Brevet FR3093957A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF DE CHAUFFAGE DE FLUIDE POUR VEHICULE AUTOMOBILE [0001] L'invention a pour objet un dispositif de chauffage d'un fluide pour un véhicule au- tomobile, de type dit à tension électrique élevée. [0002] De façon connue, un tel dispositif comprend un bloc de chauffe disposé dans un logement, une surface externe du bloc de chauffe étant espacée d'une paroi interne du logement de sorte à former un passage pour le fluide, qui est alors chauffé au contact du bloc de chauffe. [0003] Le bloc de chauffe est alimenté par une tension électrique généralement supérieure à 40V, par exemple 48V, de préférence supérieure à 60V, ce qui assure de chauffer efficacement le fluide caloporteur, lui-même préférentiellement destiné à un système de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un habitacle de véhicule automobile, ou à un système de gestion thermique d'une batterie d'un véhicule électrique ou hybride. [0004] Néanmoins, un tel dispositif connu présente l'inconvénient que la surface externe du bloc de chauffe peut atteindre des températures supérieures à 100°C, cc qui fait bouillir la couche de fluide en contact direct avec la surface. Le fluide qui circule dans le dispositif comprend alors un mélange liquide et gazeux pouvant altérer le fonctionnement du système de chauffage associé et présentant un risque d'inflammation des gaz, en particulier d'explosion, et de montée en pression du fluide. [0005] Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient. [0006] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de chauffage d'un fluide pour un véhicule automobile comprenant au moins un premier bloc de chauffe délimitant une zone de chauffe dudit fluide et comportant un moyen de mise en circulation du fluide dans ledit premier bloc de chauffe, le moyen de mise en circulation de fluide étant interne à la zone de chauffe. [0007] Le dispositif de chauffage selon la présente invention assure, grâce au moyen de mise en circulation de fluide interne à la zone de chauffe, le déplacement du fluide dans le bloc de chauffe, ce qui permet de réduire drastiquement le risque de surchauffe, tout en étant compact et simple à installer dans un véhicule automobile, dont il faut respecter des contraintes d'implantation souvent fortes. [0008] Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de mise en circulation de fluide est une vis sans fin. [0009] Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier bloc de chauffe comprend un élément chauffant creux délimitant un passage d'écoulement du fluide, la vis sans fin s'étendant dans le passage d'écoulement du fluide. 2 100101 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément chauffant creux est de forme tubulaire dirigé selon un axe longitudinal, la vis sans fin s'étendant longitudinalement selon l'axe longitudinal de l'élément chauffant. [0011] Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un deuxième bloc de chauffe délimitant une zone de chauffe du fluide et comportant un moyen de mise en circulation du fluide dans ledit deuxième bloc de chauffe, ledit moyen de mise en circulation de fluide étant interne à la zone de chauffe du deuxième bloc de chauffe. [0012] Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une sortie de fluide hors du dispositif (c'est-à-dire vers l'extérieur du dispositif) commune au premier et au deuxième blocs de chauffe. [0013] Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une première sortie de fluide et une deuxième sortie de fluide dédiées respectivement au premier bloc de chauffe et au deuxième bloc de chauffe. [0014] Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un moteur ou actionneur de commande de chaque moyen de mise en circulation de fluide. [0015] Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une carte de circuit imprimé de contrôle de chaque bloc de chauffe, ladite carte étant également configure° pour alimenter électriquement chaque moteur de commande. [0016] Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque moteur comprend un bobinage solidaire de la carte de circuit imprimé, et un ensemble d'aimants solidaires en rotation du moyen de mise en circulation de fluide associé. [0017] L'invention a également pour objet un système de chauffage, ventilation et/ou clima- tisation pour véhicule automobile, comprenant un dispositif de chauffage tel que déctit précédemment. [0018] L'invention a également pour objet un système de gestion thermique d'une batterie pour véhicule automobile électrique, comprenant un dispositif de chauffage tel que décrit précédemment. Brève description des dessins [0019] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 100201 Ifig.11 illustre une vue en perspective d'un dispositif de chauffage selon la présente invention; Fig. 2 100211 I fig.21 illustre une vue longitudinale du dispositif de la figure 1. 3 Fig. 3 100221 Ifig.31 illustre un dispositif de chauffage selon une autre variante de réalisation connecté à un échangeur de chaleur. Fig. 4 [0023] [fig.41 illustre un dispositif de chauffage selon une autre variante de réalisation connecté à deux échangeurs de chaleur. Description des modes de réalisation [0024] Comme illustré sur les figures, l'invention a pour objet un dispositif de chauffage, référencé 1 sur les figures. Le dispositif 1 assure le chauffage d'un fluide liquide, tel que de l'eau, ou de l'eau glycolée, référencé F. [0025] Le dispositif 1 est préférentiellement associé à un système de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un habitacle de véhicule automobile et/ou à un système de gestion thermique d'une batterie pour un véhicule électrique ou hybride. [0026] Le dispositif 1 est de type à tension électrique élevée (« high voltage » en anglais) c'est-à-dire qu'il est alimenté à par une tension supérieure à 40V, par exemple 48V, ou GOV jusqu'à 800-1000V. [0027] Le dispositif 1 comprend au moins un premier bloc de chauffé. Sur les modes de réa- lisation illustrés, le dispositif comprend un premier et un deuxième blocs de chauffe, référencés respectivement 2 et 3 sur les figures. 100281 Comme il ressort des figures, le dispositif 1 comprend également un boîtier 4 de logement des blocs de chauffe 2, 3. Le boîtier 4 est muni d'une entrée 7 du fluide F dans le dispositif 1, formant fond du boîtier 4 ainsi que d'une ou de deux sorties de fluide 8 hors du dispositif 1, opposée(s) à l'entrée 7. 100291 Comme visible sur les figures, chacun des blocs de chauffe 2, 3, comprend un élément chauffant 10 creux et délimitant un passage de circulation de fluide 11. Sur les figures, chaque élément chauffant 10 est un tube cylindrique chauffant comprenant une résistance chauffante de type piste sérigraphiée (la piste sérigraphiée étant disposée à l'extérieur du tube chauffant alors que le fluide circule à l'intérieur de ce même tube chauffant). Ainsi, le passage 11 forme une zone de chauffe du bloc de chauffe associé, 2, 3. 100301 Grâce à cette configuration, la chaleur produite par la résistance est directement transmise au fluide à chauffer à travers la paroi du tube chauffant 10 correspondant, ce qui minimise les pertes thermiques et réduit l'inertie thermique du dispositif, le fluide pouvant être chauffé rapidement. 100311 Le passage 11 forme une zone de chauffe du dispositif de chauffage électrique I. [0032] Comme il ressort également des figures 1 et 2, chaque bloc de chauffe 2, 3 comprend un moyen de mise en circulation de fluide associé 12. Sur les modes de réalisation illustrés, le moyen de mise en circulation est une vis sans fin. [0033] Chaque vis sans fin 12 comprend un arbre 13 sur lequel est montée une cannelure hé- licoïdale 14 et s'étendant selon un axe longitudinal A, A' parallèle à un axe longitudinal L, L' de l'élément chauffant 10 associé. Sur la figure 2, les axes A et A' coïncident respectivement avec les axes L et L'. [0034] Chaque vis sans fin 12 est mobile en rotation autour de son axe longitudinal L, L', cc qui entrainc le fluide F dans un mouvement de bas en haut, depuis l'entrée 7 jusqu'à l'une des sorties 8. [0035] Les vis sans fin 12 sont internes à la zone de chauffe associée 11, ce qui assure une compacité du dispositif de refroidissement 1. [0036] Comme il ressort également des figures, chaque bloc de chauffe 2, 3 comprend un moteur électrique 15 pour commander le mouvement de l'arbre 13 de la vis sans fin 12. Le moteur électrique est avantageusement de type sans balai ou pas à pas. [0037] Chacun des moteurs 15 comprend d'une part un ensemble d'aimants 16 et d'autre part des bobinages 17 pour mettre en mouvement les aimants 16. Les aimants 16 sont montés sur une extrémité 18 de l'arbre 13, entrainant de ce fait la rotation de l'arbre 13 autour de son axe longitudinal L, L'. [0038] Comme également visible sur la figure 2, le dispositif 1 comprend une carte de circuit imprimé 19. La carte de circuit imprimé 19 permet de contrôler la puissance de chauffe générée par les éléments chauffants 10. La carte de circuit imprimé 19 permet aussi d'alimenter et piloter électriquement les bobinages 17 des moteurs 15. On note qu'avantageusement, les bobinages 17 sont souciés et/ou connectés à la carte de circuit imprimé 19. [0039] La configuration selon la présente invention permet d'ajuster au mieux la rotation des vis sans fin 12 en tenant compte du débit et de la température du fluide et/ou en fonction de la puissance et/ou température de chauffe de chaque élément chauffant 10, afin d'éviter tout risque de surchauffe des éléments chauffants et de limiter le risque d'ébullition du fluide. [0040] Selon la variante de la figure 1, le dispositif de chauffage 1 comprend une entrée 7 et une unique sortie 8. [0041] Selon la variante de la figure 3, le dispositif de chauffage 1 comprend une entrée 7 et deux sorties 8, 8' du fluide caloporteur. Chacune des sorties 8, 8' est connectée à une partie distincte 21,21' d'un échangeur de chaleur 20. Ainsi, le premier bloc de chauffe 2 est dédié à la partie 21 de l'échangeur 20 tandis que le deuxième bloc de chauffe 3 est dédié à la partie 21' de l'échangeur 20. [0042] Selon la variante de la figure 4, le dispositif de chauffage 1 comprend une entrée 7 et deux sorties 8, 8' du fluide caloporteur. Chacune des sorties 8, 8' est connectée à un échangeur de chaleur respectif 20, 20'. Ainsi, le premier bloc de chauffe 2 est dédié à l'échangeur 20 tandis que le deuxième bloc de chauffe 3 est dédié à l'échangeur 20'. Avantageusement, l'un des échangeurs 20, 20' fait partie d'un système de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un habitacle du véhicule automobile tandis que l'autre des échangeurs 20, 20' fait partie d'un système de gestion thermique d'une batterie d'un véhicule électrique ou hybride. [0043] Selon ces deux dernières variantes, le contrôle de la vis sans fin 12 et de l'élément chauffant 10 du premier bloc 2 est avantageusement indépendant du contrôle de la vis sans fin 12 et dc l'élément chauffant 10 du second bloc de chauffe 3. [0044] Comme il ressort déjà de la description qui précède, le dispositif de chauffage 1 selon la présente invention assure un déplacement de bas en haut, de l'entrée 7 aux sorties 8 ; 8', du fluide caloporteur tout en étant compact, simple à implanter, ajustable à la puissance des éléments chauffants, permettant dc minimiser les risques d'ébullition et qui peut s'adapter à différents échangeurs de chaleur. [0045] On note que, bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation illustrés. Par exemple, les blocs de chauffe 2 et 3 sont identiques sur les figures mais, néanmoins, selon les besoins de chauffage du véhicule, les blocs dc chauffe 2 et 3 peuvent différer l'un de l'autre. Notamment, les vis sans fin peuvent présenter des dimensions et/ou des vitesses de rotation différentes. 6