Brevet FR3107928A1 — publié le 20210910

L'invention concerne un procédé de chauffage d’un boîtier (7) renfermant au moins un organe fonctionnel, ledit boîtier comprenant: - au moins une paroi (9) commune avec un réservoir (1) destiné à recevoir un liquide, et - au moins une paroi (11) munie d’un orifice débouchant sur l’extérieur et fermé par une membrane (13) d’équilibrage de pression poreuse à la vapeur d’eau et étanche à l’eau liquide, ce procédé étant remarquable en ce qu’on chauffe le volume intérieur dudit boîtier (7) dans au moins une des situations suivantes: - lorsque ledit réservoir (1) est soumis à une baisse de température autre qu’une baisse de température susceptible de faire geler ledit liquide, - à chaque démarrage d’un véhicule équipé de ce boîtier, - quand on détecte des conditions thermiques susceptibles d’engendrer des condensats dans le volume intérieur dudit boîtier, fermé par ladite membrane. (Fig. 1) Procédé de chauffage d’un boîtier renfermant au moins un organe fonctionnel Domaine de l’invention La présente demande brevet se rapporte à un procédé de chauffage d’un boîtier renfermant au moins un organe fonctionnel, ce procédé ayant des applications notamment dans le domaine des équipements pour automobiles. Etat de la technique On connaît de l’état de la technique un procédé de chauffage d’un boîtier renfermant au moins un organe fonctionnel, ledit boîtier comprenant: - au moins une paroi commune avec un réservoir destiné à recevoir un liquide, et - au moins une paroi munie d’un orifice débouchant sur l’extérieur et fermé par une membrane poreuse à la vapeur d’eau. Un tel procédé est utilisé notamment dans le domaine des équipements automobiles, par exemple pour chauffer un réservoir d’urée destinée à réduire les émissions de NOx des gaz d’échappement d’un moteur diesel, afin de prévenir le gel de cette urée lorsque la température extérieure au véhicule devient inférieure au point de gel du liquide – à savoir -11,5°C dans le cas d’une solution d’urée concentrée à 32,5%: le boîtier renfermant au moins un organe fonctionnel possède une paroi commune avec le réservoir destiné à recevoir l’urée, et l’organe fonctionnel peut comprendre un capteur de pression, un capteur de température, un capteur de niveau, une pompe, une valve à commande électrique, etc., tous ces organes permettant de mesurer la situation à l’intérieur du réservoir, et d’en extraire l’urée vers le point d’utilisation en fonction de commandes reçues du contrôleur électronique du véhicule. Un tel procédé peut également être utilisé pour chauffer un réservoir d’eau permettant de refroidir un moteur à essence, afin d’économiser du carburant ou pour répondre à des normes imposant de ne pas utiliser du carburant à des simples fins de refroidissement du moteur. Problème technique restant posé Un problème constant constaté avec un tel boîtier possédant une paroi commune avec le réservoir destiné à recevoir le liquide, est la formation de condensation sur cette paroi, dans certaines situations où cette paroi est brutalement refroidie. Ces situations particulières comprennent notamment le remplissage du réservoir par un liquide relativement froid tel que de l’urée ou de l’eau, ou bien le refroidissement brutal lors de la circulation du véhicule, conduisant à la mise au contact brutal du boîtier avec de l’eau extérieure pouvant par exemple provenir d’un passage à gué (cette situation particulière est souvent décrite par le terme anglo-saxon «fording»). La formation de condensation sur la paroi du boîtier est préjudiciable, car elle peut conduire après accumulation à un phénomène de corrosion et d’endommagement prématuré des organes fonctionnels situés à l’intérieur de ce boîtier, autant par une éventuelle corrosion des éléments métalliques constitutifs de ces organes que par une dégradation des résistances d’isolement des circuits et composants électriques. La présente invention a notamment pour but de résoudre ces inconvénients. On atteint cet objectif, ainsi que d’autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui suit, avec un procédé de chauffage d’un boîtier renfermant au moins un organe fonctionnel, ledit boîtier comprenant: - au moins une paroi commune avec un réservoir destiné à recevoir un liquide, et - au moins une paroi munie d’un orifice débouchant sur l’extérieur et fermé par une membrane d’équilibrage de pression poreuse à la vapeur d’eau et étanche à l’eau liquide, ce procédé étant remarquable en ce qu’on chauffe le volume intérieur dudit boîtier dans au moins une des situations suivantes: - lorsque ledit réservoir est soumis à une baisse de température autre qu’une baisse susceptible de faire geler ledit liquide, - à chaque démarrage d’un véhicule équipé de ce boîtier, - quand on détecte des conditions thermiques susceptibles d’engendrer des condensats dans le volume intérieur dudit boîtier, fermé par ladite membrane. Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du procédé selon invention, prises seules ou en combinaison: - on chauffe le volume intérieur dudit boîtier lorsqu’on remplit ledit réservoir dudit liquide, ou après avoir détecté ce remplissage: le remplissage du réservoir par exemple par de l’urée froide refroidit la paroi commune du boîtier et du réservoir, provoquant ainsi de la condensation à l’intérieur du boîtier, donc sur la surface de la paroi commune à l’intérieur du boîtier; ce remplissage peut aisément être détecté par exemple avec une sonde de niveau ou de température présente dans le boîtier; - on chauffe le volume intérieur dudit boîtier lorsque ledit réservoir et ledit boîtier sont au moins partiellement immergés lors d’un passage à gué: un tel passage à gué peut avoir pour effet de refroidir brutalement le boîtier et le réservoir, provoquant ainsi de la condensation; ce refroidissement brutal peut être détecté par exemple avec une sonde de température présente dans le boîtier; - on chauffe le volume intérieur dudit boîtier au moyen d’éléments solidaires de ladite paroi commune et prévus pour assurer la fusion (l’antigel) dudit liquide: on utilise ainsi des éléments chauffants qui préexistent pour d’autres fonctions, ce qui évite d’avoir à ajouter des éléments chauffants spécifiques; - on chauffe le volume intérieur dudit boîtier au moyen d’un flux de chaleur provenant du moteur d’un véhicule équipé dudit réservoir: ce moyen alternatif de chauffage permet également d’utiliser une source chaude qui préexiste, et qui ne nécessite donc pas l’installation d’éléments chauffants spécifiques; - on déclenche le chauffage du volume intérieur dudit boîtier à partir des informations fournies par un capteur sélectionné dans le groupe comprenant un capteur de pression, un capteur de température, un capteur de niveau à l’intérieur dudit réservoir, un capteur d’ouverture de l’orifice de remplissage dudit réservoir: ces capteurs préexistent dans le système du véhicule, de manière à pouvoir fournir des informations sur le liquide qui remplit le réservoir; on utilise donc des capteurs qui préexistent, de sorte qu’il n’est pas nécessaire d’installer des capteurs spécifiques pour la mise en œuvre du procédé selon invention; - on chauffe le volume intérieur dudit boîtier pendant au moins 30 secondes et au plus 2 heures, et de manière à élever sa température absolue de 10K à 100K, et de préférence de 20K à 80K: une augmentation de 60K de la température de l’air à l’intérieur du boîtier permet d’éliminer 20 % de la vapeur d’eau, et une augmentation de 80K de la température permet d’éliminer 30 % de la vapeur d’eau; - on applique ce procédé à un boîtier solidaire d’un réservoir d’urée pour réduction des émissions de NOx d’un moteur diesel: ce procédé convient particulièrement à cette application, permettant de réduire la pollution engendrée par les gaz d’échappement d’un moteur diesel; - on applique ce procédé à un boîtier solidaire d’un réservoir d’eau pour refroidissement d’un moteur à essence par injection d’eau: un tel réservoir d’eau permet, pour les moteurs à essence de nouvelle génération, de satisfaire aux nouvelles normes imposant l’utilisation d’eau et interdisant la vaporisation volontaire de carburant pour refroidir le moteur; - on applique ce procédé à un boîtier solidaire d’un réservoir à carburant pour alimenter le dispositif de production d’hydrogène d’un moteur à pile à combustible: un tel dispositif est connu sous le nom de «générateur» - ou «reformer» en anglais. La présente invention se rapporte également à un dispositif de commande du chauffage du volume intérieur dudit boîtier, programmé pour mettre en œuvre le procédé de chauffage conforme à ce qui précède: ce dispositif de commande peut comprendre le contrôleur électronique du véhicule automobile, programmé de manière à activer les éléments chauffants en fonction des informations renvoyées par les différents capteurs situés à l’intérieur du boîtier. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent: : une coupe schématique d’un réservoir de liquide et de son boîtier associé, auquel est appliqué le procédé selon l’invention; : une vue de détail de la zone Z de la figure 1, lors du remplissage du réservoir par un liquide, entraînant la formation de condensation à l’intérieur de la paroi du boîtier; : une vue de détail de la zone Z la figure 1, une fois que l’on a activé les éléments chauffants disposés à l’intérieur de la paroi du boîtier. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques ou similaires sur l’ensemble des figures. Description détaillée de modes de réalisation de l’invention On se reporte à présent à la figure 1, sur laquelle on a représenté un réservoir 1, muni d’un bouchon 3, apte à contenir un liquide 5 tel qu’une solution aqueuse durée. Un boîtier 7 empiétant sur le volume intérieur du réservoir 1 est prévu, de sorte que ce boîtier et ce réservoir ont une paroi commune 9. Le réservoir 1 et le boîtier 7 peuvent être formés tous les deux par exemple en polyéthylène haute densité (PEHD). Le boîtier 7 contient différents organes qui ne sont pas représentés, tels que des capteurs de niveau et de température du liquide 5, un capteur de pression à l’intérieur du réservoir 1, une pompe, une valve à commande électrique, etc. Un connecteur hydraulique 11 permet de pomper le liquide 5 se trouvant à l’intérieur du réservoir 1 en direction du point d’utilisation. La solution aqueuse d’urée 5 convient pour réduire les émissions de NOx dans les gaz d’échappement d’un moteur diesel: on parle dans l’état de la technique de procédé SRC: Selective Catalyst Reduction. Bien entendu, la présente invention n’est pas limitée à ce type d’application, et on peut utiliser le procédé de l’invention dans le cas où le liquide 5 est de l’eau en vue de refroidir un moteur à essence pour satisfaire aux nouvelles normes antipollution selon lesquelles n’est plus autorisé de refroidir un moteur à essence en injectant du carburant en excès dans le seul but de refroidir le moteur, ou dans le cas où ce liquide est un mélange d’eau et d’alcool (par exemple éthanol) pour un moteur fonctionnant avec une pile à hydrogène. Comme cela est connu en soi, dans sa partie inférieure, c’est-à-dire dans sa partie destinée à être située vers le bas lorsque l’ensemble de réservoir 1 et de boîtier 7 sont en utilisation à bord d’un véhicule, le boîtier 7 comporte une paroi extérieure comportant un orifice muni d’une membrane respirante 13. Comme cela est connu en soi, une telle membrane 13 permet la circulation de vapeur d’eau vers intérieur ou vers l’extérieur du boîtier 7, mais empêche le passage d’eau liquide. Cette membrane équilibre les pressions totales et partielles des gaz de part et d’autre de la paroi du boîtier. On se reporte à présent plus particulièrement à la figure 2. Comme on peut le voir sur cette figure, le boîtier 7 comporte, à l’intérieur de sa paroi 9, des éléments chauffants 15, pouvant être formés par exemple par des céramiques chauffantes auto-régulées, souvent désignées dans la littérature par «éléments PTC». La figure 2 représente le réservoir 1 et le boîtier 7 lorsqu’on est en train de remplir le réservoir 1 de liquide 5. Lors de cette opération du remplissage, le liquide 5 vient brutalement refroidir la paroi 9, ce qui a pour effet de refroidir brutalement l’air humide présent à l’intérieur du boîtier 7, réduisant par conséquent la pression de vapeur saturante, entraînant la condensation de la vapeur d’eau en excès, et l’apparition d’humidité sous forme de condensat sur la face intérieure de la paroi 9. Cette condensation est préjudiciable à l’ensemble des organes qui se trouvent à l’intérieur du boîtier 7, risquant de provoquer des phénomènes de corrosion de ces organes. Pour éviter cet inconvénient, le procédé selon l’invention consiste à activer les éléments chauffants 15, de manière qu’ils les émettent de la chaleur (symbolisée par les flèches 20) augmentant la pression de vapeur saturante et vaporisant les gouttelettes d’eau 17 apparaissant à l’intérieur de la paroi 9. Ce faisant, la pression partielle de la vapeur d’eau à l’intérieur du boîtier 7, ainsi que la pression globale de l’air à l’intérieur de ce boîtier, augmentent, de sorte que l’air traverse la membrane 13 vers l’extérieur du boîtier 7, comme cela est indiqué par la flèche 21. On peut ainsi réduire rapidement le phénomène de condensation à l’intérieur du boîtier 7, et préserver ainsi les organes situés à l’intérieur de ce boîtier vis-à-vis des phénomènes de corrosion ou de défaut d’isolation électrique. En pratique, on a pu vérifier qu’une activation des éléments chauffants 15 pendant quelques minutes suffisait pour réduire significativement l’humidité à l’intérieur du boîtier 7. On peut aussi envisager de procéder à cette activation des éléments chauffants 15 de manière périodique, afin d’évaporer les condensats résiduels dans une ambiance déjà asséchée et donc de réduire encore l’humidité. Plus précisément, une augmentation de la température de 60K permet typiquement d’expulser 20% du volume de vapeur d’eau vers l’extérieur à travers la paroi respirante 13, et une augmentation de la température de 80K permet typiquement d’expulser 30 % de ce volume de vapeur d’eau. On notera que les éléments chauffants 15 préexistent à l’intérieur du boîtier 7, c’est-à-dire qu’ils sont utilisés de toute manière pour une fonction d’antigel (fusion) du produit solidifié 5. Ainsi, la présente invention ne nécessite nullement l’installation de nouveaux éléments chauffants à l’intérieur du boîtier 7, mais consiste en une activation de ces éléments en dehors de leurs circonstances de fonctionnement connues jusqu’à présent. Ainsi, la présente invention peut être mise en œuvre sans nouveau matériel, et donc sans surcoût notable, sur des véhicules existants. Dans ce qui précède, on a illustré l’invention dans le cas où le refroidissement rapide de la paroi 9 du boîtier 7 est provoqué par le remplissage du réservoir 1 avec le liquide 5. On notera toutefois que le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre dans d’autres types de circonstances, par exemple lorsque le boîtier 7 est refroidi brutalement lors d’un passage à gué du véhicule, ce refroidissement étant alors provoqué par l’étendue d’eau dans laquelle passe le véhicule: le réservoir 1 et son boîtier associé 7 sont en effet fréquemment installés dans le plancher du véhicule, c’est-à-dire dans une zone exposée lors d’un passage à gué. Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Procédé de chauffage d’un boîtier (7) renfermant au moins un organe fonctionnel, ledit boîtier comprenant: au moins une paroi (9) commune avec un réservoir (1) destiné à recevoir un liquide, et au moins une paroi (11) munie d’un orifice débouchant sur l’extérieur et fermé par une membrane (13) d’équilibrage de pression poreuse à la vapeur d’eau et étanche à l’eau liquide, ce procédé étant caractérisé en ce qu’on chauffe le volume intérieur dudit boîtier (7) dans au moins une des situations suivantes: lorsque ledit réservoir (1) est soumis à une baisse de température autre qu’une baisse de température susceptible de faire geler ledit liquide, à chaque démarrage d’un véhicule équipé de ce boîtier, quand on détecte des conditions thermiques susceptibles d’engendrer des condensats dans le volume intérieur dudit boîtier, fermé par ladite membrane. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on chauffe le volume intérieur dudit boîtier (7) lorsqu’on remplit ledit réservoir (1) dudit liquide, ou après avoir détecté ce remplissage. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on chauffe le volume intérieur dudit boîtier (7) lorsque ledit réservoir (1) et ledit boîtier (7) sont au moins partiellement immergés lors d’un passage à gué. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on chauffe le volume intérieur dudit boîtier (7) au moyen d’éléments solidaires de ladite paroi commune (9) et prévus pour assurer la fusion dudit liquide. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on chauffe le volume intérieur dudit boîtier (7) au moyen d’un flux de chaleur provenant du moteur d’un véhicule équipé dudit réservoir (1). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on déclenche le chauffage du volume intérieur dudit boîtier (7) à partir des informations fournies par un capteur sélectionné dans le groupe comprenant un capteur de pression, un capteur de température, un capteur de niveau à l’intérieur dudit réservoir, un capteur d’ouverture de l’orifice de remplissage dudit réservoir (1). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on chauffe le volume intérieur dudit boîtier (7) pendant au moins 30 secondes et au plus 2 heures, et de manière à élever sa température absolue de 30K à 100K, et de préférence de 60K à 80K. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un boîtier (7) solidaire d’un réservoir (1) d’urée pour réduction des émissions de NOx d’un moteur diesel. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un boîtier (7) solidaire d’un réservoir d’eau pour refroidissement d’un moteur à essence. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un boîtier solidaire d’un réservoir à carburant pour alimenter le dispositif de production d’hydrogène d’un moteur à pile à combustible. Dispositif de commande du chauffage du volume intérieur dudit boîtier (7), programmé pour mettre en œuvre le procédé de chauffage selon l’une quelconque des revendications précédentes.