Brevet FR3071310A1 — publié le 20190322

L'invention relève du domaine de la ventilation, du chauffage et/ou de la climatisation de véhicule automobile. Elle concerne les dispositifs de chauffage additionnel destinés à être montés dans une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de chauffage additionnel comportant des éléments chauffants à résistances électriques, par exemple des résistances à coefficient de température positif (CTP), qui permettent de produire rapidement de la chaleur dans les véhicules, notamment lorsque l'on souhaite chauffer rapidement l'habitacle. Des dispositifs de chauffage de ce type comportent un corps de chauffe comprenant des éléments d'échange thermique pouvant diffuser de la chaleur, associés auxdits éléments chauffants. Ces dispositifs de chauffage additionnel comportent également des moyens de connexion qui permettent le raccordement électrique des résistances à un réseau électrique source embarqué sur le véhicule, pour l'alimentation électrique des éléments chauffants, et des moyens de connexion qui permettent la fixation, ou l'ancrage mécanique du dispositif de chauffage additionnel à l'installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation. La demande W02016/128395 décrit un boitier d'un dispositif de chauffage électrique d'un flux d'air circulant à l'intérieur d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation d'un véhicule automobile, ledit boitier comportant: au moins un compartiment de chauffe définissant au moins un logement dans lequel peut être installé au moins un module chauffant, une première interface de connexion qui permet la liaison du au moins un module chauffant a une alimentation électrique du véhicule, une deuxième interface de connexion qui est apte a coopérer avec des moyens de maintien en position qui sont portés par l'installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation, caractérisé en ce que le 2 compartiment de chauffe et les deux interfaces de connexion sont venus de matière de sorte que le boitier est formé d'un seul et même bloc. L'invention vise à améliorer les dispositifs décrits ci-dessus, notamment en adaptant la perte de charge aux conditions d'utilisation. 5 L'invention propose à cet effet un boîtier d'un dispositif de chauffage électrique d'un flux d'air circulant à travers un passage d'air à l'intérieur d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation d'un véhicule automobile, ledit boîtier comportant : - au moins un obturateur mobile agencé pour obturer au moins 10 partiellement le passage d'air de manière à faire varier la section du passage d'air et ainsi la perte de charge. Pouvoir faire varier la perte de charge en fonction du débit grâce à l'obturateur mobile selon l'invention, permet d'optimiser l'écoulement d'air dans le conduit de circulation d'air de l'installation de ventilation, chauffage et/ou 15 climatisation en fonction des conditions d'utilisation. La perte de charge est ainsi limitée à haut débit, pour éviter les nuisances sonores et maintenue à un certain niveau, à faible débit, pour améliorer les performances en chauffe. Selon une autre caractéristique de l'invention, le passage d'air est formé au moins partiellement sur le boitier, notamment totalement formé sur le boitier. 20 Selon une autre caractéristique de l'invention, le boitier comporte un organe générateur de perte de charge et le passage d'air est formé au moins partiellement sur ledit organe générateur de perte de charge, notamment totalement formé sur ledit organe générateur de perte de charge. Selon une autre caractéristique de l'invention, le passage d'air comporte 25 au moins une ouverture formée sur le boitier. 3 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ouverture comporte un orifice. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'obturateur est articulé selon au moins un axe de rotation. Selon une autre caractéristique de l'invention, 5 l'axe de rotation s'étend selon une direction d'extension générale du boitier. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'axe de rotation s'étend le long d'un bord supérieur de l'obturateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'obturateur est articulé à l'organe générateur de perte de charge. 10 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'obturateur a un pourtour de forme polygonale, notamment sensiblement rectangulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'obturateur comporte au moins un volet rigide. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'obturateur comporte au 15 moins une membrane à déformation élastique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la membrane à déformation élastique comporte au moins un bord encastré dans le boitier. Selon une autre caractéristique de l'invention, la membrane à déformation élastique comporte au moins un bord encastré dans l'organe générateur de perte 20 de charge. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'obturateur comporte à la fois une membrane à déformation élastique et un volet rigide qui sont disposés côte à côte. Selon une autre caractéristique de l'invention, la membrane élastique 25 comporte au moins une fente agencée pour s'ouvrir sous la pression exercée par le flux d'air. 4 Le boîtier du dispositif de chauffage électrique d'un flux d'air selon l'invention peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison, en relation avec ledit organe générateur de perte de charge, notamment générateur de perte de charge variable : 5 - ledit au moins un organe générateur de perte de charge peut présenter la forme d'une lame, d'une barrette, d'un profilé, d'une plaque ; - ledit au moins un organe générateur de perte de charge s'étend selon une direction d'extension générale entre une première extrémité et une deuxième extrémité ; 10 - la direction d'extension générale dudit au moins un organe générateur de perte de charge est sensiblement longitudinale. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier du dispositif de chauffage comporte au moins un compartiment de chauffe définissant au moins un logement principal dans lequel peut être installé au moins un module 15 chauffant. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier comporte une première interface de connexion qui permet la liaison du au moins un module chauffant à une alimentation électrique du véhicule. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier du dispositif de 20 chauffage comporte une deuxième interface de connexion qui est apte à coopérer avec des moyens de maintien en position, par exemple par ancrage, qui sont portés par l'installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation. Selon une caractéristique possible, les interfaces de connexion sont disposées respectivement à des extrémités opposées du compartiment de 25 chauffe, ces extrémités opposées étant préférentiellement ladite première et ladite deuxième extrémité entre lesquelles s'étend ledit compartiment de chauffe selon la direction d'extension générale. 5 Selon une caractéristique possible, ledit au moins un organe générateur de perte de charge, notamment générateur de perte de charge variable, s'étend sur toute la longueur d'un côté latéral du compartiment de chauffe, d'une interface de connexion à l'autre. 5 Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif de chauffage comportant un boîtier tel que décrit précédemment. L'invention concerne également une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation d'un véhicule automobile comportant au moins un tel dispositif de chauffage. 10 L'invention concerne enfin un procédé de variation de perte de charge, notamment de manière passive, d'un flux d'air circulant à l'intérieur d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation d'un véhicule automobile comprenant un boitier tel que décrit précédemment, le procédé comportant l'étape suivante : 15 - faire varier la section du passage d'air en fonction du débit d'air à l'aide de l'obturateur. Selon une caractéristique possible, le procédé selon la revendication précédente consiste à: - maintenir une section réduite de passage d'air à l'aide de l'obturateur 20 lorsque le débit d'air est inférieur à un certain seuil ; - permettre l'augmentation à l'aide de l'obturateur de la section de passage d'air lorsque le débit d'air dépasse ledit seuil. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 25 apparaitront plus clairement à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : 6 - la figure 1 est une vue d'un premier mode de réalisation du dispositif de chauffage additionnel selon l'invention avec deux obturateurs de type volets rigides en position fermée ; - la figure 2 est une vue du dispositif de la figure 1, avec les obturateurs en 5 position ouverte. - la figure 3 est une vue en coupe du dispositif selon le premier mode de réalisation, avec les obturateur en position ouverte ; - la figure 4 est une vue d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, le dispositif étant représenté ici avec deux obturateurs de 10 type membrane élastique en position fermée ; - la figure 5 est une vue du dispositif de la figure 4, avec les obturateurs en position ouverte ; - la figure 6 est une vue en coupe du dispositif de la figure 4, avec les obturateurs en position ouverte ; 15 - La figure 7 est une vue agrandie d'un obturateur de type membrane élastique selon un autre mode de réalisation, la membrane comportant deux fentes agencées pour s'ouvrir sous la pression exercée par le flux d'air. Dans la description qui va suivre, on se réfèrera à une orientation 20 fonction des axes Longitudinaux, Verticaux et Transversaux tels qu'ils sont définis arbitrairement par le trièdre L,V,T représenté sur la figure 1, l'axe transversal traversant le plan de la figure. Le choix des appellations de ces axes n'est pas limitatif de l'orientation que peut prendre le dispositif dans son application à un véhicule automobile, et l'utilisation de termes tels que 25 « supérieur » et « inférieur » est choisie en fonction de l'orientation dans l'illustration accompagnant cette description sans qu'elle soit non plus limitative. On se réfère aux figures 1 à 6 pour décrire le dispositif de chauffage additionnel selon deux exemples de réalisation de l'invention, le dispositif étant 7 apte à être logé en travers d'un conduit de circulation d'air d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation, de manière à transformer l'énergie électrique prélevée sur le véhicule en énergie thermique restituée dans l'air traversant ladite installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation. 5 L'installation n'est pas ici représentée, mais on comprendra qu'un conduit principal de cette installation comporte de façon classique une ouverture réalisée dans la paroi pour l'insertion du dispositif de chauffage additionnel. Un premier mode de réalisation est illustré sur les figures 1 à 3. Un dispositif de chauffage additionnel 2 comporte un boîtier 3 et des modules 10 chauffants 4 aptes à transformer un courant électrique en énergie thermique. On pourra se référer, par exemple, au document brevet FR2895204 pour la description plus détaillée des modules chauffants et un exemple de réalisation avec la présence de dissipateurs thermiques enserrés par des électrodes de part et d'autre d'une ou plusieurs pierres à coefficient de température positif (effet 15 CTP). Le boîtier 3 comporte un compartiment de chauffe 6 de réception des modules chauffants 4, une première interface de connexion 8 disposée à une extrémité proximale 10 du compartiment de chauffe 6 pour le raccordement du dispositif à un réseau électrique du véhicule et l'alimentation des modules 20 chauffants 4, une deuxième interface de connexion 12, notamment de fixation mécanique, qui est disposée à l'extrémité distale 14 du compartiment de chauffe 6 opposée à l'extrémité proximale 10 portant la première interface de connexion 8 et qui est apte à coopérer avec une paroi du conduit de l'installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation, ainsi qu'une barrette 16 qui s'étend le 25 long du compartiment de chauffe 6 entre les deux interfaces de connexion 8, 12. La barrette 16 constitue un organe générateur de perte de charge, qui s'étend selon une direction d'extension longitudinale sur toute la longueur d'un côté latéral du compartiment de chauffe 6, de la première interface de connexion 8 à la deuxième interface de connexion 12. Par organe générateur de perte de charge, il faut comprendre un élément fixe du boitier qui fait office d'obstacle 8 interposé dans le conduit de circulation d'air de l'installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation. L'organe permet de créer de la turbulence dans le but d'améliorer le transfert thermique entre les modules chauffants et l'air. Le compartiment de chauffe 6 présente une forme de parallélépipède 5 rectangle dont les deux faces principales sont ajourées transversalement pour permettre la diffusion dans le conduit de la chaleur dégagée par les modules chauffants 4 logés à l'intérieur du compartiment de chauffe 6. Des montants 18, disposés à intervalles, réguliers ou non, les uns des autres, s'étendent verticalement sur toute la hauteur de ces faces principales afin de rigidifier 10 l'ensemble sans pénaliser le dégagement de chaleur. La barrette 16 est avantageusement rainurée. Notamment, la barrette 16 peut présenter une série de rainures verticales 33, régulièrement espacées les unes des autres depuis une extrémité longitudinale de la barrette 16 à l'autre, et perpendiculaires à la direction d'extension de la barrette. La largeur des rainures 15 33 est prévue pour laisser passage au flux d'air circulant dans le conduit.. La barrette 16 peut aussi présenter plusieurs ouvertures 20, 21 sous la forme d'orifices avec un pourtour fermé, de dimension plus large que les rainures 33. Le dispositif de chauffage additionnel 2 est logé en travers d'un conduit de circulation d'air d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation. La 20 section du conduit (non représentée) par laquelle l'air peut circuler définit un passage d'air 80. Le passage d'air 80 est donc formé à la fois autour du dispositif de chauffage additionnel 2, et sur le dispositif de chauffage 2 à travers lequel l'air circule dans les interstices entre les différents éléments constitutifs du dispositif, comme, par exemple, les modules chauffants 4. Notamment, le passage d'air 80 25 est formé sur le boitier 3 du dispositif de chauffage additionnel 2, par exemple formé par les rainures 33 sur la barrette, ou par les orifices 20, 21. Le boitier 3 comporte des obturateurs mobiles 90, 91 agencés pour obturer au moins partiellement les orifices 20, 21. La perte de charge du dispositif de chauffage peut ainsi varier en variant la section du passage d'air 80. 30 Selon le premier mode de réalisation décrit, chaque obturateur mobile 90, 91 9 comporte un volet rigide 107a, 107b articulé à la barrette 16 selon un axe de rotation (non représenté) s'étendant selon une direction d'extension générale du boitier 3, le long du bord supérieur du volet rigide 107a, 107b. Le volet rigide 107a, 107b, par exemple, a un pourtour en rectangle. 5 Le volet rigide 107a, 107b permet ainsi un contrôle passif de la perte de charge du dispositif de chauffage. Le volet rigide 107a, 107b exerce sous son propre poids une force de rappel opposée aux forces de pression exercées par le flux d'air. Ainsi, comme illustré sur les figures 2 et 3, le volet rigide 107a, 107b s'ouvre sous un certain débit, seuil d'ouverture à partir duquel les forces de 10 pression exercées par le flux d'air sur le volet rigide 107a, 107b sont suffisamment importantes pour vaincre la force de rappel exercée par le poids du volet rigide 107a, 107b. Un poids suffisant du volet rigide 107a, 107b permet l'existence d'une force de rappel suffisante, sans nécessiter de ressort de rappel. Le volet rigide 107a, 107b, en s'ouvrant, libère une ouverture 20, 21 par laquelle 15 peut s'écouler une fraction du flux d'air total. L'augmentation de la section du passage d'air 80 facilite ainsi l'écoulement. Dans de telles conditions de haut débit, par exemple au-delà de 350kg d'air par heure, les modules chauffants 4 sont saturés en air, de telle sorte que l'échange thermique se fait de façon optimale, malgré la dérivation d'une fraction du flux d'air total. L'augmentation de 20 la section du passage d'air 80 limite la perte de charge du dispositif de chauffage et limite aussi le risque de nuisance sonore pour l'utilisateur, dans des conditions d'écoulement où les contraintes sont élevées. A un débit inférieur au seuil d'ouverture du volet 107a, 107b, comme illustré sur la figure 1, le volet obturant l'ouverture 20,21 permet de maintenir une 25 section de passage réduite et un certain niveau de perte de charge. Une fraction plus importante du flux d'air total s'écoule à travers le compartiment de chauffe 6. Ces propriétés d'écoulement, ainsi qu'un certain niveau de perte de charge, favorise un meilleur transfert thermique des modules chauffants 4 vers le flux d'air. Dans de telles conditions de faible débit, par exemple 200kg d'air par 30 heure, les contraintes d'écoulement sont moins importantes et un certain niveau de perte de charge permet de favoriser la chauffe sans risque de nuisances 10 sonores pour l'utilisateur. Cela permet par exemple d'augmenter les performances de l'installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation ou garantir le mode dégivrage au niveau requis. On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation illustré sur les 5 figures 4 à 6. Il diffère du premier mode de réalisation décrit ci-dessus en ce que les obturateurs mobiles 90, 91 comportent une membrane élastique 207a, 207b reliée à la barrette 16 par son bord supérieur, notamment par encastrement. La membrane 207a, 207b, par exemple, a un pourtour en parallélépipède rectangle. La membrane 207a, 207b permet un contrôle passif de la perte de charge. 10 Les propriétés élastiques de la membrane 207a, 207b lui permettent d'exercer une force de rappel opposée aux forces de pression exercées par le flux d'air, indépendamment du poids de la membrane 207a, 207b. Ainsi, la membrane 207a, 207b se déforme à partir d'un certain débit d'air, libérant partiellement l'ouverture 20, 21 aménagée dans la barrette 16, comme illustré sur les figures 5 15 et 6. Il existe donc une valeur seuil de débit à partir de laquelle les forces de pression exercées par le flux d'air sont suffisamment importantes pour vaincre la force de rappel élastique exercée par la membrane 207a, 207b. L'ouverture 20, 21 ainsi partiellement libérée permet l'augmentation de la section du passage d'air 80, ce qui facilite l'écoulement, de la même manière que dans le premier 20 mode de réalisation. On peut avantageusement faire varier les propriétés du matériau dans lequel la membrane 207a, 207b est construite ainsi que ses dimensions, notamment son épaisseur et donc la manière dont celle-ci se déforme sous la pression. De cette manière, le seuil de débit à partir duquel la membrane 207a, 207b s'ouvre, ainsi que l'augmentation de la section du 25 passage d'air 80 en fonction du débit peuvent être ajustés. A un débit inférieur au seuil de déformation de la membrane 207a, 207b, l'ouverture 20, 21 obturée, comme illustré sur la figure 4 permet de maintenir une section réduite et un certain niveau de perte de charge dans le but de favoriser la chauffe de la même manière que dans le premier mode de réalisation. 11 L'utilisation de membranes élastiques permet avantageusement d'orienter le dispositif de chauffage additionnel 2 dans une direction quelconque, puisque la gravité ne joue pas de rôle. Selon un autre mode de réalisation possible, représenté sur la figure 7, 5 une membrane élastique 307a, 307b comporte deux fentes croisées 3071, 3072 agencées pour s'ouvrir sous la pression de l'air, la membrane 307a, 307b étant, par exemple, encastrée sur tout ses bords à la barrette 16 et étant utilisée en lieu et place de la membrane 207a, 207b. Selon un autre mode de réalisation possible non représenté, il est possible 10 d'ajouter un ou plusieurs ressorts de rappel au volet rigide 107a, 107b pour ajuster le fonctionnement du volet 107a, 107b aux pressions et aux débits d'air souhaités. La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixé, au travers de quatre modes de 15 réalisation particuliers. Il sera compris que des caractéristiques décrites pour l'un de ses modes de réalisation pourront facilement être combinées avec des caractéristiques de l'autre mode de réalisation, et on pourra prévoir par exemple que le boitier comprenne un premier obturateur de type volet rigide tel que décrit dans le premier mode de réalisation sur les figures 1 à 3 et un deuxième 20 obturateur de type membrane élastique tel que décrit dans le deuxième mode de réalisation sur les figures 4 à 6. Selon un autre exemple, le boitier peut comprendre un obturateur comprenant à la fois un volet rigide et une membrane élastique, un bord supérieur de la membrane étant encastré dans la barrette et un bord inférieur de la membrane étant relié à un bord supérieur du volet rigide, 25 sous la forme d'une articulation ou d'un encastrement, le bord opposé du volet étant libre. On pourra également prévoir que le volet est articulé sur son bord supérieur à la barrette et relié sur son bord inférieur à la membrane, sous la forme d'une articulation ou d'un encastrement. On pourra avantageusement faire varier les dimensions des différents éléments constituant l'obturateur. En jouant 30 ainsi sur l'architecture de l'obturateur, on peut ajuster le profil de variation de 12 perte de charge en fonction du débit d'air, en faisant varier le degré d'ouverture de l'obturateur REVENDICATIONS1. Boîtier (3) d'un dispositif de chauffage électrique (2) d'un flux d'air circulant à travers un passage d'air (80) à l'intérieur d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation d'un véhicule automobile, ledit boîtier (3) comportant : - au moins un obturateur mobile (90; 91) agencé pour obturer au moins partiellement le passage d'air (80) de manière à faire varier la section du passage d'air (80) et ainsi la perte de charge. 2. Boitier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boitier (3) comporte un organe générateur de perte de charge (16) et en ce que le passage d'air (80) est formé au moins partiellement sur ledit organe générateur de perte de charge (16), notamment totalement formé sur ledit organe générateur de perte de charge (16) 3. Boitier selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le passage d'air (80) comporte au moins une ouverture (20 ; 21) formée sur le boitier (3). 4. Boitier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur (90 ; 91) est articulé selon au moins un axe de rotation. 5. Boitier selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'obturateur (90 ; 91) est articulé à l'organe générateur de perte de charge (16). 6. Boitier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur (90 ; 91) comporte au moins un volet rigide (107a; 107b). 7. Boitier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur (90 ; 91) comporte au moins une membrane élastique (207a ; 207b). 14 8. Boitier selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la membrane élastique (207a; 207b) comporte au moins un bord encastré dans le boitier (3). 9. Installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation d'un 5 véhicule automobile comportant au moins un boitier (3) selon l'une des revendications précédentes. 10. Procédé de variation de perte de charge, notamment de manière passive, d'un flux d'air circulant à l'intérieur d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation d'un véhicule automobile comprenant un boitier 10 (3) selon l'une des revendications 1 à 8, le procédé comportant l'étape suivante : - faire varier la section du passage d'air (80) en fonction du débit d'air à l'aide de l'obturateur (90 ; 91). 15 20 25 30 35