ES2312893T3 - Dispositivo calefactor electrico para automoviles. - Google Patents

Abstract

Dispositivo calefactor eléctrico dotado de varios elementos calefactores (2) reunidos en un bloque calefactor y un dispositivo de control para controlar los elementos calefactores (2), de manera que el dispositivo de control constituye con el bloque calefactor una unidad constructiva, y también con los transistores de potencia (119) dispuestos sobre una placa conductora (110) y elementos de refrigeración (150, 250) asociados a aquellos, de manera que un elemento de refrigeración (150, 250) está unido a través de una abertura (140) de la placa conductora (110) al correspondiente transistor de potencia (119) y sobresale de forma tal de la placa conductora (110) que puede recibir el aire a calentar por las aberturas de ventanas (7, 307, 308, 408) dispuestas en el cuerpo envolvente (5) en el dispositivo calefactor, caracterizada porque un elemento de refrigeración (150, 250) está construido como cuerpo macizo en forma de vástago, de manera que el elemento de refrigeración (150, 250) para su unión al transistor de potencia (119) está montado en la correspondiente abertura (140) y sobresale de la cara inferior de la placa conductora (110) de forma perpendicular y porque en el cuerpo envolvente (5) queda previsto un soporte (310, 410) para la fijación de la sección (152, 252, 253) del elemento de refrigeración (350, 450) que sobresale de la placa conductora (110).

Description

Dispositivo calefactor eléctrico para automóviles.

La presente invención se refiere a un dispositivo de calefacción o calefactor eléctrico para el calentamiento de aire, que es especialmente apropiado para su utilización como aparato eléctrico de calefacción auxiliar para automóviles.

Para su utilización en automóviles, en especial, aquellos que están dotados de motores con consumo optimizado, se utilizan dispositivos de calefacción eléctricos para el calentamiento del recinto interior y/o del motor. Un dispositivo auxiliar de calefacción de tipo eléctrico es necesario en especial después de la puesta en marcha del motor, mientras el motor térmico no genera todavía suficiente energía calorífica. Los motores térmicos optimizados en cuanto a consumo requieren incluso básicamente la utilización de dispositivos de calentamiento eléctrico.

No obstante, la utilización de estos dispositivos de calentamiento no está limitada al área de los automóviles, siendo apropiados asimismo para otras muchas aplicaciones, por ejemplo, en el campo de las instalaciones domésticas (climatización de ambiente), instalaciones industriales y similares.

Por el documento EP-A1-1 395 098 se conoce un dispositivo de calefacción de tipo eléctrico para automóviles. El dispositivo calefactor descrito presenta varios elementos calefactores unidos en un bloque calefactor. El bloque calefactor es dispuesto conjuntamente con un dispositivo de control destinado a controlar los elementos calefactores en un único armazón de soporte. El dispositivo de control constituye por lo tanto una sola unidad con el bloque de calefacción soportado en el armazón. El dispositivo de control comprende electrónica de potencia con interruptores electrónicos, que están dotados de manera correspondiente de un cuerpo de refrigeración. El dispositivo de control está dispuesto de forma tal que una parte de la corriente de aire a calentar atraviesa el dispositivo de control, en especial los elementos de refrigeración, para la refrigeración de los interruptores electrónicos.

Los interruptores electrónicos, especialmente en forma de transistores de potencia que controlan la corriente eléctrica que es alimentada a los elementos calefactores, están montados por una cara directamente sobre una placa conductora. Para la eliminación del calor generado por pérdidas en los transistores de potencia, se dispone en la cara opuesta de la placa conductora un elemento de refrigeración o placa de refrigeración. Un elemento de refrigeración de ese tipo que establece contacto directamente con el transistor de potencia puede evacuar las pérdidas de calor del transistor de potencia de manera simple y en cantidad suficiente.

Como elemento de refrigeración se utiliza un cuerpo de refrigeración constituido en forma de "U" con nervios o dedos de refrigeración, que sobresalen de una superficie de base. En la cara inferior del cuerpo de refrigeración, se prevé un pivote o saliente que se puede utilizar para establecer contacto el transistor de potencia en la placa conductora.

Una disposición del tipo indicado correspondiente a la técnica anterior es, no obstante, de fabricación complicada puesto que en especial el cuerpo de refrigeración adopta una forma complicada. Además es un inconveniente en ese tipo de calefactor la fijación mediante grapas del elemento de refrigeración en el transistor. Esta fijación requiere además de la utilización del cuerpo de refrigeración, otra etapa funcional para la fijación de una grapa que soporta el cuerpo de refrigeración. Además, el engrapado no está en situación de compensar irregularidades en la superficie de contacto del transistor y en la superficie superior del elemento de vástago que atraviesa la placa conductora. Por esta razón, la transferencia de calor queda alterada de manera imprevisible y la superficie de contacto no se encuentra en condiciones de derivar las pérdidas de calor de los transistores de potencia sobre la totalidad de la superficie del transistor de manera regular.

Alternativamente se prevé la construcción del elemento de refrigeración en dos piezas. Para ello se utiliza un elemento de calefacción en la placa conductora y se suelda con el transistor sobre la superficie de reposo o contacto. Sobre el elemento conductor de calor se fija por adhesivo un cuerpo de refrigeración. Ese cuerpo de refrigeración está constituido en forma de "L" con una superficie de base y nervios que sobresalen de esa superficie de base. Con esta disposición de los elementos de refrigeración se puede prescindir del engrapado y simultáneamente se puede asegurar un valor de transferencia de calor más elevado de forma fiable sobre la superficie de contacto del transistor y la superficie del elemento de transmisión de calor que sobresale por la placa conductora.

En una fijación de ese tipo constituye un inconveniente la complicada fabricación del mismo. En especial es necesario fabricar separadamente para cada elemento de refrigeración el cuerpo de refrigeración y el elemento conductor de calor. Además en la fabricación del circuito de control, son necesarias más fases funcionales para la colocación del elemento de transmisión de calor en la placa conductora y para la fijación del cuerpo de refrigeración al elemento conductor de calor.

Para la simplificación de la fijación del cuerpo de refrigeración, es necesario además fijar el cuerpo de refrigeración con ayuda del elemento conductor de calor sobre la placa conductora. Para ello el elemento conductor de calor está dotado en el extremo que sobresale de la placa conductora de una sección que sobresale lateralmente. En la superficie de base del cuerpo de refrigeración se prevé una abertura correspondiente a través de la cual sobresale el elemento conductor de calor a través de la placa conductora. El saliente lateral del elemento conductor de calor fija el cuerpo de refrigeración sobre la placa conductora.

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Esta forma constructiva de un elemento de refrigeración requiere no obstante nuevamente la preparación de varios componentes constructivos para un elemento de refrigeración. Además resulta necesario el colocar en primer lugar el cuerpo de refrigeración sobre la placa conductora y a continuación fijarlo hasta que el elemento de transmisión de calor quede colocado y fijado. Por esta razón la fabricación del dispositivo eléctrico de calefacción es engorrosa y complicada.

Por el documento DE-A-28 15 646 se conoce un soporte de componentes SMD, sobre el que se colocan pernos de transmisión de calor en la cara inferior para la refrigeración de los componentes SMD, los cuales atraviesan el soporte para los componentes constructivos. Los pernos tienen características conductoras de calor, están unidos mediante adhesivo con los componentes constructivos y por lo tanto se puede eliminar de esa manera el calor sobrante hacia el aire circundante.

No obstante, en esta disposición resulta problemática la estabilidad mecánica, en especial la unión entre elementos constructivos y el cuerpo de refrigeración para asegurar una buena transmisión de calor. Este problema se presenta ante todo en cuerpos de refrigeración de grandes dimensiones del tipo que son necesarios para la eliminación de pérdidas elevadas.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención, el dar a conocer un dispositivo calefactor simple con suficiente eliminación de las pérdidas caloríficas.

Este objetivo se consigue mediante las características de la reivindicación 1.

De acuerdo con la invención, el elemento de refrigeración está construido en forma de un cuerpo macizo en forma de vástago, que se utiliza para la unión del transistor de potencia en una abertura de la placa conductora. La eliminación del calor transferido a los elementos de refrigeración tiene lugar de manera especialmente eficiente por el hecho de que el elemento de refrigeración puede recibir aire circulante mediante una abertura o ventana prevista en el cuerpo del calefactor. Para ello el elemento calefactor sobresale con la correspondiente separación hacia fuera de la placa conductora. Mediante la disposición de aberturas se puede controlar el caudal de aire utilizado para la refrigeración de la electrónica de potencia. Preferentemente las aberturas están dispuestas de forma tal que solamente reciben aire exterior los elementos de refrigeración. De esta manera la cantidad de aire utilizada para la refrigeración de la electrónica de potencia, es ajustable de forma tal que no se presentan zonas con diferentes temperaturas en la corriente de aire que se ha calentado, de manera que en especial la corriente de aire de refrigeración y la corriente de aire caliente procedente de los elementos radiadores presentan aproximadamente la misma temperatura de salida. De esta manera, la efectividad global del dispositivo calefactor no se disminuye por la corriente de aire derivada de la refrigeración de la electrónica de control.

De acuerdo con la invención, en el cuerpo envolvente se encuentra un soporte para la fijación de la sección del elemento de refrigeración que sobresale hacia fuera de la placa conductora. Mediante ese tipo de soporte se garantiza la protección de los elementos de refrigeración contra esfuerzos mecánicos. De esta forma se puede garantizar que incluso después de un largo periodo de servicio, se garantiza la fijación resistente entre la placa conductora y los elementos de refrigeración. Además resulta posible utilizar elementos de refrigeración más grandes y, por lo tanto, más pesados, y de este modo conseguir un mayor efecto de refrigeración.

De manera preferente el soporte estará construido mediante un travesaño del cuerpo envolvente, que presentará una abertura o un rebaje en el que se introduce el elemento de refrigeración. En esta abertura o rebaje se pueden colocar fácilmente los elementos de refrigeración que ya se habrán fijado en la placa conductora. De esta manera se simplifica el montaje del circuito de control en el dispositivo calefactor.

Preferentemente el soporte está construido mediante un travesaño dispuesto entre aberturas opuestas entre sí. Esta construcción posibilita la fijación mecánica del elemento de refrigeración dentro de las aberturas de manera que se altera solamente de forma mínima la corriente de aire que pasa por dichas aberturas. De manera correspondiente se puede escoger la longitud de los elementos de refrigeración de forma tal que el elemento de refrigeración recibe una corriente de aire que actúa sobre una parte de la superficie plana muy elevada. En especial no es necesario prever una sección de fijación adicional en el elemento de refrigeración. Además el travesaño actúa simultáneamente como refuerzo del cuerpo envolvente en la zona de las abertura.

Mediante esta estructura específica se puede, por una parte, fabricar de manera sencilla el elemento de refrigeración. Por lo tanto los costes de fabricación del elemento de refrigeración son reducidos. Además los elementos de refrigeración se pueden montar en una sola fase de trabajo sobre la placa conductora, de manera que la fabricación del calefactor queda simplificada, pudiendo especialmente ser montado el circuito de control en un tiempo más corto. Por otra parte la eficacia de refrigeración de un elemento de refrigeración de este tipo se garantiza suficientemente para el correspondiente dimensionado.

De acuerdo con una disposición ventajosa de la invención, el elemento de refrigeración presenta una forma esencialmente cilíndrica. Una forma de este tipo posibilita la reducción adicional de los costes de fabricación.

Preferentemente la sección del elemento de refrigeración que sobresale de la placa conductora está dotada de salientes o ranuras radiales. Estos salientes o ranuras producen una turbulencia en el aire que pasa por el elemento de refrigeración, de manera que se consigue una eliminación de calor más eficiente.

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Preferentemente el elemento de refrigeración está acoplado por prensado en la abertura mediante su sección correspondiente al lado de la placa conductora. Mediante este tipo de fijación se reducen las etapas funcionales necesarias para la fabricación del dispositivo calefactor. En especial se consigue simultáneamente con el montaje del elemento calefactor en la placa conductora una fijación susceptible de cargas mecánicas del elemento de refrigeración sobre la placa conductora en una sola fase de trabajo.

De acuerdo con una disposición preferente de la invención, la sección del lado de la placa conductora del elemento de refrigeración está dotada de un reborde que se conecta en la operación de prensado con la placa conductora. Una disposición de este tipo posibilita una colocación fácil y al mismo tiempo una fijación mecánica. De esta forma el elemento de refrigeración queda inmediatamente fijado de forma mecánica después de su colocación en la placa conductora.

Preferentemente, la sección correspondiente al lado de la placa conductora del elemento de refrigeración tiene un perímetro mayor que la sección del elemento de refrigeración que sobresale de la placa conductora. Mediante esta disposición el elemento de refrigeración se puede colocar desde el mismo lado en la placa conductora en la que tiene lugar el montaje de los componentes electrónicos tales como, por ejemplo, los transistores de potencia. De esta manera se simplifica la fabricación del circuito de control.

Cuando de manera adicional la sección del lado de la placa conductora presenta forma cónica, cuya sección disminuye en la dirección de la sección que sobresale hacia afuera de la placa conductora, el elemento de refrigeración queda asegurado contra la caída del transistor de potencia fijado sobre aquél.

De acuerdo con una disposición preferente de la invención, el elemento de refrigeración está fabricado en cobre o aluminio. Un elemento de refrigeración realizado en cobre se caracteriza por una elevada capacidad de conducción calorífica. De esta manera se genera un gradiente de temperatura muy reducido entre el transistor de potencia y la superficie superior del elemento de refrigeración, de manera que el calor generado en el transistor de potencia se transmitirá de manera especialmente eficaz al aire circundante. Un elemento de refrigeración fabricado en aluminio tiene una buena capacidad de transmisión de calor y se caracteriza por costes reducidos de los materiales y también por un peso más reducido.

La placa conductora está recubierta preferentemente en una zona del borde de la abertura mediante cobre. De esta manera se consigue una fijación del elemento de refrigeración sobre la placa conductora más susceptible de recibir cargas.

De acuerdo con una disposición ventajosa, el elemento de refrigeración presenta sección circular con un diámetro comprendido entre 4 y 11 mm. Preferentemente el diámetro está comprendido entre 6 y 9 mm. La longitud del elemento de refrigeración asciende preferentemente a un valor entre 15 y 40 mm. Es especialmente preferible una longitud comprendida entre 20 y 30 mm. Estos elementos de refrigeración dimensionados de este modo transmiten el calor generado en los transistores de potencia de manera suficiente. Además el peso del elemento de refrigeración es pequeño, de manera que la placa conductora y la unión entre el elemento de refrigeración y la placa conductora no reciben cargas innecesarias.

De acuerdo con una realización preferente de la invención, una chapa de refrigeración está fijada en el elemento de refrigeración. Mediante esta chapa de refrigeración se puede aumentar adicionalmente la eficacia de la refrigeración. De manera preferente la chapa de refrigeración se corresponde con las condiciones térmicas y mecánicas que caracterizan la correspondiente calefacción, mediante la elección apropiada del material, de la superficie y de la forma. De esa manera se consigue de forma simple un elemento de refrigeración adecuado de forma óptima, de manera independiente al elemento de base, es decir, el cuerpo en forma de vástago.

Preferentemente la chapa de refrigeración está fijada por engrapado al elemento de refrigeración. De esta manera se realiza un elemento de refrigeración de dos piezas, en el que la chapa de refrigeración está fijada de manera segura al cuerpo de refrigeración en forma de vástago. La unión por engrapado tiene lugar en una etapa de trabajo simple y eficaz que no condiciona tiempos de espera, tales como por ejemplo, el endurecimiento de un adhesivo.

La chapa de refrigeración está fabricada preferentemente en aluminio o cobre. Ambos son materiales con elevada capacidad de transmisión de calor, que pueden ser mecanizados de manera satisfactoria.

Para una mejor fijación mecánica del elemento de refrigeración la chapa de refrigeración está fijada preferentemente en un cuerpo envolvente del dispositivo calefactor. Con esta disposición la chapa de refrigeración sirve para aumentar la efectividad de la refrigeración simultáneamente con el objetivo de una fijación mecánica adicional del elemento de refrigeración. De esta manera se puede garantizar de manera eficaz un funcionamiento seguro de la calefacción a lo largo de un prolongado periodo de tiempo.

Para conseguir un valor satisfactorio de la transferencia de calor entre el transistor de potencia y el cuerpo de refrigeración, el transistor de potencia está soldado preferentemente con el elemento de refrigeración montado en las aberturas de la placa conductora.

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De acuerdo con una realización preferente adicional de la invención, el transistor de potencia está unido por adhesivo al elemento de refrigeración montado de manera correspondiente en las aberturas de la placa conductora. De esta manera, se evitan cargas térmicas que se generarían por el transistor de potencia durante la soldadura con el elemento de refrigeración. Preferentemente la cara inferior del transistor de potencia será colocada sobre la abertura solamente después de la realización de un proceso de soldadura y será unida mediante adhesivo con el elemento de refrigeración.

En una unión por adhesivo pueden ser utilizados diferentes tipos de adhesivo de manera ventajosa. Un adhesivo de resina epoxi posibilita una unión especialmente firme de ambos componentes, especialmente el caso en el que el elemento de refrigeración es unido por adhesivo con la placa conductora. Un adhesivo de siliconas puede compensar diferentes coeficientes de dilatación de los materiales adheridos. Otro adhesivo utilizable de manera ventajosa es un adhesivo acrílico. La ventaja de este adhesivo consiste especialmente en el hecho de que no son necesarias superficies planas y paralelas de las piezas individuales, del elemento de refrigeración y del transistor de potencia, puesto que las irregularidades son compensadas por el adhesivo.

Para evitar el peligro de un elemento de refrigeración que se encuentra a un determinado potencial eléctrico y que tiene una superficie exterior accesible, dicha superficie exterior del elemento de refrigeración está dotada en su cara externa de un recubrimiento eléctricamente aislante. Con una medida de este tipo se puede evitar de manera simple un cortocircuito eléctrico, por ejemplo, por la caída de piezas metálicas en la corriente de aire a calentar o ya caliente.

Preferentemente, el elemento de refrigeración está dotado de capa aislante eléctricamente solamente en las zonas que son accesibles desde el exterior, en especial, por lo tanto, en las zonas que sobresalen entre las aberturas de las ventanas.

Otras realizaciones ventajosas de la invención están definidas en las reivindicaciones dependientes.

A continuación la invención se describirá en base a los dibujos adjuntos, en los cuales:

Las figuras 1a y 1b muestran una vista superior o bien una vista lateral de un dispositivo calefactor eléctrico según la invención,

la figura 2 muestra una vista de detalle de la placa conductora del dispositivo de control del dispositivo calefactor según la invención dotado de elementos componentes y elementos de refrigeración,

las figuras 3a y 3b muestran una vista en planta y una vista lateral de una forma de realización de un elemento de refrigeración según la presente invención,

la figura 4a muestra una vista lateral de otra forma de realización de un dispositivo calefactor eléctrico según la invención, en el que dentro de las aberturas de las ventanas se han dispuesto travesaños para la fijación de los elementos de refrigeración,

la figura 4b es una vista en detalle de la zona de una abertura de una ventana del dispositivo calefactor,

la figura 4c muestra una sección según la línea de corte A-A dentro de la mencionada vista en detalle,

la figura 5a muestra una vista lateral de otra forma de realización de un dispositivo calefactor eléctrico de acuerdo con la presente invención, en el que se han montado chapas de refrigeración adicionales en los elementos de refrigeración,

la figura 5b muestra una vista en detalle de la zona de una abertura de ventana de dicho dispositivo calefactor y

la figura 5c muestra una sección a lo largo de la línea de corte A-A de la mencionada vista en detalle.

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La figura 1a es una vista lateral del dispositivo calefactor eléctrico (1) según la presente invención. La figura 1b muestra una vista en planta del dispositivo calefactor eléctrico (1). El dispositivo calefactor eléctrico (1) contiene un bloque calefactor que consiste en múltiples elementos calefactores (2) apilados o dispuestos en capas. Cada uno de los elementos calefactores (2) comprende un elemento calefactor por asistencia y de forma adyacente presenta unos radiadores o chapas de transmisión de calor. Como elementos calefactores por resistencia se utilizan preferentemente elementos PTC. El bloque calefactor realizado a base de los elementos individuales (2) queda retenido en un armazón. Este armazón consiste en largueros (3) dispuestos en oposición y travesaños laterales (4) y (5) dispuestos perpendicularmente a aquellos. Los largueros y travesaños del armazón están fabricados en un material metálico o de plástico.

Mientras que los largueros longitudinales (3) están construidos de forma esencialmente simétrica, los dos travesaños (4) y (5) son distintos en la forma de realización mostrada en la figura (1). En oposición al travesaño lateral (4), el travesaño lateral (5) está constituido en forma de elemento abierto por un lado. La abertura de este travesaño lateral (5) está dispuesta en el lado del travesaño lateral (5) opuesto a los elementos calefactores (2). En dicho travesaño se puede montar un dispositivo de control que controla la transferencia de calor de los elementos calefactores individuales (2) por el control de la corriente eléctrica alimentada a dichos elementos calefactores (2). El lado abierto del travesaño lateral (5) construido en forma de cajón será cerrado después del montaje del circuito de control mediante una tapa que puede ser encajada o engrapada.

La placa conductora del dispositivo de control está dispuesta después del montaje preferentemente de forma perpendicular al plano del armazón, siendo no obstante posible asimismo una disposición paralela (no mostrada).

El dispositivo calefactor (1) es alimentado mediante dos pernos de conexión (8) con la necesaria corriente eléctrica. Dichos pernos están construidos de forma tal que pueden conducir sin problemas las corrientes de calentamiento necesarias. Los pernos de conexión (8) sobresalen en la forma de realización mostrada en la figura 1 por el lado en el que el travesaño lateral (5) está abierto.

En el mismo lado está previsto otro zócalo de conexión para controlar el dispositivo de control, que no se ha mostrado en la figura 1.

El travesaño lateral (5) presenta sobre los lados que se encuentran en las caras planas del armazón, unas ventanas de abertura (7). Estas ventanas de abertura (7) están dispuestas de forma tal que se encuentran de modo correspondiente en la corriente de aire a calentar. Entre las ventanas (7) dispuestas en oposición entre sí se han dispuesto elementos de refrigeración (150), que están asociados a los componentes electrónicos de potencia del circuito de control. Durante el funcionamiento el aire a calentar pasa no solamente por el bloque calefactor formado por los elementos de calentamiento (2), sino también de manera correspondiente por dichas aberturas de ventana.

La elección de las magnitudes de las aberturas en forma de ventana (7), permite determinar la proporción de la cantidad de aire que circulará por los elementos de refrigeración (150). De acuerdo con la invención, la circulación de aire es ajustada de forma tal que el aire que circula por el bloque de calefacción y el aire que circula por los elementos de refrigeración (150) presentan diferencias de temperatura lo más reducidas posible. Solamente cuando el aire que atraviesa las aberturas de ventanas (7) llega en su temperatura a un valor muy próximo al aire que circula por el bloque calefactor, se alcanza una eficacia lo más alta posible en el funcionamiento del dispositivo calefactor.

La figura 2 muestra una vista en detalle del dispositivo de control dispuesto en el interior del travesaño lateral en forma de cajón. Sobre una placa conductora (110) se han previsto, además de los elementos electrónicos de potencia, electrónica de control (no mostrada). La electrónica de control determina la cantidad de corriente que debe ser suministrada desde los elementos electrónicos de potencia, en especial los transistores de potencia (119), al elemento calefactor (2) asociado a los mismos.

La placa conductora está dotada de componentes solamente en una cara. De manera correspondiente al número de las etapas de calefacción, la placa conductora presenta perpendicularmente a la misma los transistores de potencia (119) fijados a aquella. En el ejemplo de realización que se ha mostrado, se han previsto tres etapas de calefacción y de manera correspondiente tres transistores de potencia. Cada uno de los transmisores de potencia (119) está unido por soldadura con la placa conductora (110) por su conexión de salida.

Cada uno de los transistores de potencia (119) está conectado a un elemento de refrigeración (150) para la eliminación de las pérdidas de calor. Para la eliminación de calor del transistor al elemento de refrigeración, dicho elemento de refrigeración establece contacto directamente con el transistor. Este contacto tiene lugar de acuerdo con la invención, con intermedio de una abertura (140) dispuesta por debajo del transistor.

El elemento de refrigeración (150) está construido en forma de vástago. Para simplificar la fabricación, la forma del elemento de refrigeración es fundamentalmente cilíndrico. En especial se prevé una zona (151) correspondiente al lado de la placa conductora, que está montada en la placa conductora y sobresale en una sección (152) de la placa conductora (110) en la cara inferior de la misma de forma perpendicular.

La sección (151) correspondiente al lado de la placa está dotada con un reborde que posibilita la unión mecánica del elemento de refrigeración con la placa conductora. De acuerdo con la invención, la fijación del elemento de refrigeración tiene lugar de manera tal que el elemento de refrigeración es prensado en la placa conductora, de manera que la sección o zona (151) consigue una conexión fija con el borde de la abertura (140). El rebordeado efectúa un acoplamiento dentado de la sección o zona (151) con el borde de la abertura (140), de manera que inmediatamente después de la introducción por prensado se consigue una conexión que admite carga mecánica. En la forma de realización que se ha mostrado, la zona o sección (151) de la cara correspondiente a la placa conductora presenta una forma ligeramente cónica. Mediante esta construcción, se simplifica el montaje del elemento de refrigeración en la placa conductora.

La sección o zona (152) del elemento de refrigeración que sobresale de la placa conductora tiene un diámetro ligeramente más reducido que la sección (151), que está unida por prensado a la placa conductora. De esta manera se hace posible el montar el elemento de refrigeración desde el mismo lado, en el que tiene lugar el equipado de la placa con los componentes eléctricos.

En la figura 2 se ha mostrado además un elemento de refrigeración (161) montado en la placa conductora, así como un elemento de refrigeración (162), sobre el que está fijado un transistor de potencia (119). Los elementos de refrigeración serán montados en la placa conductora de forma tal que el lado frontal de la sección (151) correspondiente a la cara de la placa conductora está unida de forma enrasada con la superficie de la placa conductora (110). En la continuación del proceso de producción, se efectuará la fijación en el lugar previsto de un transistor de potencia sobre el elemento de refrigeración. Esto tiene lugar, por ejemplo, de forma que el transistor de potencia está unido por soldadura en la cara inferior del transistor y en caso deseado, en sus uniones salientes lateralmente con la placa conductora. Para ello se puede prever alrededor del borde del orificio una superficie metalizada (141), de manera que el transistor de potencia pueda ser soldado con el elemento de refrigeración y también con la placa conductora.

Un contacto directo de los transistores de potencia (119) con intermedio de un orificio en la placa conductora (110) es ventajoso en especial para los transistores de potencia en la realización SMD. Estos transistores, de acuerdo con el tipo constructivo, no presentan aletas de refrigeración en las que se puedan fijar elementos de refrigeración.

Para aumentar la resistencia de la unión entre el elemento de refrigeración y la abertura (140) de la placa conductora, el borde de la abertura (140) puede estar adicionalmente metalizado. De modo preferente, la abertura está recubierta mediante un procedimiento galvánico con un grosor de capa de unos 50 \mum con cobre. En la abertura dotada de recubrimiento, se efectúa el montaje del elemento de refrigeración con una fuerza de prensado de unos 800 Newton. De esta manera se origina una conexión mecánica entre el elemento de refrigeración y la placa conductora, que resiste cargas elevadas. En especial, esta unión resiste cargas que se generan habitualmente en un vehículo a motor a lo largo de un período prolongado de trabajo.

En la forma de realización mostrada, la abertura (140) tiene un diámetro de 8,05 mm. El elemento de refrigeración tiene en su sección correspondiente a la cara superior de la placa conductora, un diámetro de 8,3 mm. Además, esta sección presenta forma cónica, de acuerdo con la cual la superficie circundante está inclinada con un ángulo de unos 6º con respecto al eje longitudinal del elemento de refrigeración. La sección o zona (152) que sobresale de la placa conductora después del montaje, tiene en esta forma de realización un diámetro de 7,5 mm.

De acuerdo con la invención, los diámetros de las aberturas y del elemento de refrigeración pueden variar dentro de una amplia gama. Los diámetros apropiados para el elemento de refrigeración se encuentran entre 4 y 11 mm. Preferentemente, los diámetros que se utilizan varían entre 6 y 9 mm. La longitud del elemento de refrigeración puede ser de 15 a 40 mm. Preferentemente, se escoge una longitud de 20 a 30 mm. En especial la longitud se escoge de manera tal que la sección (152) que sobresale de la placa conductora se introduce en la corriente de aire establecida entre aberturas de ventana (7), en oposición entre sí. De esta manera tiene lugar una conducción eficaz del calor al elemento de refrigeración.

La forma del elemento de refrigeración está especialmente optimizada con respecto a la capacidad de fabricación simple y eficaz. Mediante el correspondiente dimensionado del diámetro así como de la longitud del elemento de refrigeración se consigue, no obstante, una eliminación suficiente del calor generado por los transistores de potencia.

Para conseguir el efecto de refrigeración más satisfactorio, el elemento de refrigeración es fabricado en cobre o aluminio. El cobre es un extraordinario material conductor de calor. Un elemento de refrigeración fabricado de este modo presenta un gradiente de temperatura reducido entre la cara frontal, a la que se transmitirá el calor procedente del transistor de potencia, y la sección (152), que facilita el calor a la corriente de aire circulante. De esta manera se eliminará de forma muy eficaz el calor generado por el transistor de potencia. Por la satisfactoria capacidad de conducción de calor, resulta posible conseguir valores reducidos de la longitud y del diámetro del elemento de refrigeración.

Un elemento de refrigeración de aluminio presenta una buena capacidad de transmisión de calor. Un elemento de refrigeración construido con este material requiere en comparación con un elemento de cobre, una superficie mayor para eliminar el calor al aire circulante. Puesto que el aluminio tiene un peso sensiblemente menor que el cobre, los elementos de refrigeración fabricados en aluminio son más ligeros que los elementos de refrigeración de cobre, de manera que la carga mecánica de la unión entre el elemento de refrigeración y la placa conductora es más reducida. Además, los costes del material para el aluminio son sensiblemente menores que para el cobre.

La cara inferior del transistor de potencia unida al elemento de refrigeración está dispuesta habitualmente a un potencial positivo. Para aumentar la seguridad funcional del dispositivo calefactor, es deseable, no obstante, el mantener todas las superficies accesibles desde el exterior del dispositivo calefactor libres de potencial. Mediante un recubrimiento eléctricamente aislante (pero, no obstante, buen conductor del calor) se consigue el aislamiento eléctrico del elemento de refrigeración (150). Preferentemente este recubrimiento tiene lugar solamente en los lugares de la superficie que son accesibles desde el exterior, que se encuentran, por ejemplo, en las aberturas (7).

La fijación del transistor de potencia (119) sobre el elemento de refrigeración (150) puede tener lugar, tal como se ha descrito anteriormente, mediante soldadura. En la soldadura del transistor de potencia con el elemento de refrigeración se produce, no obstante, por el elevado peso del elemento de refrigeración, una carga térmica elevada del transistor de potencia. Como alternativa a la soldadura del transistor de potencia con el elemento de refrigeración, es posible en todo caso la unión mediante adhesivo del transistor mediante un adhesivo buen conductor en su cara inferior con la placa conductora (110) y el elemento de refrigeración (150) montado en la misma. De esta manera, se evitará la carga térmica a la que estaría sometido el transistor de potencia durante la soldadura con el elemento de refrigeración. De esta manera, la elección posible de transistores no quedará limitada por las exigencias de una elevada resistencia al calor.

La unión mediante adhesivo puede tener lugar, por ejemplo, en conexión con un proceso de soldadura, en el que los componentes electrónicos y los cables de unión del transistor de potencia están conectados con la placa conductora. Además, se produce por la unión mediante adhesivo un aislamiento eléctrico entre el transistor de potencia y el elemento de refrigeración, de manera que la superficie del elemento de refrigeración permanece sin potencial.

Para la unión mediante adhesivo pueden utilizarse diferentes tipos de materiales adhesivos. Un adhesivo de resina epoxi posibilita una unión especialmente resistente de ambos componentes. Con un adhesivo de siliconas, se pueden compensar diferentes coeficientes de dilatación de los materiales unidos por adhesivo. Además se puede utilizar también un adhesivo acrílico. Para todos estos adhesivos no se requieren superficies planas y paralelas de los elementos de refrigeración y de la cara inferior del transistor de potencia, puesto que las irregularidades son compensadas por el adhesivo. Por esta razón, se simplifica la fabricación del elemento de refrigeración. Además, las exigencias de precisión para el montaje del elemento de refrigeración en la placa conductora son más reducidas.

De acuerdo con la disposición que se ha descrito de un dispositivo calefactor eléctrico con elementos de refrigeración en forma de vástagos se simplifica la fabricación del dispositivo calefactor eléctrico. Los elementos de refrigeración descritos pueden ser colocados en una sola fase de trabajo sobre la placa conductora. De esta manera se puede equipar el circuito de control en poco tiempo y se conseguirá una fabricación simplificada del dispositivo calefactor. Los costes de fabricación del dispositivo calefactor disminuyen, puesto que los costes de fabricación del elemento de refrigeración son reducidos. Para un dimensionado correspondiente de los elementos de refrigeración se garantiza un efecto de refrigeración suficiente de los transistores de potencia que controlan los elementos calefactores eléctricos, de manera que, no obstante, en comparación con los dispositivos calefactores conocidos hasta el momento, es menor la complicación de fabricación para el dispositivo calefactor según la invención.

La figura 3a muestra una vista en planta de un elemento de refrigeración (250) para su utilización en un dispositivo calefactor eléctrico de acuerdo con la invención, que ha sido optimizado con respecto al elemento de refrigeración (150) descrito hasta el momento con respecto a la eliminación o cesión del calor. La figura 3b muestra una vista lateral de dicho elemento de refrigeración.

El elemento de refrigeración representado (250) presenta una zona (251) del lado de la placa conductora, que para su fijación es colocada en dicha placa conductora. La mencionada zona está realizada de igual manera que la sección o zona correspondiente (151) del elemento de refrigeración (150). Además el elemento de refrigeración (250) presenta las zonas o secciones (252) y (253), que sobresalen en estado de montaje hacia fuera de la placa conductora. En especial la sección o zona (253) está dotada en su superficie superior de salientes o ranuras radiales. Estos salientes o ranuras producen de forma correspondiente una agitación del aire que pasa sobre el elemento de refrigeración. De esta manera se consigue una mejor transmisión de calor al aire circulante. De manera preferente, las mencionadas ranuras o nervios están previstos solamente en una zona que se encuentra entre las aberturas de ventanas (7). Mediante este tipo de construcción se consigue un mejor efecto de refrigeración sin complicar la fabricación de los elementos de refrigeración de manera innecesaria.

En las figuras 4a, 4b y 4c se ha mostrado otra disposición del dispositivo calefactor eléctrico según la invención descrito hasta el momento. Esta disposición se refiere en especial al cuerpo envolvente del dispositivo calefactor eléctrico, en el que está montado el dispositivo de control. La figura 4a muestra una vista lateral de un dispositivo calefactor eléctrico de este tipo. En la figura 4b se ha mostrado un detalle en sección y a mayor escala de una parte de la figura 4a. La figura 4c muestra una sección según la línea de corte A-A según una vista en planta.

En el dispositivo calefactor eléctrico que se ha mostrado, se ha montado un circuito de control que corresponde esencialmente al circuito de control mostrado en la figura 2. Los elementos de refrigeración en forma de vástago (350) corresponden a los elementos de refrigeración mostrados en la figura 2 o en las figuras 3a, 3b. En una parte del cuerpo envolvente (5), en la que se aloja el circuito de control, se han previsto de acuerdo con esta realización de la invención unos soportes (310) que fijan elementos de refrigeración (350). En especial en el caso de elementos de refrigeración largos, este tipo de soporte facilita protección contra cargas mecánicas, que son aplicadas al dispositivo calefactor durante su funcionamiento en un vehículo.

Los soportes (310), que soportan los elementos de refrigeración en la zona que sobresale de la placa conductora, son causa de disminución de la carga mecánica de la unión entre la sección o zona (151) del elemento de refrigeración, montada en la placa conductora y la abertura (140) de dicha placa conductora. A causa de ello se ha aumentado sensiblemente la capacidad de soporte de dicha unión. De esta manera se garantiza para un dispositivo de calefacción según la invención un funcionamiento más seguro a lo largo de un periodo de utilización más prolongado.

Preferentemente, el soporte está construido mediante un travesaño del cuerpo envolvente que presenta una abertura o rebaje en la que se puede montar la zona o sección del elemento de refrigeración que sobresale de la placa conductora. Mediante esta disposición se puede acoplar de manera sencilla el circuito de control completamente montado en un cuerpo envolvente. Simultáneamente se consigue una buena fijación mecánica de los elementos de refrigeración.

En la forma de realización mostrada en la figura 4a el cuerpo envolvente está construido por largueros (3) y travesaños laterales (4) y (5) dispuestos perpendicularmente a aquellos. El travesaño lateral (5) está construido en forma de cajón a efectos de recibir el dispositivo de control. Para ello los soportes están dispuestos en el travesaño lateral (5) en forma de cajón. La presente invención comprende de todos modos, formas de realización en las que el dispositivo calefactor está dispuesto conjuntamente con el dispositivo de control en un cuerpo conjunto de material plástico. De manera correspondiente se prevén en un cuerpo envolvente de este tipo, en la sección del cuerpo que recibe el dispositivo de control, soportes correspondientes (310) construidos, por ejemplo, mediante travesaños para la fijación de los elementos de refrigeración.

Tal como se ha mostrado en las figuras 4a-4c, el soporte está construido preferentemente en forma de travesaños que se han previsto en las aberturas de ventanas (307) o (308). Una construcción del cuerpo envolvente de este tipo altera la corriente de aire que circula por las aberturas de las ventanas solamente de forma mínima. La longitud del elemento de refrigeración se puede escoger, por lo tanto, de forma tal que el elemento de refrigeración reciba en la máxima proporción posible de su superficie la acción del aire. En particular, no es necesario el prolongar el elemento de refrigeración más allá de la abertura de la ventana, de manera que el elemento de refrigeración pueda alcanzar un soporte eventualmente colocado por debajo de la abertura de ventana. De esta manera, se utiliza también la cara frontal de la sección del elemento de refrigeración (350) que sobresale de la placa de refrigeración para la transmisión de calor. De manera favorable, los travesaños producen dentro de las aberturas de ventanas simultáneamente, un refuerzo del cuerpo envolvente en la zona de las aberturas de ventanas.

Mediante la utilización de un soporte se pueden utilizar asimismo elementos de refrigeración más grandes y, por lo tanto, más pesados para conseguir un mejor efecto de refrigeración.

Tal como se ha mostrado en la figura 4a, se puede prever de manera correspondiente una abertura de ventana (308) para cada dos o más elementos de refrigeración.

Preferentemente, el travesaño (310) está construido de manera tal que la abertura de dicho travesaño (310), en el que está montado el elemento de refrigeración, presenta un diámetro ligeramente más reducido que el elemento de refrigeración. Cuando además, como mínimo, la zona de borde de esta abertura presenta una determinada elasticidad, el elemento de refrigeración está fijado de modo seguro después de su acoplamiento en el soporte (310).

En las figuras 5a, 5b y 5c se ha mostrado otra disposición ventajosa del dispositivo calefactor según la invención que se ha descrito hasta el momento. En especial, la figura 5a muestra una vista lateral de este dispositivo calefactor. La figura 5b muestra una sección en detalle en la zona de una abertura de ventana de este dispositivo calefactor. La figura 5c muestra una sección trasversal a lo largo de la línea de corte A-A dentro de la abertura de ventana en una vista en planta.

Los elementos de refrigeración (450), así como el circuito de control (no mostrado) se corresponden esencialmente a las formas de realización mostradas en las figuras 2 y 3a, 3b. De acuerdo con la forma de realización que se ha mostrado en las figuras 5a-5c, el elemento de refrigeración (450) en forma de vástago está tratado adicionalmente de una chapa de refrigeración (420) para aumentar adicionalmente el efecto de refrigeración. Esta chapa de refrigeración (420) está dispuesta preferentemente en la zona de la abertura de ventana (408) sobre el elemento de refrigeración en forma de vástago (450).

La chapa de refrigeración puede ser adecuada de manera simple a las exigencias térmicas y mecánicas asociadas al correspondiente calentamiento. Ello tiene lugar mediante la elección adecuada del material, estructura superficial y forma de la chapa de refrigeración. De esta manera se puede adecuar de manera simple un elemento básico de refrigeración, es decir, el elemento de refrigeración en forma de vástago (450), a diferentes exigencias.

La chapa de refrigeración está construida preferentemente de forma tal que puede ser fijada por pinzado sobre el vástago de refrigeración (450). Para ello la chapa de refrigeración (420) está doblada preferentemente en forma de \Omega. La chapa de refrigeración rodea el vástago de refrigeración (450) para conseguir una unión por pinzado o engrapado con este. Secciones laterales de la chapa de refrigeración (420) se encuentran por delante del vástago de refrigeración, para ceder el calor recogido al aire circulante por las aberturas de ventanas (408). Para la chapa de refrigeración se utilizará preferentemente cobre o aluminio. El aluminio se caracteriza por una buena capacidad de transmisión de calor y reducido coste del material. El cobre tiene una extraordinaria capacidad de transmisión de calor. En base al material escogido se determina el grosor del mismo, de forma que se garantice un asiento por engrapado firme y fiable del elemento de refrigeración sobre el vástago de refrigeración (450). Las secciones de la chapa de refrigeración (420) que sobresalen del vástago de refrigeración (450), adoptan forma de aletas de refrigeración o nervios de refrigeración para que el calor recogido por el vástago de refrigeración pueda ser cedido de manera eficaz al aire circulante.

En la forma de realización se ha previsto además un tope (460) para la chapa de refrigeración. La chapa de refrigeración (420) puede ser unida por adhesivo al tope (460). En esta disposición la chapa de refrigeración sirve además de aumentar el efecto de refrigeración, simultáneamente para conseguir una fijación adicional del vástago de refrigeración. De esta manera se garantiza de forma correspondiente un trabajo más seguro del calefactor a lo largo de un periodo de tiempo más prolongado.

De manera alternativa a esta fijación mediante la chapa de refrigeración, el vástago de refrigeración (450) puede estar fijado dentro del cuerpo envolvente. En la forma de realización que se ha mostrado se ha realizado un rebaje (410) en un travesaño del cuerpo envolvente, en el que el vástago de refrigeración (450) está montado para su fijación. Con una disposición de este tipo, el circuito de control puede ser montado en el cuerpo envolvente del dispositivo calefactor juntamente con los elementos de refrigeración fijados al mismo, de manera sencilla.

Como resumen, la presente invención se refiere a un dispositivo calefactor eléctrico como calefactor adicional para vehículos, en el que el registro calefactor y el dispositivo de control están integrados en una sola unidad constructiva. Para el control de los elementos calefactores del registro calefactor se han previsto transistores de potencia montados directamente sobre la placa conductora. Para la eliminación eficaz de las pérdidas de calor de los transistores de potencia, estos entran en contacto directamente con intermedio de aberturas en la placa conductora en su cara inferior con un elemento de refrigeración. Para simplificar la fabricación el elemento de refrigeración está construido como un cuerpo sólido en forma de vástago. Para la unión al transistor de potencia el elemento de refrigeración está montado en la correspondiente abertura y sobresale de la cara inferior de la placa conductora de forma perpendicular hacia afuera.

Claims (22)

1. Dispositivo calefactor eléctrico dotado de varios elementos calefactores (2) reunidos en un bloque calefactor y un dispositivo de control para controlar los elementos calefactores (2), de manera que el dispositivo de control constituye con el bloque calefactor una unidad constructiva, y también con los transistores de potencia (119) dispuestos sobre una placa conductora (110) y elementos de refrigeración (150, 250) asociados a aquellos, de manera que un elemento de refrigeración (150, 250) está unido a través de una abertura (140) de la placa conductora (110) al correspondiente transistor de potencia (119) y sobresale de forma tal de la placa conductora (110) que puede recibir el aire a calentar por las aberturas de ventanas (7, 307, 308, 408) dispuestas en el cuerpo envolvente (5) en el dispositivo calefactor,

caracterizada porque

un elemento de refrigeración (150, 250) está construido como cuerpo macizo en forma de vástago, de manera que el elemento de refrigeración (150, 250) para su unión al transistor de potencia (119) está montado en la correspondiente abertura (140) y sobresale de la cara inferior de la placa conductora (110) de forma perpendicular y porque

en el cuerpo envolvente (5) queda previsto un soporte (310, 410) para la fijación de la sección (152, 252, 253) del elemento de refrigeración (350, 450) que sobresale de la placa conductora (110).

2. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 1, en el que el soporte está construido mediante un travesaño del cuerpo envolvente (5) que presenta una abertura (310) o rebaje (410) en los que penetra el elemento de refrigeración.

3. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 1 ó 2, en el que el soporte está construido en forma de nervio transversal (310) dispuesto entre aberturas de ventana adyacentes (307, 308).

4. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la superficie del elemento de refrigeración (150, 250) está dotada en su cara exterior con un recubrimiento eléctricamente aislante.

5. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 1 a 4, en el que la superficie del elemento de refrigeración (150, 250) está dotado de recubrimiento eléctricamente aislante esencialmente sólo en la zona que sobresale entre las aberturas de ventanas.

6. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 1 a 5, en el que el elemento de refrigeración (150, 250) presenta esencialmente forma cilíndrica.

7. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 1 a 6, en el que la sección (253) del elemento de refrigeración (250) que sobresale de la placa conductora (110) presenta nervios o entalladuras radiales.

8. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 1 a 7, en el que una sección del elemento de refrigeración (150, 250) del lado de la placa conductora está introducida por prensado en la correspondiente abertura (140).

9. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 8, en el que la sección (151, 251) del elemento de refrigeración (150, 250) del lado de la placa conductora presenta un rebordeado que se hinca en la placa conductora (110) en el prensado.

10. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 8 ó 9, en el que la sección (151, 251) del elemento de refrigeración (150, 250) del lado de la placa conductora tiene un desarrollo mayor que la sección (152, 252, 253) del elemento de refrigeración (150, 250) que sobresalen de la placa conductora (110).

11. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 10, en el que la sección (151, 251) del elemento de refrigeración (150, 250) del lado de la placa conductora presenta forma cónica que se estrecha en la dirección de la sección (152, 252, 253) que sobresale de la placa conductora.

12. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la placa conductora (110) está dotada de recubrimiento de cobre en una zona (141) alrededor del borde de la abertura (140).

13. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el elemento de refrigeración (150, 250) está realizado en cobre o aluminio.

14. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el elemento de refrigeración (150, 250) presenta una sección transversal con un diámetro comprendido entre 4 y 11 mm, preferentemente entre 6 y 9 mm.

15. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el elemento de refrigeración (150, 250) tienen una longitud comprendida entre 15 y 40 mm, preferentemente entre 20 y 30 mm.

16. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por una chapa de refrigeración (420), que está fijada en el elemento de refrigeración (450).

17. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 16, en el que la chapa de refrigeración (420) para la fijación al elemento de refrigeración (450) está engrapada en dicho elemento de refrigeración (450).

18. Elemento calefactor eléctrico, según la reivindicación 16 ó 17, en el que la chapa de refrigeración (420) está realizada en aluminio o cobre.

19. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 16 a 18, en el que la chapa de refrigeración (420) está fijada en un cuerpo envolvente (5) del dispositivo calefactor.

20. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 19, en el que el transistor de potencia (119) está soldado con el correspondiente elemento de refrigeración (150, 250) montado en las aberturas de la placa conductora (110).

21. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 19, en el que el transistor de potencia (119) está unido por encolado con el correspondiente elemento de refrigeración (150, 250) montado en las aberturas de la placa conductora (110).

22. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 21, en el que el adhesivo es un adhesivo de resina epoxi, un adhesivo de siliconas o un adhesivo acrílico.