Brevet FR3013694A1 — publié le 20150529

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un chariot élévateur équipé d'une pompe à chaleur pour fournir une puissance calorifique et/ou une puissance frigorifique pour régler la température d'un com- posant du chariot élévateur. Etat de la technique De nombreux chariots élévateurs ou chariots transpor- teurs sont équipés d'une cabine de conduite pour protéger le conducteur contre les intempéries, notamment contre la chaleur et le froid. La cabine de conduite est souvent climatisée en ce qu'elle est au moins chauffée et souvent également refroidie pour améliorer les conditions de travail du conducteur lorsque le chariot élévateur est par exemple utilisé à longueur d'année à l'extérieur. Les chariots élévateurs s'utilisent également dans des halles de production et dans des zones de produc- tion dans lesquelles peuvent régner les températures particulièrement élevées compliquant les conditions de travail du conducteur. Cela peut être par exemple le cas dans les fonderies car alors la climatisation de la cabine de conduite est une solution particulièrement avantageuse et souvent nécessaire. Dans le cas de chariots élévateurs entraînés par un mo- teur thermique refroidi par un circuit de liquide, on peut chauffer la cabine de conduite avec le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur. On fait passer le liquide de refroidissement dans un échangeur de chaleur distinct pour le chauffage de la cabine. Contrairement à cela pour chauffer la cabine de conduite dans le cas d'un chariot élévateur électrique alimenté par batterie, l'énergie servant à fournir la puissance calorifique, par exemple par un élément de chauffage électrique est prélevée complètement de la batterie de traction ce qui diminue l'autonomie et la puissance disponible du chariot éléva- teur. C'est pourquoi il est connu, dans le cas de chariots élévateur, de chauffer la cabine de conduite avec un système de pompe à chaleur prélevant la chaleur de l'environnement, par exemple la chaleur dégagée par les équipements et qui permet à la pompe à chaleur utili- sant seulement de l'énergie motrice, d'assurer le chauffage de sorte que toute la puissance de chauffage n'est pas prélevée de la batterie de traction. Une telle pompe à chaleur peut également fonctionner en sens inverse pour générer une puissance frigorifique et qui, pour une conception appropriée, à fonctionnement réversible, servira à la fois pour fournir la puissance calorifique ou de chauffage et aussi la puissance frigorifique. Un mode de réalisation connu, fréquent pour une telle pompe à chaleur dans les installations de climatisation de véhicule uti- lise un agent frigorifique gazeux que l'on comprime avec un compres- seur. Le gaz comprimé chaud est ensuite refroidi dans un condenseur jusqu'à ce qu'il soit condensé et que le fluide calorifique sous pression alimente un évaporateur en passant par une soupape d'expansion. La soupape d'expansion fait tomber rapidement la pression de l'agent frigo- rifique qui s'évapore produisant une forte chute de température de sorte que l'évaporateur fournit une puissance frigorifique. L'énergie calorifique est « pompée » dans l'évaporateur fonctionnant comme échangeur de chaleur vers le condenseur qui constitue l'autre échangeur de chaleur. Les pompes à chaleur réelles, travaillant dans les plages de tempé- rature usuelles, fournissent ainsi une puissance calorifique égale à 4-5 fois celle de l'entraînement de la pompe à chaleur ; ce coefficient est appelé coefficient de performance. L'inconvénient de cet état de la technique est que le ren- dement de la pompe à chaleur n'est pas particulièrement élevé. Par exemple, le rendement d'une pompe à chaleur comme celle décrite ci- dessus, utilisée pour assurer le refroidissement n'est que d'environ 0,40. Le coefficient de performance d'une pompe à chaleur telle que celle décrite ci-dessus pour assurer le chauffage n'est pas particulièrement élevé comme coefficient réel ou en pratique ou comme coefficient théoriquement possible selon le cycle de Carnot. Une pompe à chaleur utilisée pour le refroidissement ou le chauffage avec un compresseur évaporateur-condenseur et les conduites de liaison nécessaires est compliqué ; du fait de l'agent frigorifique gazeux, très volatile avec le risque que les défauts d'étanchéité se traduisent par une défaillance de ce système. Un agent frigorifique gazeux nécessite aussi plus d'entretien car lorsqu'on remplace l'agent frigorifique il faut faire le vide du système avec un équipement particulier et il faut le nettoyer. Le traitement de l'agent frigorifique comme déchet est une difficulté car les agents frigorifiques utilisés actuellement sont partiellement inflammables tels que par exemple l'agent frigorifique connu sous la marque R134a ou encore ils sont nocifs pour l'environnement tels que les agents frigorifiques contenant des hydrocarbures fluorés. L'encombrement est également très grand, en particulier pour le condenseur dont l'emplacement d'installation est souvent sur le côté arrière et en haut du pavillon pro- lo tégeant le conducteur et faisant partie de la cabine de conduite de sorte que cet emplacement est exposé aux endommagements. Toute une autre série d'équipements d'un chariot éléva- teur nécessite le refroidissement, le cas échéant le chauffage ou du moins pour lesquels cela est avantageux. En particulier, le circuit hy- 15 draulique utilise des volumes de liquide hydraulique ou des réservoirs de liquide hydraulique de plus en plus petits de sorte que pour un même débit élevé et une forte sollicitation pendant le fonctionnement, par exemple dans le cas d'un mât de levage lors des opérations de levage et d'abaissement, le liquide hydraulique (ou l'huile) se réchauffe 20 fortement. Dans ces conditions pour éviter d'atteindre des températures inacceptables il faut refroidir. Dans le cas d'accumulateur électrique et de composants de puissance tels que les redresseurs de puissance, pour garantir la capacité de puissance et minimiser l'usure par vieillissement, il est sou- 25 haitable de refroidir mais également réchauffer l'accumulateur d'énergie ou d'autres composants de puissance pour la mise en route à des températures extérieures froides. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un char- 30 riot élévateur équipé d'une pompe à chaleur pour fournir une puissance calorifique et/ou une puissance frigorifique pour mettre en température/réguler la température d'un composant du chariot élévateur remédiant aux inconvénients cités ci-dessus tout en étant d'une construction compacte et simple. 35 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un chariot élévateur équipé d'une pompe à chaleur pour fournir une puissance calorifique et/ou une puissance frigorifique pour régler la température d'un com- posant du chariot élévateur, caractérisé en ce que la pompe à chaleur est une pompe à effet magnétocalorique. En d'autres termes, selon l'invention, le chariot élévateur comporte une pompe à chaleur fournissant une puissance calorifique et/ou frigorifique pour régler ou mettre en température un composant du chariot élévateur avec une pompe à chaleur à effet magnétocalo- rique. Vis-à-vis du rendement des systèmes de refroidissement décrits ci-dessus équipant des chariots élévateurs, avantageusement le rendement ira jusqu'à 60%. En particulier dans le cas de chariots éléva- teurs électriques, alimentés par batterie, on augmente l'autonomie sans réduire la puissance disponible si en même temps on fait fonctionner le système frigorifique, c'est-à-dire la pompe à chaleur. Cela est d'autant plus vrai pour le cas où on chauffe des composants en particulier la cabine de conduite avec une pompe à chaleur à effet magnétocalorique ce qui donne un coefficient de performance particulièrement élevé et un rendement thermique élevé par rapport à l'énergie utilisée. Une pompe à chaleur à effet magnétocalorique peut servir uniquement au chauffage ou aussi uniquement au refroidissement ou avec une conception technique appropriée comme équipement combiné pour les deux fonctions. De façon avantageuse, il ne faut aucun agent caloporteur ou agent frigorifique particulier, ce qui évite toute pollution de l'environnement ou risque d'incendie occasionné par un tel agent calorifique. Cela simplifie également l'entretien car il n'est pas nécessaire de remplacer l'agent frigorifique. D'une manière particulièrement avantageuse précisément dans le cas d'un chariot élévateur avec un encombrement disponible très réduit pour recevoir des équipements, il n'y a aucune conduite ou passage de tuyau et tous les composants peuvent être groupés de façon compacte et concentrée à un emplacement. Il n'est plus nécessaire d'envisager un passage de tuyau vers un compresseur ou un échangeur de chaleur comme dispositif de refroidissement et la pose de toute autre conduite d'alimentation ; notamment cela simplifie l'installation du faisceau de câbles électriques et ainsi le montage dans la fabrication du chariot élévateur. Enfin, le bruit de fonctionnement est particulièrement réduit car le système n'utilise pas de compresseur. De façon avantageuse, le composant est un échangeur de chaleur pour le liquide hydraulique d'un circuit hydraulique. Dans le cas d'un chariot élévateur on a une perte de puissance non négligeable liée à l'échauffement du liquide ou huile hy- draulique du circuit hydraulique. Cela permet de réduire les volumes, avant tout celui du réservoir de liquide hydraulique, qui pourront être dimensionnés de manière plus petite s'il y a refroidissement sans nécessiter les passages complexes de tuyaux vers le radiateur de liquide hydraulique. Le composant selon l'invention peut être la cabine de conduite. De façon avantageuse, on aura une puissance de chauf- fage relativement importante même pour une puissance de travail seulement faible et ainsi le chauffage de la cabine de conduite pourra être dimensionné de manière puissante même dans le cas d'un chariot élé- vateur électrique alimenté par batterie, sans réduire de manière excessive le temps de fonctionnement du véhicule. Selon un autre développement du chariot élévateur, un échangeur de chaleur installé dans la région du tableau de bord permet de réchauffer et/ou refroidir l'air arrivant dans la cabine de conduite. En particulier, l'intérieur de la cabine au niveau du ta- bleau de bord est particulièrement intéressant car cette partie est souvent équipée d'une entrée d'air. De façon avantageuse, le composant est un composant électrique, de puissance, notamment un redresseur d'un moteur élec- trique à champ tournant. Pour garantir la puissance disponible pour les compo- sants électriques de puissance, il faut que ceux-ci fonctionnent dans une certaine plage de température. A la fois en cas de surchauffe mais aussi de température trop basse, la caractéristique de puissance de tels composants électriques de puissance, chute fortement. Le composant peut être la batterie de traction d'un chariot élévateur électrique alimenté par batterie. Les fortes densités de puissance des batteries de traction utilisant des techniques plus récentes que les batteries plomb-acide peuvent fonctionner à leur puissance maximale de façon avantageuse grâce à leur refroidissement. La pompe à chaleur peut comporter un rotor en une ma- tière magnétocalorique qui passe dans un champ magnétique pour éva- cuer la chaleur dans une première zone et qui tourne dans une seconde zone pour refroidir et évacuer la puissance calorifique avec prélèvement simultané de chaleur. Ainsi, par exemple, un guidage approprié de l'air garantit que dans la région dans laquelle le rotor tourne dans le champ magné- tique, la chaleur dégagée pourra être évacuée. Inversement, de l'autre côté de cette boucle, lorsque le rotor sort du champ magnétique, par exemple un guidage approprié de l'air peut évacuer un milieu de refroidissement ou fournir la puissance frigorifique. Le rotor peut être un disque. Il est avantageux que le chariot élévateur soit un chariot électrique à batterie et que l'énergie motrice soit fournie par une batterie de traction. Grâce au rendement considérablement plus élevé en mode de refroidissement et à un meilleur coefficient de performance en fonctionnant comme pompe à chaleur, on aura une sollicitation plus réduite de la batterie de traction et ainsi une plus grande durée de vie. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de chariot transporteur ou élévateur représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'un chariot élévateur selon l'invention avec une cabine de conduite comme composant à température réglée, et la figure 2 est un schéma d'une pompe thermique magnétocalo- rique. Description d'un mode de réalisation La figure 1 montre un chariot élévateur ou chariot trans- porteur 1 selon l'invention qui est ici d'un chariot élévateur à fourche et contrepoids 2. Le chariot comporte une cabine de conduite 3 avec un poste de conduite 4, équipé d'un siège de conducteur 5. La cabine de conduite 3 constitue ainsi un composant 16 du chariot élévateur dont il faut régler la température, c'est-à-dire maintenir la cabine dans une certaine plage de température par chauffage et/ou refroidissement. Comme autres composants il y a par exemple des composants élec- triques de puissance ou le liquide hydraulique du circuit hydraulique ainsi que d'autres composants techniques. Le chariot élévateur à fourche et contrepoids 2 est un chariot à entraînement électrique alimenté par batterie qui comporte des moteurs électriques non représentés pour l'entraînement et dont l'alimentation en énergie est assurée par un accumulateur électrique d'énergie 6, par exemple une batterie li- thium-ion 7. Le mât de levage 8 est équipé d'une fourche 9 pour recevoir la charge. Cette fourche est actionnée par un moyen hydraulique non représenté. Le poids de cette charge est équilibré par un contrepoids 10. Le poste de conduite 4 est équipé d'un volant de direction 11. Un échangeur intérieur de chaleur 13, fait partie d'une pompe à chaleur magnétocalorique 12. Cet échangeur est installé sur une console 14 de la cabine 3 et l'air circule dans la cabine de conduite 3 comme cela est représenté par des flèches. En variante, on peut également envisager à la place d'un accumulateur électrique d'énergie 6, d'utiliser un moteur thermique combiné à un générateur pour l'alimentation en énergie le chariot élévateur à fourche et contrepoids 2 ou encore une combinaison de ces deux solutions comme entraînement hybride. La figure 2 est un schéma d'une pompe à chaleur magné- tocalorique 12 présentée comme exemple de réalisation. Un rotor 17 est mis en rotation par un moyen d'entraînement non représenté, dans un champ magnétique généré par des aimants permanents 15 ou par des électro-aimants, fixes. Dès que la matière magnétocalorique du rotor 17 arrive dans le champ magnétique, le rotor s'échauffe dans cette région et peut fournir de la chaleur W comme puissance calorique. Cela est représenté schématiquement par des flèches. Lorsque le rotor 17 tourne et sort du champ magnétique, la matière du rotor 17 se refroidit fortement, ce qui permet de fournir de la puissance frigorifique K ou de refroidir un milieu mis en contact, tel que par exemple de l'air.5 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Chariot élévateur / chariot transporteur 2 Chariot élévateur à fourche et contrepoids 3 Cabine de conduite 4 Poste de conduite 5 Siège du conducteur 6 Accumulateur d'énergie 7 Batterie lithium-ion 8 Mât de levage 9 Fourche 10 Contrepoids 11 Volant de direction 12 Pompe à chaleur 13 Echangeur intérieur de chaleur 14 Console 17 Rotor20 REVENDICATIONS1°) Chariot élévateur équipé d'une pompe à chaleur (12) pour fournir une puissance calorifique (W) et/ou une puissance frigorifique (K) servant à régler la température d'un composant (16) du chariot élévateur, caractérisé en ce que la pompe à chaleur (12) est une pompe à effet magnétocalorique. 2°) Chariot élévateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant (16) est un échangeur de chaleur pour un liquide hydrau- lique d'un circuit hydraulique. 3°) Chariot élévateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composant (16) est la cabine de conduite (3). 4°) Chariot élévateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' il comporte un échangeur de chaleur (13) de la pompe à chaleur (12), installé dans la région du tableau de bord (14) pour réchauffer et/ ou refroidir l'air entrant dans la cabine de conduite (3). 5°) Chariot élévateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composant (16) est un composant de puissance électrique, notam- ment un redresseur d'une machine électrique à champ tournant. 6°) Chariot élévateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le composant est la batterie de traction du chariot élévateur fonction- nant avec une batterie électrique. 7°) Chariot élévateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce quela pompe à chaleur (12) comporte un rotor (14) en une matière magnétocalorique qui tourne dans une première zone avec un champ magnétique (15) et sert à évacuer la chaleur (K) ainsi que dans une seconde zone pour refroidir en fournissant une puissance frigorifique (K) tout en absorbant de la chaleur. 8°) Chariot élévateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rotor (14) est un disque. 9°) Chariot élévateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le chariot élévateur est un chariot électrique à batterie et l'énergie d'entraînement est fournie par une batterie de traction (6). 15