Brevet FR3028808A1 — publié le 20160527

Dispositif de conditionnement thermique de fluide pour véhicule automobile et élément chauffant pour ce dispositif L'invention concerne un dispositif de conditionnement thermique de fluide, tel qu'un dispositif de chauffage électrique de fluide pour véhicule automobile et un élément chauffant pour ce dispositif. L'invention s'applique plus particulièrement aux appareils de chauffage et/ou de climatisation de véhicules automobiles comportant un tel dispositif de chauffage. De façon habituelle, le réchauffage de l'air destiné au chauffage de l'habitacle est assuré par le passage d'un flux d'air à travers un échangeur thermique, plus précisément par un échange thermique entre le flux d'air et un fluide. Il s'agit généralement du fluide de refroidissement dans le cas d'un moteur thermique. Un tel mode de chauffage peut s'avérer inadapté ou insuffisant pour 15 garantir un chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, ainsi qu'un désembuage et un dégivrage. Toutefois, un mode de chauffage rapide et efficace de l'habitacle du véhicule, en particulier pour assurer un réchauffement de l'habitacle ou de dégivrage ou de désembuage du véhicule avant utilisation en environnement 20 très froid ou encore lorsqu'une montée très rapide de la température est souhaitée. En outre, dans le cas d'un véhicule électrique, la fonction de chauffage n'est plus réalisée par la circulation du fluide de refroidissement dans l'échangeur thermique. On peut cependant prévoir un circuit d'eau pour le 25 chauffage de l'habitacle mais ce mode de chauffage peut aussi s'avérer inadapté ou insuffisant pour garantir un chauffage rapide et efficace de l'habitacle du véhicule. Par ailleurs, afin de réduire l'encombrement et le coût d'un circuit d'eau supplémentaire, il est également connu d'utiliser pour le véhicule électrique, 30 une boucle de climatisation fonctionnant en mode pompe à chaleur. Ainsi, la 3028808 -2- boucle de climatisation permettant classiquement de refroidir un flux d'air à l'aide d'un fluide réfrigérant est dans ce cas, utilisée de façon à réchauffer le flux d'air. Il convient pour ce faire d'utiliser par exemple un évaporateur de la boucle de climatisation comme un condenseur. 5 Toutefois, ce mode de chauffage aussi peut s'avérer inadapté ou insuffisant. En effet, les performances de la boucle de climatisation en mode pompe à chaleur dépendent des conditions climatiques extérieures. Par exemple, lorsqu'une température d'air extérieur est trop basse, cet air ne peut pas être utilisé comme source d'énergie thermique. 10 Une solution connue consiste à adjoindre à l'échangeur thermique ou au circuit d'eau ou encore à la boucle de climatisation, un dispositif de chauffage électrique additionnel. Le dispositif de chauffage électrique additionnel peut être adapté pour chauffer en amont un fluide, tel que le fluide de refroidissement pour le moteur 15 thermique, ou l'eau du circuit d'eau de chauffage de l'habitacle du véhicule électrique ou encore le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation. De façon connue, le dispositif de chauffage électrique additionnel comporte un ou plusieurs modules de chauffe en contact avec le fluide à chauffer. 20 Plus précisément, un module de chauffe comporte par exemple un noyau et un élément chauffant réalisé sous la forme d'une enveloppe cylindrique entourant le noyau, afin de définir un circuit de guidage du fluide entre le noyau et l'enveloppe cylindrique. L'enveloppe cylindrique est donc la source d'énergie thermique. 25 Selon une solution connue, un élément chauffant présente des moyens électriques de chauffe par exemple, une ou des résistances chauffantes réalisées par sérigraphie sous forme de pistes résistives sur la surface externe de l'élément chauffant. Le fluide circule à l'intérieur de l'enveloppe cylindrique dans un 30 mouvement de tourbillonnement pour augmenter le transfert de chaleur depuis la paroi de l'enveloppe cylindrique vers le fluide à chauffer. 3028808 -3- Bien entendu, il est indispensable d'assurer une bonne étanchéité entre l'extérieur de l'enveloppe cylindrique qui porte des éléments électriques comme les résistances et l'intérieur de cette enveloppe traversée par le fluide à réchauffer. 5 Pour assurer cette étanchéité, le noyau présente à ses extrémités respectivement une jupe cylindrique coopérant avec les conduits d'entrée et de sortie et une collerette périphérique équipée d'un joint d'étanchéité torique interposé entre la paroi interne de l'enveloppe cylindrique, la collerette et le conduit d'entrée ou de sortie. Lors de l'assemblage, le joint d'étanchéité est 10 comprimé axialement de sorte qu'il se déforme radialement et presse contre la paroi interne de l'enveloppe cylindrique. Toutefois, un tel noyau est une pièce supplémentaire et entraîne dans le circuit fluidique une perte de charge non-négligeable. De plus, le noyau n'est pas forcément nécessaire pour induire un mouvement de tourbillonnement du fluide à l'intérieur des tubes chauffants, cette fonction pouvant être assurée par une conformation judicieuse dans le boîtier d'entrée de fluide. La présente invention vise à proposer un dispositif de chauffage amélioré permettant de pallier au moins partiellement aux inconvénients précités, et notamment de s'affranchir du noyau. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de conditionnement thermique d'un fluide pour véhicule automobile, comprenant un tube chauffant cylindrique à l'intérieur duquel un fluide à chauffer peut s'écouler d'une extrémité à l'autre extrémité, caractérisé en ce que le tube chauffant présente au niveau d'au moins une zone d'extrémité un siège de joint. Ainsi, on peut assurer de manière efficace l'étanchéité entre les boîtiers d'entrée et de sortie de fluide et l'intérieur du ou des éléments chauffant(s) tout en réduisant le nombre de pièces nécessaires. On diminue aussi la perte de charge subie par le fluide lors de la traversée de l'élément chauffant et on peut mieux contrôler le mouvement centrifuge /tourbillonnement du fluide à l'intérieur du tube chauffant. Selon un mode de réalisation particulier, le tube chauffant présente au 3028808 -4- niveau de chaque zone d'extrémité un siège de joint. Le dispositif peut en outre comporter un ou plusieurs des aspects suivants, pris séparément ou en combinaison : Le siège de joint peut être disposé à l'intérieur du tube chauffant ou à 5 l'extérieur du tube chauffant. Selon un mode de réalisation, le siège de joint est formé par une pièce rapportée fixé au tube chauffant, comme par exemple une rondelle soudée au tube chauffant. Selon un autre mode de réalisation, le tube chauffant présente un 10 décrochement ou une rainure circulaire de maintien de la pièce rapportée, en particulier un maintien de la position axiale. La rondelle est par exemple une rondelle élastique mise en place en force dans la rainure de maintien. La pièce rapportée peut également comprendre une bride présentant une 15 portion parallèle à l'axe du tube chauffant et une portion perpendiculaire à l'axe du tube chauffant. Selon une variante, la portion de la bride perpendiculaire à l'axe du tube chauffant est prolongée par une portion déflecteur de fluide. Selon un autre mode de réalisation, le siège de joint est formé par une 20 déformation plastique du tube chauffant. Selon encore un autre mode de réalisation, le tube chauffant présente des extrémités étagées formant siège de joint. Le dispositif de conditionnement thermique comprend en particulier un joint torique maintenu en place par le siège de joint présentant par exemple un 25 diamètre transversal compris entre 3 et 5mm, de préférence 4mm. Le dispositif de conditionnement thermique présente aussi notamment des résistances chauffantes sur la paroi externe du tube chauffant. Le dispositif de conditionnement thermique peut être agencé dans un circuit de chauffage de l'habitacle dudit véhicule. 30 L'invention concerne également un tube chauffant cylindrique pour un dispositif de conditionnement thermique d'un fluide pour véhicule automobile 3028808 -5- tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il présente au niveau de chaque zone d'extrémité un siège de joint. Le dispositif tel que défini ci-dessus est par exemple agencé dans un circuit de chauffage de l'habitacle dudit véhicule. 5 L'invention concerne également un appareil de chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage électrique tel que défini précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple 10 illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente une vue de côté d'un dispositif de chauffage électrique de fluide pour véhicule automobile selon la présente invention, la figure 2 présente une vue en coupe transversale selon l'axe des tubes chauffants du dispositif de la figure 1, 15 la figure 3 présente une vue en coupe transversale éclatée du dispositif de la figure 2, les figures 4 à 6 sont des vues schématiques en coupe transversale selon l'axe d'un tube chauffant selon divers modes de réalisation de l'invention, les figures 7 et 8 sont des vues schématiques partielles en coupe 20 transversale selon l'axe d'un tube chauffant selon divers modes de réalisation de l'invention, les figures 9 à il sont des vues schématiques en coupe transversale selon l'axe d'un tube chauffant selon encore d'autres modes de réalisation de l'invention. 25 Dans toutes les figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références. Les réalisations suivantes sont des exemples de réalisation de l'invention. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne 30 signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode 3028808 -6- de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. La figure 1 représente un dispositif 1 de conditionnement thermique tel qu'un dispositif de chauffage électrique de fluide pour véhicule automobile pour 5 un appareil de chauffage et/ou climatisation. Le dispositif de chauffage électrique 1 est par exemple un dispositif de chauffage additionnel permettant de chauffer d'un fluide avant son entrée dans un circuit de chauffage d'un fluide pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule électrique. 10 Selon un autre exemple, le dispositif de chauffage électrique 1 est disposé en amont d'un condenseur d'une boucle de climatisation apte à fonctionner en mode pompe à chaleur, de façon à chauffer le fluide réfrigérant. Selon encore un autre exemple, le dispositif de chauffage électrique 1 est agencé en amont d'un échangeur thermique utilisant le fluide de 15 refroidissement d'un moteur thermique comme fluide caloporteur. On pourrait aussi prévoir un tel dispositif de chauffage électrique 1 en amont d'un échangeur thermique destiné à la régulation thermique d'un dispositif de stockage de l'énergie électrique, parfois qualifié d'ensemble de batteries, pour un véhicule à propulsion électrique ou hybride. 20 Sur la figure 1, on voit le boîtier d'entrée de fluide 3 avec sa tubulure de raccordement d'entrée 5 et le boîtier de sortie de fluide 7 avec sa tubulure de raccordement de sortie 9, le boîtier de sortie 7 étant posé sur le boîtier d'entrée 3 et assemblé avec celui-ci. Comme on le voit sur les figures 2 et 3 qui montrent le dispositif de 25 conditionnement thermique 1 en coupe transversal permettant d'appréhender les composants à l'intérieur des boîtiers 3 et 7, le dispositif de chauffage électrique 1 comprend de plus un premier et un deuxième éléments chauffant il réalisés sous la forme d'un tube chauffant cylindrique à l'intérieur duquel circule d'une extrémité 15 à l'autre extrémité 17 le fluide à réchauffer, de préférence 30 selon un mouvement tourbillonnant pour augmenter le temps de résidence du fluide dans le tube chauffant 11 et augmenter ainsi le transfert thermique. 3028808 -7- Bien entendu on peut prévoir que le dispositif de chauffage électrique 1 comprenne un seul élément chauffant, ou plus de deux éléments chauffants selon les besoins. Chaque tube chauffant 11 présente par exemple au moins un moyen 5 électrique de chauffe tel qu'une résistance chauffante réalisée par sérigraphie sous la forme d'une piste résistive sur l'extérieur du tube cylindrique (non représenté sur les figures) comme cela a été décrit dans le document FR 2 996 299 au nom de la demanderesse. Ainsi, la chaleur produite par la résistance est directement transmise au 10 fluide à chauffer à travers la paroi du tube chauffant il correspondant, ce qui minimise les pertes thermiques et réduit l'inertie thermique du dispositif, le fluide peut dès lors être chauffé rapidement. On prévoit également un moyen de commande (non visible sur les figures) pour contrôler l'alimentation électrique des modules de chauffe il. 15 Comme on le voit sur les figures 3 et 4, le tube chauffant présente au niveau d'au moins une zone d'extrémités 19 et 21 un siège de joint 23A, 23B. Selon un mode particulier de l'invention, le tube chauffant présente au niveau de chaque zone d'extrémités 19 et 21 un siège de joint 23A, 23B. Dans le présent exemple de réalisation, les sièges de joint 23A, 23B sont 20 réalisés à l'intérieur du tube chauffant il, à distance de l'extrémité respective 15 OU 17. Les sièges de joint 23A, 23B sont par exemple formés par une pièce rapportée 24, telle qu'une rondelle fixée en particulier par soudage au tube chauffant il. 25 Au niveau de chaque siège de joint 23A, 23B est disposé un joint torique 25A, 25B maintenu en place par le siège de joint associé 23A, 23B. Les joints toriques 25A, 25B présentent par exemple un diamètre transversal compris entre 3 et 5mm, de préférence de 4mm. Comme on le voit sur la figure 3, aussi bien le boîtier d'entrée 3 que le 30 boîtier de sortie 7 présente des protubérances circulaires d'accueil 3A, 3B ainsi que 7A, 7B pour recevoir les zones d'extrémité 19, 21 de chaque tube chauffant 3028808 -8- 3. L'assemblage du boîtier d'entrée 3 avec le boîtier de sortie 5 a pour conséquence que les protubérances d'accueil respectivement 3A, 3B ainsi que 7A, 7B entrent en contact avec les joints toriques 25A, 25B de sorte à les 5 comprimer selon une direction axiale contre les sièges de joint 23A et 23B. Il en résulte une expansion radiale des joints 25A, 25B contre la paroi interne des tubes chauffants 11 ce qui assure l'étanchéité requise. La figure 5 montre un second mode de réalisation selon l'invention du tube chauffant 3 qui se distingue de celui des figures 1 à 4 par le fait que le siège 10 de joint 23A ou 23B est disposé à l'extérieur du tube chauffant iiB. Dans ce cas, il suffit de conformer les protubérances circulaires d'accueil 3A, 3B ainsi que 7A, 7B des boîtiers d'entrée 3 et de sortie 7 de façon adéquate. La figure 6 montre un troisième mode de réalisation selon l'invention du tube chauffant 3 qui se distingue de celui des figures 1 à 4 par le fait que le tube 15 chauffant 11 présente des extrémités étagées 31, 33 formant siège de joint 23A, 23B. Cette forme étagée peut être obtenue soit par déformation plastique d'un tube, soit par soudage par exemple d'une rondelle et d'un tube de plus faible diamètre sur un tube destiné à porter les éléments chauffants. Bien entendu, la conformation des boîtiers d'entrée 3 et de sortie 7 de 20 façon adéquate est dans ce cas réalisée. La figure 7 montre une vue partielle en coupe transversale du tube chauffant à sa zone d'extrémité 17 pour illustrer un quatrième mode de réalisation de siège de joint 23A ou 23B. Ce mode de réalisation diffère de celui de la figure 4 par que le fait la 25 pièce rapportée 24 comprend une bride circulaire 34 présentant une portion de jupe 35 parallèle à l'axe du tube chauffant 11 et une portion de siège 37 perpendiculaire à l'axe du tube chauffant 11. La portion de jupe 35 est par exemple soudée à la paroi interne du tube chauffant il. Le mode de réalisation de la figure 8 est un développement du mode de 30 réalisation de la figure 7 et se distingue de celui-ci par le fait que la portion de siège 37 de la bride 34 est prolongée par une portion déflecteur de fluide 39 3028808 -9- comme cela est indiqué par les flèches 40, 41. Notamment en sortie du dispositif 1, un tel déflecteur 39 présente une sorte d'étranglement qui accélère la vitesse du fluide de sorte que celui-ci est acheminé plus rapidement vers un équipement par exemple d'échangeur où la chaleur doit être acheminée. 5 Le mode de la réalisation de la figure 9 est un développement de celui de la figure 4 et diffère de ce dernier par le fait le tube chauffant 11 présente un décrochement ou une rainure circulaire de maintien 43 de la pièce rapportée 24, en particulier un maintien de la position axiale. On peut dans ce cas par exemple utiliser une rondelle métallique 10 élastique qui est mise en place en force dans la rainure de maintien 43, de sorte qu'aucune soudure ne soit nécessaire. Le mode de réalisation de la figure 10 est comparable à celui de la figure 9 sauf que le décrochement ou la rainure 43 est sur la partie externe du tube chauffant 11 tout comme la rondelle 24. 15 Le mode de réalisation de la figure il montre encore une autre possibilité dans laquelle le siège de joint 23A ou 23B est formé par une déformation plastique 45 du tube chauffant il. On comprend donc qu'en agençant les sièges de joint 23A, 23B directement sur le tube chauffant, on peut s'affranchir d'un noyau tout en 20 réalisant l'étanchéité requise pour le fonctionnement du dispositif de conditionnement thermique 1. Les différents modes de réalisation présentés peuvent également être combinés. REVENDICATIONS1. Dispositif de conditionnement thermique (1) d'un fluide pour véhicule automobile, comprenant un tube chauffant cylindrique (ii) à l'intérieur duquel un fluide à chauffer peut s'écouler d'une extrémité (17) à l'autre extrémité (19), caractérisé en ce que le tube chauffant (ii) présente au niveau d'au moins une zone d'extrémité (19, 21) un siège de joint (23A, 23B). 2. Dispositif de conditionnement thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le siège de joint (23A, 23B) est disposé à l'intérieur du tube chauffant (ii). 3. Dispositif de conditionnement thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le siège de joint (23A, 23B) est disposé à l'extérieur du tube chauffant (ii). 4. Dispositif de conditionnement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le siège de joint (23A, 23B) est formé par une pièce rapportée (24) fixé au tube chauffant (ii). 5. Dispositif de conditionnement thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce rapportée (24) est une rondelle soudée au tube chauffant (ii). 6. Dispositif de conditionnement thermique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le tube chauffant (ii) présente une rainure circulaire (43) de maintien de la pièce rapportée (24), en particulier un maintien de la position axiale. 7. Dispositif de conditionnement thermique selon les revendications 5 et 6 prises ensemble, caractérisé en ce que la rondelle est une rondelle élastique mise en place en force dans la rainure de maintien (43). 8. Dispositif de conditionnement thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce rapportée (24) comprend une bride (34) 3028808 présentant une portion (35) parallèle à l'axe du tube chauffant (11) et une portion (37) perpendiculaire à l'axe du tube chauffant (11). 9. Dispositif de conditionnement thermique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la portion (37) de la bride (34) perpendiculaire à l'axe 5 du tube chauffant (11) est prolongée par une portion (39) déflecteur de fluide. 10. Dispositif de conditionnement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le siège de joint (23A, 23B) est formé par une déformation plastique du tube chauffant. 10 11. Dispositif de conditionnement thermique selon l'une quelconque des revendications 1, 4, 5, 8 ou 10 caractérisé en ce que le tube chauffant (11) présente des extrémités étagées formant siège de joint (23A, 23B). 12. Dispositif de conditionnement thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un joint torique (25A, 15 25B) maintenu en place par le siège de joint (23A, 23B). 13. Dispositif de conditionnement thermique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le joint torique (25A, 25B) présente un diamètre transversal compris entre 3 et 5mm, de préférence 4mm. 14. Dispositif de conditionnement thermique selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il présente des résistances chauffantes sur la paroi externe du tube chauffant (11). 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencé dans un circuit de chauffage de l'habitacle dudit véhicule. 16. Appareil de chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile, 25 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de conditionnement thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 17. Tube chauffant cylindrique (11) pour un dispositif de conditionnement 3028808 -12- thermique (i) d'un fluide pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il présente au niveau de chaque zone d'extrémité (19, 21) un siège de joint (23A, 23B).