Brevet FR3089880A1 — publié le 20200619

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, 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 200°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, le dispositif comprenant au moins un premier bloc de chauffe et un deuxième bloc de chauffe, chacun des blocs de chauffe étant disposé dans un logement associé, dits premier logement et deuxième logement, un espace entre chaque bloc de chauffe et une paroi interne du logement associé délimitant un passage d'écoulement du fluide, le premier bloc de chauffe comprenant une entrée de fluide dans le dispositif, le deuxième bloc de chauffe comprenant une sortie de fluide hors du dispositif, le dispositif comprenant un canal de communication de fluide entre le premier logement et le deuxième logement, le dispositif étant configuré pour que le fluide s'écoule depuis l'entrée jusqu'au canal de communication selon une première direction principale, dans le canal de communication selon une troisième direction principale, et depuis le canal de communication jusqu'à la sortie selon une deuxième direction principale, la première et la deuxième directions d'écoulement de fluide étant sensiblement orthogonales à la troisième direction d'écoulement de fluide, chacun des blocs de chauffe comprenant un élément de chauffage muni d'un enrobage conducteur 2 thermique. [0007] Grâce à l'enrobage, la surface externe du bloc de chauffe est augmentée, ce qui augmente également la surface d'échange entre le fluide et le bloc de chauffe. Alors, la température du fluide chauffé par le bloc de chauffe est à la fois réduite à proximité et/ ou en surface du bloc de chauffe et homogénéisée, améliorant ainsi le fonctionnement du système associé. De plus, la présence d'une pluralité de blocs de chauffe dans le dispositif de chauffage permet de maximiser la surface d'échange entre l'enrobage et le fluide chauffé par les blocs de chauffe. La présence d'une pluralité de blocs de chauffe permet également une continuité de fonctionnement du dispositif en cas de défaillance de l'un des blocs de chauffe, et ainsi une plus grande fiabilité du dispositif. Un fluide chauffé par le dispositif est par exemple de l'eau ou un mélange d'eau et de glycol ou un fluide frigorigène. [0008] Selon une autre caractéristique de l'invention, l'entrée et la sortie sont disposées en regard l'une de l'autre. [0009] Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une carte de circuit imprimé de contrôle des blocs de chauffe et de moyens de connexion de chaque bloc de chauffe à ladite carte de circuit imprimé. [0010] Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque passage entre le bloc de chauffe et le logement associé présente une largeur comprise entre lmm et 2,5 mm. [0011] Selon une autre caractéristique de l'invention, chacun des premier et deuxième blocs de chauffe comprend une partie de restriction, notamment une partie de restriction en forme de cône, faisant face respectivement à l'entrée et à la sortie de fluide. La partie de restriction permet de limiter les pertes de charge sur le fluide. [0012] Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins un capteur de température est disposé dans ladite partie de restriction. Un bloc de chauffe permet alors de positionner ledit au moins un capteur au plus près de respectivement l'entrée et/ou la sortie de fluide. La forme de la partie de restriction est avantageusement optimisée pour positionner au mieux le capteur de température. [0013] Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enrobage est un surmoulage en matériau métallique ou une couche céramique. [0014] Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque bloc de chauffe comprend un élément chauffant tel qu'une résistance blindée ou une cartouche céramique ou une piste sérigraphiée ou un ou plusieurs élément résistifs à coefficient de température positif, dits éléments PTC. [0015] Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque bloc de chauffe comprend des reliefs sur une surface externe du bloc de chauffe. [0016] 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 décht 3 précédemment. [0017] 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 [0018] 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 [0019] [fig.1] illustre une vue en perspective d'un dispositif de chauffage selon la présente invention, un boîtier étant omis partiellement ; Fig. 2 [0020] [fig.2] illustre une vue en coupe longitudinale du dispositif de la figure 1 ; Fig. 3 [0021] [fig.3] illustre une vue en coupe longitudinale d'un bloc de chauffe du dispositif de la figure 1 selon une première variante de réalisation ; Fig. 4 [0022] [fig.4] illustre une vue en coupe longitudinale d'un bloc de chauffe du dispositif de la figure 1 selon une deuxième variante de réalisation ; Fig. 5 [0023] [fig.5] illustre une vue en coupe longitudinale d'un bloc de chauffe du dispositif de la figure 1 selon une troisième variante de réalisation. 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 I assure le chauffage d'un fluide liquide, tel que de noté F sur la figure 2. [0025] Le dispositif I 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 I 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 60V jusqu'à 800-1000V. [0027] Le dispositif I comprend au moins un premier et un deuxième bloc de chauffe. Sur les modes de réalisation illustrés, le dispositif comprend un premier et un deuxième bloc de chauffe, référencés respectivement 2 et 3 sur les figures. [0028] Les blocs de chauffe 2, 3, comprennent un élément de chauffage et un enrobage de l'élément de chauffage, comme il sera détaillé ultérieurement. [0029] Comme il ressort des figures, le dispositif 1 comprend également un boîtier 4, notamment une enveloppe, muni d'un premier logement 5 associé au premier bloc de chauffe 2 et un deuxième logement 6 associé au deuxième bloc de chauffe 3. [0030] Le premier logement 5 comprend une entrée 7 du fluide F dans le dispositif 1 tandis que le deuxième logement 6 comprend une sortie 8 du fluide F hors du dispositif 1. [0031] Comme visible sur les figures, l'entrée 7 et la sortie 8 sont disposées en regard l'une de l'autre. Cette disposition permet d'assurer une accessibilité simple du dispositif 1 sur le véhicule, puisque les connectiques fluide de l'entrée et de la sortie sont accessibles par une même face. [0032] Le premier bloc de chauffe 2 est disposé dans le premier logement 5, une surface externe 9 du premier bloc de chauffe 2 étant espacée d'une paroi interne 10 du premier logement 5 d'une distance dl, de sorte à définir un passage 11 du fluide F dans le premier logement 5 autour du premier bloc de chauffe 2. [0033] De même, le deuxième bloc de chauffe 3 est disposé dans le deuxième logement 6, une surface externe 12 du deuxième bloc de chauffe 3 étant espacée d'une paroi interne 13 du deuxième logement 6 d'une distance d2, de sorte à définir un passage 14 du fluide F dans le deuxième logement 6 autour du deuxième bloc de chauffe 3. [0034] Les distances dl et d2 sont de préférence comprises entre 1mm et 2,5mm, ce qui permet d'assurer une bonne efficacité du dispositif 1. Une distance supérieure à 2 5mm aurait pour conséquence une vitesse de fluide nulle contre la surface externe du bloc de chauffe, tandis qu'une distance plus faible que 1mm pourrait conduire à un encrassement précoce du passage. [0035] Comme il ressort des figures, le premier bloc de chauffe 2 et le premier logement 5 s'étendent le long d'une direction longitudinale LI. [0036] De même, le deuxième bloc de chauffe 3 et le deuxième logement 6 s'étendent le long d'une direction longitudinale L2. [0037] Les directions longitudinales LI et L2 sont parallèles l'une à l'autre. [0038] Comme également visible sur les figures, le boîtier 4 comprend un canal de commu- nication 15 entre le premier logement 5 et le deuxième logement 6. [0039] Le dispositif 1 est configuré pour que le fluide F s'écoule depuis l'entrée 7 jusqu'au canal de communication 15 selon une première direction principale Pl, puis dans le canal de communication selon une troisième direction principale P3, et depuis le canal de communication jusqu'à la sortie selon une deuxième direction principale P2. [0040] Comme il ressort clairement de la figure 2, la direction principale Pl d'écoulement du fluide coïncide avec la direction longitudinale Ll tandis que la direction principale P2 d'écoulement du fluide coïncide avec la direction longitudinale L2. [0041] La direction principale P3 est orthogonale aux directions d'écoulement de fluide Pl et P2, de sorte que la circulation du fluide dans le dispositif 1 décrit un trajet d'une forme générale selon la lettre U. [0042] Quand le dispositif 1 fonctionne, le fluide F pénètre dans le dispositif 1 par l'entrée 7 puis circule dans le passage 11 sensiblement selon la direction Pl, où il est chauffé par le premier bloc de chauffe 2. Ensuite, le fluide F s'écoule dans le canal de communication 15 selon la direction P3 puis dans le passage 14, selon la direction P2, où il est chauffé par le deuxième bloc de chauffe 3. Enfin, le fluide F, réchauffé, sort du dispositif 1 via la sortie 8. [0043] On note que l'utilisation de deux blocs de chauffe permet d'assurer le chauffage du fluide même en cas dc défaillance dc l'un des blocs. [0044] Comme également visible sur les figures, chacun des premier et deuxième logements 5, 6 comprend un fond 16, 17, de forme plane, et opposé respectivement à l'entrée 7 et à la sortie 8. Le premier bloc de chauffe 2 repose sur le fond 16 tandis que le deuxième bloc de chauffe 3 repose sur le fond 17. [0045] Le dispositif 1 comprend une carte de circuit imprimé 18 de commande des blocs de chauffe 2 et 3. Des moyens de connexion 19, 20 des blocs dc chauffe à la carte sont illustrés sur la figure 2. [0046] Comme visible sur la figure 2, les fonds 16, 17 sont posés sur un boîtier 21 de protection de la carte de circuit imprimé 18. [0047] De préférence, les blocs de chauffe 2 et 3 sont identiques. [0048] Sur les modes de réalisation illustrés, la surface externe 9, 12, de chacun des blocs de chauffe 2, 3, présente une forme cylindrique depuis un fond plat 22, 23 jusqu'à une partie sommitale en forme de cône 24, 25. [0049] Un sommet 26 du premier bloc de chauffe 2 fait face à un milieu de l'entrée 7 du dispositif 1 tandis qu'un sommet 27 du deuxième bloc de chauffe 3 fait face à un milieu de la sortie 8 du dispositif 1. [0050] La forme de cône divergente depuis l'entrée 7 (respectivement la sortie 8) du bloc de chauffe 2 (respectivement 3) permet de réduire la résistance du bloc à l'écoulement du fluide F et de limiter les pertes de charge. [0051] Avantageusement, chacun des cônes est muni d'un capteur de température 28, 29 afin d'obtenir localement une température du fluide en entrée et en sortie du dispositif 1. Ces mesures permettent de contrôler la puissance des éléments de chauffage et de détecter toute surchauffe qui pourrait se produire au niveau des éléments de chauffage. [0052] Comme déjà indiqué, chaque bloc de chauffe comprend un enrobage en une matière conductrice thenniquement, telle qu'en céramique ou en aluminium. 6 [0053] Selon la variante illustrée à la figure 3, le bloc de chauffe illustré 2 est une résistance blindée 30 surmoulée d'aluminium 31. [0054] Selon la variante illustrée à la figure 4, le bloc de chauffe 2 est une cartouche 32 à enrobage céramique 33. [0055] Selon la variante illustrée à la figure 5, le bloc de chauffe 2 est une résistance en serpentin 34, notamment une bobine résistivc, surmoulée d'aluminium 35. [0056] L'enrobage permet d'éviter le contact direct entre l'élément de chauffage et le fluide, et d'augmenter la surface externe 9, 12, du bloc de chauffe, cc qui augmente la surface d'échange entre les blocs de chauffe et le fluide, et abaisse de ce fait la température moyenne du fluide à la surface des blocs de chauffe. Ainsi, les risques que le fluide se mette en ébullition sont nettement diminués. [0057] On note que le bloc de chauffe est soit plein, soit creux tel que visible sur les figures 3, 4 et 5, cc qui permet de réduire la masse du dispositif 1. [0058] Sur les modes de réalisation illustrés, la surface externe 9, 12 est lisse. Néanmoins, l'invention n'est pas limitée à cette configuration. On peut ajouter des reliefs, tels que des picots et/ou des rainures, afin d'augmenter encore la surface d'échange entre le fluide F et les blocs de chauffe et de créer des turbulences. Cela permet d'augmenter la performance de l'échange thermique entre le bloc de chauffe et le fluide à chauffer. 7