Brevet FR3007081A1 — publié le 20141219

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une unité de réchauf- fage électrique de fluide destinée à être fixée dans une conduite ou un réservoir de fluide à chauffer. Le fluide peut être de l'air, par exemple l'air d'alimentation d'un moteur ou un liquide ou un gaz contenu dans un réservoir ou circulant dans une conduite ou dans un réservoir. Etat de la technique Il existe déjà des éléments chauffants tels que des bou- gies de préchauffage destinées à réchauffer la chambre de combustion d'un moteur Diesel pour favoriser/permettre le démarrage du moteur. Une telle bougie de préchauffage est représentée à la fi- gure 4 et son installation en vue du réchauffement d'un fluide est représentée à la figure 5. Selon la figure 4, l'élément chauffant 1 en forme de bou- cs gie de préchauffage se compose d'un crayon de préchauffage qui est un élément tubulaire 11 logeant une résistance chauffante pour chauffer l'enveloppe métallique qui rayonne et chauffe l'environnement. L'élément chauffant 1 se termine en partie supérieure par une tige de connexion 12 venant dans un connecteur de bougie 13, 20 l'ensemble étant également muni d'un corps de bougie 14 qui se visse dans le carter du moteur. Le connecteur de bougie 13 reçoit le connecteur particulier 15 du client dans le cas d'un constructeur automobile (figure 5). Le corps de bougie 14 comporte un joint 16 et il est sépa- 25 ré du connecteur de bougie 13 par une rondelle isolante 17. La figure 5 est une vue en coupe très schématique d'un carter 20 délimitant une enceinte de fluide à chauffer 21. Ce carter (réservoir, conduite) est muni de plusieurs, par exemple deux bougies-crayons 1 ou éléments de préchauffage qui débouchent partiellement 30 dans l'enceinte du fluide 21. Ces éléments chauffants sont identiques à ceux décrits ci-dessus ; ils doivent être reliés à l'alimentation électrique à la source individuellement et vissés par leur corps 14 dans le carter 20. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un moyen simple permettant d'installer des éléments chauffants de type bougies de préchauffage dans une conduite ou un réservoir pour chauffer un fluide. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet une unité de réchauf- fage de fluide destinée à être fixée à une conduite ou réservoir de fluide à chauffer, caractérisée en ce qu'elle comprend : au moins deux éléments chauffants constitués chacun par un tube métallique, fermé à une extrémité et logeant une résistance chauffante pour être immergé dans le fluide, ce tube étant terminé à son extrémité débouchante (tête) par une tige de connexion de sortie reliée à l'alimentation électrique, le tube étant lui-même relié à une extrémité de la résistance pour être mis à la masse, une plaque d'assemblage électro-conductrice, * munie de logements pour recevoir chacun la tête d'un tube et de moyens de fixation pour être reliée à la conduite/réservoir, une plaque électro-isolante couvrant les logements des têtes des tubes et traversée par les tiges de connexion des éléments chauf- fants, une barrette de connexion au-dessus de la plaque électro-isolante à laquelle sont fixées les tiges de connexion, cette barrette ayant une fiche d'alimentation électrique, et un surmoulage couvrant la barrette et la plaque électro-isolante pour être fixé à la plaque d'assemblage en laissant dépasser la fiche d'alimentation. L'unité de réchauffage selon l'invention a l'avantage de simplifier le montage de moyens de préchauffage dans une conduite ou un réservoir en simplifiant la connexion puisqu'il y a un branchement unique pour l'unité de réchauffage quel que soit le nombre d'éléments chauffants équipant cette unité, c'est-à-dire le nombre en fonction de la puissance que doit fournir cette unité de réchauffage. Son installation sur la conduite ou le réservoir de fluide est également très simple puis- qu'il n'y a qu'un dispositif à mettre en place et à fixer. La même simplicité d'utilisation se retrouve pour l'entretien en cas de panne pour l'échange d'un élément chauffant ou de l'ensemble de l'unité de réchauffage. L'encombrement de l'unité est également très réduit et l'unicité de l'unité de réchauffage à la place de multiples éléments de préchauffage à installer simplifie également la réalisation de l'infrastructure qui reçoit cette unité de réchauffage. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la plaque d'assemblage comporte des cheminées formant les logements pour les têtes des différents éléments chauffants. Cette plaque d'assemblage avec des cheminées et en particulier si ces cheminées sont réalisées dans une surépaisseur de la plaque ayant par ailleurs des pattes de fixation et une rainure de surmoulage dans la périphérie de la surépaisseur, facilite la mise en place de la tête des éléments chauffants et en particulier la fixation ferme de ces éléments chauffants par une soudure ou par un emmanchement de force assurant à la fois l'étanchéité et la tenue à la pression ainsi que la mise à la masse par l'intermédiaire de la plaque d'assemblage électroconductrice. Suivant une autre caractéristique avantageuse, les tiges de connexion sont soudées à la barrette de connexion. Suivant une autre caractéristique avantageuse, les élé- ments chauffants sont répartis en ligne ou suivant une disposition en deux dimensions sur ou dans la plaque d'assemblage. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la plaque électro-conductrice est en métal. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une telle unité de réchauffage caractérisé en ce qu' on réalise une plaque électro-conductrice avec des logements pour recevoir des éléments chauffants constitués chacun d'un tube mé- tallique dont une extrémité est fermée et l'autre extrémité forme la tête d'où débouche une tige de connexion isolée par rapport au tube, on fixe la tête des éléments chauffants dans les logements de la plaque d'assemblage de façon que les tiges de connexion dépassent de la plaque, on couvre la plaque et les éléments chauffants d'une plaque élec- tro-isolante en ne laissant traverser que les tiges de connexion, puis on couvre la plaque électro-isolante d'une barrette de connexion que l'on soude aux tiges de connexion et on installe une fiche d'alimentation unique sur la barrette de connexion, on couvre la barrette de connexion, la plaque électro-isolante et la plaque d'assemblage autour de sa partie recevant les têtes des éléments chauffants avec un surmoulage électro-isolant en laissant dépasser la fiche unique d'alimentation. Ce procédé de réalisation est extrêmement simple, tant pour la réalisation des composants constituant l'unité de réchauffage que leur assemblage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation d'une unité de réchauffage de fluide et de son procédé de fabrication représenté dans les des- sins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'une unité de réchauffage, la figure 2 est un exemple d'installation de l'unité de réchauffage de la figure 1 dans une conduite de fluide, les figures 3A-3F montrent les différentes étapes du procédé de fa- brication d'une unité de réchauffage de fluide selon l'invention, la figure 4 est une vue schématique d'une bougie de préchauffage selon l'état de la technique, la figure 5 montre l'installation de deux bougies de préchauffage dans un carter de fluide selon l'état actuel de la technique. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, l'invention a pour objet une unité de ré- chauffage de fluide 100 destinée à être fixée à une conduite ou à un réservoir de fluide à chauffer. L'unité de réchauffage 100 se compose d'une plaque d'assemblage 110, électro-conductrice, dans laquelle sont tenus des éléments chauffants 120. Selon les figures 1 et 3A, un élément chauffant 120 est constitué par un tube métallique 121 fermé à une extrémité 122 (ex- trémité inférieure) et dont l'autre extrémité débouchante ou tête 123 a une tige d'alimentation positive 124 qui dépasse. L'élément chauffant 120 loge une résistance chauffante dont une extrémité est fixée au tube métallique 121, 122 et l'autre extrémité est reliée à la tige d'alimentation positive 124. L'alimentation en tension de cet élément chauffant 120 se fait par la tige d'alimentation 124 et le retour se fait par le tube chauffant métallique relié à la masse. La plaque d'assemblage 110 forme des logements ou des cheminées 112 constitué(e)s par des perçages traversants au diamètre sensiblement égal à celui de la tête des éléments chauffants 120 pour les recevoir et les tenir transversalement. En fait, la plaque d'assemblage 110 a une surépaisseur 111 dans laquelle sont assemblées les cheminées 112 ayant ainsi une bonne longueur pour leur tenue des éléments chauffants 120. Au-delà de la surépaisseur 111, la plaque d'assemblage a des pattes de fixation 113 traversées par des trous de vissage 116. La périphérie de la plaque d'assemblage 110 comporte une rainure de surmoulage 114 et le dessous de la plaque a une rainure 115 entourant la surface de l'emplacement des cheminées 112 pour recevoir un joint lors de son assemblage à la conduite ou au réservoir afin d'assurer l'étanchéité. La plaque 110 est couverte d'une plaque électro-isolante 130 traversée par les tiges d'alimentation 124 des éléments chauffants 120. La plaque isolante 130 est elle-même couverte d'une barrette de connexion électrique 140 reliée aux tiges de connexion 124. Ces tiges 124 sont notamment soudées à la barrette de connexion 140. Le côté de la barrette de connexion 140, à l'opposé de ce- lui des tiges de connexion 124, comporte une fiche d'alimentation électrique 142 qui vient en saillie. L'ensemble est couvert par un surmoulage 150 laissant dépasser la fiche d'alimentation électrique 142 mais couvrant la bar- rette de connexion électrique 140 et la plaque isolante 130 pour s'accrocher dans la rainure 114 sous le bord de la plaque d'assemblage 110. L'unité de réchauffage 100 de fluide décrite ci-dessus peut s'installer sur ou contre la paroi d'un réservoir ou sur ou contre la paroi d'une conduite de liquide 200 comme le montre la figure 2. La fixation de l'unité de réchauffage 100 se fait par l'intermédiaire de sa plaque d'assemblage 110 et de boulons 116 portés par la conduite ou le réservoir traversant les trous de vissage 117 et recevant les pattes d'assemblage 113 de l'unité de réchauffage 100, avec la mise en place d'un joint dans la rainure 115. Les éléments chauffants 120 sont répartis dans la plaque d'assemblage 110 suivant une disposition linéaire ou en quinconce ou plus généralement dans les deux directions du plan de la plaque d'assemblage 110 pour être immergés aussi efficacement que possible dans le milieu à réchauffer contenu ou circulant dans la conduite ou le réservoir. Dans cette unité 100, les éléments chauffants 120, tubu- laires, sont orientés sensiblement perpendiculairement au plan de la plaque d'assemblage 110. Les figures 3A-3F montrent les différentes étapes de réa- lisation de l'unité de réchauffage de fluide 100 décrite ci-dessus. Ainsi, la figure 3A montre la réalisation de la plaque d'assemblage 110 avec les perçages traversants constituant des cheminées 112 dans la surépaisseur 111 de la plaque pour recevoir la tête 123 les éléments tubulaires 120 réalisés séparément. Ces éléments tu- bulaires 120 sont de préférence réalisés pour avoir une puissance électrique, uniforme pour obtenir, par la combinaison d'un nombre approprié d'éléments chauffants 120, la puissance voulue pour l'unité de réchauffage 100. Les éléments chauffants 120 sont engagés par leur tête 123 dans les cheminées 112 de la plaque d'assemblage 110 en étant solidarisés à la plaque d'assemblage 110 par collage ou par emmanchement en force ou encore par soudage ou surmoulage. L'assemblage doit garantir une étanchéité à une certaine pression, par exemple 10 bars entre les éléments chauffants 120 et la plaque d'assemblage 110 tout en assurant une bonne conductibilité du courant électrique entre les tubes 121 des éléments chauffants 120 et la plaque d'assemblage 110 pour le retour électrique à la masse. Le nombre d'éléments chauffants est fonction de la puissance souhaitée pour l'unité de réchauffage 100. Après la mise en place des éléments chauffants 120 dans la plaque d'assemblage 110, on obtient l'ensemble représenté à la figure 3B. L'étape suivante (figure 3C) consiste à mettre en place la plaque électro-isolante 130 pour couvrir le dessus des têtes 123 des éléments chauffants 120 et ne laisser que les tiges de connexion élec- trique 124 de chacun des éléments chauffants 120 traverser cette plaque électro-isolante, le retour à la masse se faisant par le contact entre l'enveloppe métallique 121 de chaque élément chauffant 120 et la plaque d'assemblage 110, électro-conductrice, notamment une plaque en métal. La plaquette d'isolation 130 garantit l'isolation électrique entre la barrette de connexion 140 installée ensuite et les tubes 121 des éléments chauffants assurant le retour à la masse par la plaque d'assemblage 110. La plaque d'isolation 130 doit résister dans le temps à des températures constantes de fonctionnement de l'ordre de 150 à 180°C. Selon la figure 3D, l'étape suivante consiste à installer la barrette de connexion 140 sur les extrémités débouchantes des tiges de connexion 124 de chacun des éléments chauffants. Ces tiges 124 sont engagées dans la barrette de connexion 140 et sont fixées à celle-ci, par exemple par des soudures 141. Après le soudage des fiches 124 à la barrette 140 par des soudures 141, on installe la fiche d'alimentation 142 commune en la soudant à la barrette 140. Les soudures peuvent être des soudures au laser, des soudures TIG ou encore des soudures par points. Les soudures ne doivent pas dégrader les composants envi- ronnants. L'ensemble ainsi réalisé (figure 3E) est prêt à recevoir le surmoulage d'isolation 150 qui, selon la figure 3F, est accroché en périphérie de la plaque d'assemblage 110 à la rainure de surmoulage 114 formant une partie en contre-dépouille pour assurer un arrimage pé- renne entre composite du surmoulage et la plaque d'assemblage 110. Le capot d'isolation 150 formé par le surmoulage est de préférence en un matériau composite isolant électrique pour créer un confinement étanche garantissant dans le temps la fonction d'alimentation électrique des bornes par l'intermédiaire de la fiche d'alimentation 142 et de la barrette de connexion électrique 140 tout en évitant les courts-circuits avec des éléments extérieurs à l'unité de réchauffage 100, des fluides de nettoyage du moteur, de fluide du frein ou de l'huile moteur. Le surmoulage 150 englobe l'ensemble des composants et rend le système étanche au niveau de la rainure de surmoulage 114 et de la fiche d'alimentation 142. Ainsi constituée, l'unité de ré- chauffage 100 pourra être installée dans n'importe quelle position sans craindre un disfonctionnement. L'unité de réchauffage de fluide 100 est alors terminée et prête à être assemblée à une conduite ou un réservoir. Cette unité de réchauffage 100 permet d'avoir différentes puissances de préchauffage suivant le nombre et la puissance unitaire de chaque élément chauffant 120 intégré dans l'unité de réchauffage 100. Il est ainsi possible, en standardisant la fabrication, de couvrir une très grande plage de puissances chauffantes avec des éléments chauf- fants standards. De façon pratique, les éléments chauffants sont prévus pour les tensions usuelles de 6, 12, 18, 24 et 48 volts en continu. L'alimentation 12 volts étant la plus courante. Dans le cas d'une alimentation sous 12 volts, l'unité de réchauffage 100 est prévue pour dé- livrer des puissances de 1 000 à 1 200 W pour quatre éléments de préchauffage si ces éléments sont conçus pour délivrer une puissance unitaire de l'ordre de 250 à 300 W. L'ampérage de démarrage d'une unité de réchauffage de quatre éléments de 300 W est d'environ 130 A pendant quelques dixièmes de secondes puis cet ampérage chute à 40 A qui se stabilise rapidement après quelques secondes de fonctionnement. Cette unité de réchauffage peut être pilotée par son ali- mentation électrique, par exemple à l'aide d'équipements accessoires tels qu'un thermostat en amont et/ou en aval du fluide à chauffer par rapport à la position de l'unité de réchauffage. L'unité de réchauffage de fluide 100 selon l'invention s'applique avantageusement à des conduites tubulaires ou des réservoirs, c'est-à-dire des surfaces planes ou des surfaces courbes pour de multiples applications telles que le réchauffage du liquide hydraulique d'engins de travaux publics tels que des pelles ou autres pour atteindre rapidement la température d'utilisation du liquide hydraulique avant le démarrage du moteur principal ou encore pour le réchauffage du liquide hydraulique des groupes haute pression de machines industrielles ou encore pour le maintien en température ou hors gel d'un circuit de chauffage central quand la chaudière est désactivée ou encore dans le domaine agro-alimentaire pour le réchauffage d'huile de cuisine ou d'eau. L'invention s'applique également au domaine automobile pour le réchauffage de liquide de refroidissement, pour accélérer la montée en température des gaz d'échappement pour le fonctionnement optimum du filtre à particules ou encore pour le chauffage additionnel à air pulsé de cabines de poids lourds et de camionnettes sans que ces exemples ne soient nullement limitatifs.20 NOMENCLATURE 1 Bougie de préchauffage conventionnelle 11 Elément tubulaire 12 Tige de connexion 13 Connecteur de bougie 14 Corps de bougie 15 Connecteur client 16 Joint 17 Rondelle isolante 20 Carter 21 Enceinte de fluide à réchauffer 22 Visserie de fixation 100 Unité de réchauffage de fluide 110 Plaque d'assemblage 111 Surépaisseur en cheminée 112 Cheminée 113 Patte de fixation 114 Rainure de surmoulage 115 Rainure recevant un joint d'étanchéité 116 Boulon/vis 120 Elément chauffant 121 Tube métallique 122 Extrémité inférieure (zone soudure résistance/tube) 123 Tête/tube 124 Tige de connexion positive 130 Plaque électro-isolante 140 Barrette de connexion 141 Soudure tige/barrette 142 Fiche d'alimentation commune 150 Surmoulage 200 Conduite/réservoir de liquide35 REVENDICATIONS1°) Unité de réchauffage de fluide destinée à être fixée à une conduite ou réservoir de fluide à chauffer, caractérisée en ce qu'elle comprend : au moins deux éléments chauffants (120) constitués chacun par un tube métallique (121), fermé à une extrémité et logeant une résistance chauffante pour être immergé dans le fluide, ce tube étant terminé à son extrémité débouchante (123) (tête) par une tige de connexion de sortie (124) reliée à l'alimentation électrique, le tube étant lui-même relié à une extrémité de la résistance (122) pour être mis à la masse, une plaque d'assemblage électro-conductrice (110), * munie de logements (112) pour recevoir chacun la tête (123) d'un tube et de moyens de fixation (113) pour être reliée à la conduite/réservoir, une plaque électro-isolante (130) couvrant les logements (112) des têtes (123) des tubes (121) et traversée par les tiges de connexion (124) des éléments chauffants (120), une barrette de connexion (140) au-dessus de la plaque électro- isolante (130) à laquelle sont fixées les tiges de connexion (124), cette barrette (140) ayant une fiche d'alimentation électrique unique (142), et un surmoulage (150) couvrant la barrette (140) et la plaque électroisolante (130) pour être fixé à la plaque d'assemblage (110) en lais- sant dépasser la fiche d'alimentation (142). 2°) Unité de réchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaque d'assemblage (110) comporte des cheminées (112) formant les logements pour les têtes (123) des différents éléments chauffants (120). 3°) Unité de réchauffage selon la revendication 2, caractérisée en ce queles cheminées (112) sont réalisées dans une surépaisseur (111) de la plaque (110) ayant des pattes de fixation (113), la périphérie de la plaque (110) étant munie d'une rainure de surmoulage (114). 4°) Unité de réchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tiges de connexion (124) sont soudées à la barrette de connexion (140). 5°) Unité de réchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments chauffants (120) sont répartis en ligne ou suivant une disposition en deux dimensions sur la plaque d'assemblage (110). 6°) Unité de réchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaque électro-conductrice (110) est en métal. 7°) Procédé de réalisation d'une unité de réchauffage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu' on réalise une plaque électro-conductrice avec des logements (112) pour recevoir des éléments chauffants (120) constitués d'un tube métallique (121) dont une extrémité (122) est fermée et l'autre ex- trémité (123) forme la tête d'où débouche une tige de connexion (124) isolée par rapport au tube (121), on fixe la tête (123) des éléments chauffants (120) dans les logements (112) de la plaque d'assemblage (110) de façon que les tiges de connexion (124) dépassent de la plaque, on couvre la plaque et les éléments chauffants d'une plaque élec- tro-isolante (130) en ne laissant traverser que les tiges de connexion (124), puis on couvre la plaque électro-isolante (130) d'une barrette de connexion (140) que l'on soude aux tiges de connexion (124) et oninstalle une fiche d'alimentation (142) sur la barrette de connexion (140), on couvre la barrette de connexion (140), la plaque électro-isolante (130) et la plaque d'assemblage (110) autour de sa partie recevant les têtes (123) des éléments chauffants (120) avec un surmoulage électro-isolant en laissant dépasser la fiche d'alimentation (142).10