que le liquide a atteint la température maximum souhaitée. Il en résulte la nécessité de prévoir, dans le dispositif, une carte de circuit imprimé pourvue de moyens de contrôle, typiquement d'une pluralité de MOSFETs, pour la gestion de l'alimentation de ces résistances chauffantes. Cette solution est en conséquence encombrante et coûteuse en raison des différents composants électroniques nécessaires. La présente invention a pour but de proposer un nouveau dispositif de chauffage palliant les inconvénients précités. Ce but est atteint selon l'invention qui propose un dispositif de chauffage de liquide pour véhicule automobile, comportant au moins une première pièce en matériau thermiquement conducteur, un chemin d'écoulement du liquide formé intégralement dans ladite première pièce pour permettre un écoulement du liquide entre une entrée et une sortie, et des moyens de chauffage électrique en couplage thermique avec ladite pièce aptes à chauffer ladite pièce pour permettre au liquide s'écoulant dans ledit chemin d'écoulement d'absorber la chaleur de ladite pièce, caractérisé en ce que ladite première pièce comporte une paroi de fond plane s'étendant dans un plan parallèle au chemin d'écoulement, en ce que les moyens de chauffage électrique comportent une pluralité de pierres plates à coefficient de température positif disposées en matrice dans un même plan, parallèlement et en contact thermique avec ladite paroi de fond, une première électrode unique sous forme d'une surface plane disposée parallèlement et en contact avec une première face de chaque pierre plate de ladite matrice, et une deuxième électrode unique sous forme d'une surface plane disposée parallèlement et en contact avec une deuxième face opposée à la première face de chaque pierre plate de ladite matrice. La première électrode unique est apte à être reliée à une première tension continue délivrée par la batterie du véhicule, et la deuxième électrode unique est apte à être reliée à une tension de masse. Dans un premier mode de réalisation possible, ladite première pièce est en matériau conducteur électrique et présente une borne de connexion électrique, et l'une quelconque des surfaces planes constituant l'une des électrodes parmi la première électrode ou la deuxième électrode est constituée directement par la paroi de fond plane de ladite première pièce. Dans ce cas, une couche de graisse électriquement et thermiquement conductrice est de préférence intercalée entre ladite paroi de fond formant électrode et les faces correspondantes des pierres de la matrice. En variante, ladite paroi de fond formant électrode est maintenue contre les faces correspondantes des pierres de la matrice par une couche de colle thermiquement conductrice. Dans un deuxième mode de réalisation possible, l'une quelconque des surfaces planes constituant la première électrode ou la deuxième électrode est constituée d'une feuille métallique déformable et de faible épaisseur placée en sandwich entre la matrice et la paroi de fond de la première pièce, ladite feuille présentant une borne de connexion électrique pour recevoir la première ou la deuxième tension continue. Le dispositif peut avantageusement comporter une deuxième pièce en matériau thermiquement conducteur, avec un deuxième chemin d'écoulement du liquide formé intégralement dans ladite deuxième pièce, ladite deuxième pièce comportant également une paroi de fond plane s'étendant dans un plan parallèle au deuxième chemin d'écoulement. Dans ce cas, la matrice comportant une pluralité de pierres plates est disposée parallèlement entre les parois de fond des dites première et deuxième pièces, en contact thermique avec chacune des dites parois de fond. La deuxième pièce peut être également en un matériau conducteur électrique et présenter une borne de connexion électrique. Dans ce cas, la paroi de fond de la deuxième pièce constitue avantageusement l'autre des électrodes parmi la première électrode ou la deuxième électrode. Selon une autre caractéristique, le dispositif de chauffage de liquide peut comporter en outre une structure en matériau électriquement isolant formant châssis pour recevoir et maintenir lesdites première et deuxième pièces et la matrice de pierres plates, ladite structure étant apte à assurer l'interface électrique pour l'alimentation des dites bornes de connexion électrique. Ladite structure forme avantageusement un châssis sensiblement parallélépipédique, délimité par une paroi périphérique formant cadre. La structure peut comporter une grille interne s'étendant dans un plan perpendiculaire à ladite paroi périphérique, chaque maille de la grille présentant une dimension adaptée pour accueillir une des pierres plates. La grille interne peut être avantageusement venue de moulage avec la structure. La paroi périphérique de la structure porte avantageusement un connecteur venu de moulage avec la structure, à l'intérieur duquel s'étendent parallèlement deux lames métalliques formant deux pattes de connexion électrique, chaque lame présentant une extrémité libre apte à recevoir la première ou la deuxième tension continue depuis l'extérieur de la structure. Les lames métalliques sont par exemple surmoulées dans la structure. Les avantages ainsi que d'autres particularités de l'invention seront détaillés dans la description qui suit d'un exemple de réalisation possible d'un dispositif de chauffage de liquide conforme à la présente invention, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 illustre en coupe les principaux éléments constitutifs d'un dispositif de chauffage selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - les figures 2a et 2b sont des vues en perspective respectivement assemblée et éclatée des principaux éléments du dispositif de la figure 1 ; - les figures 3 et 4 sont des perspectives illustrant un montage possible des éléments des figures 2a et 2b à l'intérieur d'une structure de maintien du dispositif servant d'interface de connexion électrique du dispositif avec l'extérieur ; - les figures 5a et 5b illustrent une variante de réalisation du 25 dispositif relative à l'alimentation électrique des éléments chauffants, respectivement en perspective éclatée et en coupe; En référence aux figures 1, 2a et 2b qui illustrent un mode de réalisation préféré bien que non limitatif de l'invention, le dispositif de chauffage de liquide pour véhicule automobile comporte deux pièces la, 30 lb en matériau thermiquement conducteur sensiblement identiques, chacune des pièces comportant un chemin 10a, 10b d'écoulement du liquide formé intégralement dans la pièce pour permettre un écoulement du liquide entre une entrée lia, iib et une sortie 12a, 12b. Différents matériaux peuvent être utilisés pour la fabrication des deux pièces, tels que de l'aluminium, ou une céramique à haute conductivité thermique. Pour des raisons qui seront apparentes dans la suite de la description, on utilisera de préférence un matériau qui présente à la fois une haute conductivité thermique et une conductivité électrique. Le dispositif comporte en outre des moyens de chauffage 14 mis en contact thermique avec chacune des deux pièces la, lb, servant à chauffer indirectement le liquide passant à l'intérieur des deux chemins d'écoulement 10a, 10b. Pour favoriser l'échange thermique entre le matériau thermiquement conducteur constituant chacune des deux pièces la et lb et le liquide, chaque chemin d'écoulement 10a, 10b suit de préférence un tracé en forme de labyrinthe, par exemple en forme de spirale. Dans l'exemple préféré représenté, chacune des pièces comporte sa propre entrée 11a, iib et sa propre sortie 12a, 12b, toutes munies d'une extrémité de connexion apte à recevoir de façon étanche des conduits ou tubes d'acheminement de liquide permettant de relier le dispositif d'une part, à un réservoir de liquide, et d'autre part, à un ou plusieurs systèmes nécessitant du liquide chauffé. Cet agencement permet une grande souplesse dans l'utilisation du dispositif de chauffage. Par exemple, dans le cas où l'on souhaite uniquement utiliser le chauffage du liquide pour un système de lave-glace associé au système d'essuyage du pare-brise du véhicule, il suffit de prévoir que l'une des entrées, par exemple l'entrée lla de la première pièce, soit reliée à un réservoir de liquide de lavage, que la sortie 12b de la deuxième pièce soit reliée à un ou plusieurs gicleurs du système de lave-glace, et que les chemins d'écoulement 10a et 10b soient connectés en série en reliant la sortie 12a de la première pièce avec l'entrée llb de la deuxième pièce. Dans ce cas, le dispositif de chauffage en tant que tel comporte une unique entrée, ici l'entrée lia, et une unique sortie, ici la sortie 12b. On peut également prévoir d'utiliser les chemins d'écoulement l0a et 10b de façon indépendante, par exemple pour le lavage d'une part, du pare-brise, et d'autre part, de la lunette arrière du véhicule, auquel cas l'entrée de chaque pièce sera reliée à son propre réseau d'entrée de liquide, et la sortie de chaque pièce à son propre réseau de sortie de liquide. Dans ce cas, le dispositif de chauffage en tant que tel présente en fait deux entrées indépendantes et deux sorties indépendantes. Pour faciliter les connexions pour l'écoulement du liquide, les 15 différentes entrées et sorties sont avantageusement prévues sur un même côté des deux pièces la et lb. En outre, selon un aspect important de la présente invention, chacune des dites première et deuxième pièces la, lb comporte une paroi de fond plane 15a, 15b s'étendant dans un plan parallèle au 20 chemin 10a, 10b d'écoulement qu'elle renferme, et une pluralité de pierres 14 à coefficient de température positif sont disposées en matrice dans un même plan, parallèlement et en contact thermique avec chacune des parois de fond. La matrice qui, dans l'exemple schématisé comporte six pierres 14, se retrouve ainsi prise en sandwich entre les 25 deux parois de fond 15a, 15b pour permettre un chauffage indirect du liquide dans les deux chemins d'écoulement 10a, 10b. L'utilisation de pierres à coefficient de température positif présente plusieurs avantages. Tout d'abord, la température de chauffage obtenue en alimentant électriquement ce type de 30 thermistances est auto-limitée. Plus précisément, ces thermistances montent en température jusqu'à obtenir une valeur de température sensiblement constante, correspondant à la température dite d'autorégulation. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir de dispositif de contrôle particulier pour la régulation de ces éléments. En outre, pour obtenir la montée en température d'une pierre plate à coefficient de température positif, il suffit de connecter électriquement l'une de ses faces à une première tension continue, l'autre des faces recevant une deuxième tension continue, typiquement la masse. Cela est mis à profit conformément à l'invention pour obtenir une structure très compacte en prévoyant seulement deux électrodes pour l'alimentation électrique simultanée de l'ensemble des pierres de la matrice. Ainsi, une première électrode est placée en regard et en contact électrique avec l'ensemble des premières faces des pierres pour recevoir une première valeur de tension continue, typiquement la tension délivrée par la batterie du véhicule, et une deuxième électrode est placée en regard et en contact électrique avec l'ensemble des deuxièmes faces des pierres, pour recevoir la valeur de tension neutre. Dans une première variante de réalisation selon l'invention représentée sur les figures 1 à 4, les électrodes d'alimentation sont constituées directement par les pièces la et lb. Pour ce faire, on choisit un matériau qui soit à la fois très bon conducteur thermique et très bon conducteur électrique, par exemple l'aluminium, pour la fabrication des première et deuxième pièces la et lb. Dans ce cas, il suffit de mettre les faces des pierres plates en contact direct avec respectivement la paroi de fond 15a de la première pièce la et la paroi de fond 15b de la deuxième pièce lb. On prévoit en outre une borne de connexion 16a, 16b formée intégralement dans chacune des pièces la, lb, pour pouvoir relier les pièces respectivement à la tension de la batterie et à la masse. Pour assurer un bon contact, les parois de fond 15a, 15b des pièces la et lb sont maintenues en pression contre les faces des pierres, en utilisant soit des vis pour le maintien des pièces la, lb, soit une couche de colle recouvrant de chaque côté les faces des pierres. Dans le cas où l'on utilise des vis, on peut prévoir avantageusement d'intercaler, entre les faces des pierres et les parois de fond 15a, 15b un couche de graisse électriquement et thermiquement conductrice, de façon à compenser les écarts de géométrie des pierres 14 et les imperfections de planéité pour les parois de fond 15a, 15b, et garantir ainsi un bon contact thermique et électrique. Dans le cas où l'on utilise de la colle, celle-ci doit présenter de bonnes propriétés de conduction thermique, et une résistance électrique faible voire nulle. La couche de colle, tout comme la couche de graisse précédente, permet aussi avantageusement de compenser les écarts de géométrie des pierres 14 et les imperfections de planéité pour les parois de fond 15a, 15b. Les figures 5a et 5b illustrent une variante de réalisation pour ce qui concerne la réalisation des électrodes d'alimentation des pierres plates. Ici, chacune des première et deuxième électrodes est constituée d'une feuille métallique déformable et de faible épaisseur 17a, 17b placée en sandwich entre l'une des faces de la matrice, et la paroi de fond de la première pièce ou de la deuxième pièce. Chaque feuille présente une borne 18a, 18b de connexion électrique pour recevoir la première ou la deuxième tension continue. Dans cette variante de réalisation, la capacité de déformation des feuilles métalliques 17a, 17b permet avantageusement de compenser les écarts de géométrie des pierres 14, et garantit une application uniforme des électrodes sur les faces. Une couche 19a, 19b de ciment colle avec de bonnes propriétés de conduction thermique et d'isolation électrique est utilisée de préférence entre chaque paroi de fond des pièces la et lb et chaque feuille métallique 17a, 17b pour garantir un bon contact thermique. Les deux variantes précédentes présentent l'avantage d'utiliser une même électrode plane pour alimenter sirnultanément les mêmes faces des différentes pierres, cette même électrode étant soit constituée par la paroi de fond des pièces la, lb, soit par une feuille métallique. Cela garantit que les faces seront bien alimentées, et ce, même si certaines des pierres venaient à se casser. Chacune des deux variantes précédentes relatives à la formation des électrodes d'alimentation présente en outre ses propres avantages. Ainsi, pour la variante de réalisation présentée en référence aux figures 5a et 5b, le choix du matériau pour réaliser les pièces la et lb s'effectue en fonction de ses seules capacités de conduction thermique. En revanche, lorsque les pièces la et lb sont utilisées comme électrodes d'alimentation, le matériau qui les compose doit nécessairement être bon conducteur électrique en plus d'être bon conducteur thermique. Néanmoins, cette variante présente un intérêt car elle permet de simplifier considérablement l'interface de connexion électrique du dispositif comme cela va être expliqué à présent en référence aux figures 3 et 4 : Sur ces figures, les différents éléments décrits en référence aux figures 1, 2a et 2b sont disposés à l'intérieur d'une structure 2 en matériau électriquement isolant, par exemple en matière plastique, dont le rôle est d'assurer simultanément le maintien de ces éléments et l'interface électrique entre l'alimentation extérieure, typiquement la batterie du véhicule, et les pièces la, lb formant électrodes d'alimentation pour les pierres 14 à coefficient de température positif. Compte tenu des perspectives des figures 3 et 4, seules la pièce la et les pierres 14 sont visibles à l'intérieur de cette structure. La structure est cependant symétrique et la pièce lb vient se placer exactement de la même façon que la pièce la à l'intérieur de cette structure. La structure 2 se présente sous la forme d'un châssis de forme sensiblement parallélépipédique, délimité par une paroi périphérique 20 formant cadre de dimensions suffisantes pour pouvoir accueillir et ceinturer les différents éléments. Une grille interne 21 formée de parois de faible épaisseur, de préférence venue de moulage avec la structure, permet le positionnement précis des différentes pierres 14, en évitant en outre que ces pierres ne viennent se heurt:er les unes aux autres. Plus précisément, la grille s'étend perpendiculairement aux plans contenant la paroi périphérique 20, et chaque maille de la grille présente la dimension adaptée pour accueillir une des pierres plates 14. On garantit ainsi de conserver toujours une répartition optimum des pierres par rapport à la surface des parois de fond des pièces la, lb. En outre, dans le cas où de la colle est utilisée pour maintenir les parois de fond 10a, 10b des pièces la, lb contre les faces des pierres 14, les parois de la grille 20 servent avantageusement à éviter la migration de cette colle qui pourrait être responsable de courts-circuits. L'épaisseur des parois doit en outre être ajustée de façon à ce que les faces des pierres plates 14 soient au moins affleurantes de part et d'autre de la grille. Sur l'une des parois du cadre destinée à être au plus près des bornes de connexion 16a, 16b correspondantes des pièces la et lb, la structure comporte en outre un connecteur 22, venu de préférence de moulage. Deux pattes 23a, 23b de connexion électrique, de préférence des lames métalliques surmoulées dans la structure, s'étendent parallèlement au travers du connecteur. Les extrémités libres de ces pattes 23a, 23b, accessibles depuis l'extérieur de la structure 2 par le connecteur et non visibles sur les figures, forment les parties mâles du connecteur destinées à être reliées respectivement à la batterie et à une masse du véhicule. Les deux autres extrémités côté intérieur à la structure sont quant à elles reliées respectivement aux pièces la et lb servant d'électrodes. La paroi du cadre opposée à celle portant le connecteur 22 30 comporte quant à elle avantageusement quatre découpes 24, deux au niveau supérieur, et deux au niveau inférieur, aptes à recevoir les extrémités de connexions 11a, llb, 12a et 12b des pièces la et lb lorsque celles-ci sont mises en place dans la structure respectivement par le dessus et par le dessous. Comme visible sur les figures 3 et 4, la pièce la est maintenue en place à l'intérieur du logement sur les faces supérieures des pierres plates 14, notamment par l'intermédiaire d'une fixation de type vis 25 - écrou 26 au travers d'une ouverture 160a dont la borne de connexion 16a de la pièce la est pourvue. La fixation vis 25 - écrou 26 est métallique, et, lorsque la pièce la est en place dans la position représentée sur la figure 4, la patte 23a se retrouve en contact avec l'écrou 26, et la pièce la se retrouve en contact électrique avec la vis 25. La pièce la est ainsi apte à servir d'électrode d'alimentation pour l'ensemble des faces supérieures des pierres plates en recevant la tension à laquelle sera connectée la patte ou lame 23a par l'intermédiaire de la fixation métallique vis 25 - écrou 26. Bien entendu, une fixation vis-écrou similaire est prévue pour la pièce lb au travers d'une ouverture pratiquée dans sa borne de connexion 16b (voir figure 2b), mais dans ce cas, l'écrou correspondant se retrouve en contact avec l'autre patte ou lame 23b. Par ailleurs, d'autres types de fixation sont envisageables. Par exemple, l'écrou métallique 26 précédent pourrait être remplacé par tout moyen de serrage de la vis métallique 25 permettant le maintien et la mise en contact électrique de cette vis 25 avec la lame 23. Deux couvercles non représentés en matière plastique viennent se placer sur le rebord périphérique du cadre pour fermer le logement au-dessus de la pièce la et au-dessous de la pièce lb. Ces deux couvercles, associés à la structure 2 par collage ou par l'intermédiaire de tout moyen de liaison étanche, garantissent l'étanchéité générale du dispositif. Bien que dans les différents exemples décrits ci-dessus, le dispositif de chauffage comporte deux pièces la, lb, l'invention peut être également généralisée à un dispositif de chauffage ne comportant qu'une seule pièce en matériau thermiquement conducteur, servant ou non d'électrode pour l'alimentation des pierres plates conformément aux deux variantes explicitées ci-dessus en référence aux figures 3, 4, 5a et 5b. Plus précisément, on peut prévoir que la paroi de fond de cette pièce constitue l'une des électrodes des pierres plates, l'autre électrode étant par exemple constituée d'une feuille métallique déformable positionnée contre la matrice, ou bien que les deux électrodes soient constituées chacune d'une feuille métallique déformable, l'une étant prise en sandwich entre la paroi de fond de la pièce et l'une des faces de la matrice, l'autre étant disposée contre l'autre face de la matrice. En outre, même dans le cas où le dispositif comporte deux pièces la, lb, les deux variantes décrites précédemment peuvent éventuellement être panachées : On peut ainsi prévoir que l'une des électrodes soit constituée par la paroi de fond de l'une des deux pièces la, lb, et que l'autre électrode soit constituée d'une feuille métallique déformable prise en sandwich entre la matrice et la paroi de fond de l'autre pièce.