FR2806967A1 - DEVICE FOR HEATING THE INTERIOR OF MOTOR VEHICLES - Google Patents
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Abstract
Pour utiliser également les pertes calorifiques d'un interrupteur électronique de puissance (8), prévu pour la régulation d'un dispositif électrique, devant produire le chauffage de celui-ci, et pour protéger l'interrupteur de puissance (8) contre toute surchauffe, l'invention prévoit pour un dispositif de chauffage de volumes intérieurs, en particulier de l'habitacle d'un véhicule automobile, équipé d'une unité de chauffage pour chauffer un écoulement d'air, muni d'un élément chauffant (5) et d'un dispositif de transmission de chaleur (4) afin de transmettre la chaleur, générée par les éléments chauffants (5), à l'air dont l'écoulement traverse le dispositif de transmission de chaleur, qu'un interrupteur électronique de puissance (8), affecté aux éléments chauffants (5), soit mis en liaison conductrice de la chaleur avec les dispositifs de transmission de chaleur (4).To also use the heat losses of an electronic power switch (8), intended for the regulation of an electrical device, having to produce the heating of this one, and to protect the power switch (8) against any overheating , the invention provides for a device for heating interior volumes, in particular the passenger compartment of a motor vehicle, equipped with a heating unit for heating an air flow, provided with a heating element (5) and a heat transfer device (4) in order to transmit the heat, generated by the heating elements (5), to the air whose flow passes through the heat transfer device, an electronic power switch (8), assigned to the heating elements (5), or placed in a heat conductive connection with the heat transmission devices (4).
Description
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L'invention concerne un dispositif de chauffage des volumes intérieurs, en particulier d'habitacles d'un véhicule automobile, équipé d'une unité de chauffage pour chauffer un écoulement d'air, muni d'un élément chauffant et d'un dispositif de transmission de chaleur afin de transmettre la chaleur générée par les éléments chauffants à l'air dont l'écoulement traverse le dispositif de transmission de chaleur. Concernant le chauffage des volumes intérieurs de véhicules automobiles, on a utilisé dans le passé la chaleur dissipée par le moteur d'entraînement, pour les moteurs refroidis par air cette chaleur étant obtenue au moyen d'un échangeur correspondant, récupérant la chaleur des gaz d'échappement ou, pour les moteurs d'entraînement refroidis à l'eau, la chaleur étant obtenue grâce à l'utilisation de l'énergie calorifique existant dans The invention relates to a device for heating interior volumes, in particular for the compartments of a motor vehicle, equipped with a heating unit for heating an air flow, provided with a heating element and a device for heat transmission to transmit the heat generated by the heating elements to the air, the flow of which passes through the heat transmission device. Concerning the heating of the interior volumes of motor vehicles, the heat dissipated by the drive motor has been used in the past, for air-cooled motors this heat being obtained by means of a corresponding exchanger, recovering the heat from the gases d or, for water-cooled drive motors, heat is obtained through the use of heat energy existing in
l'eau de refroidissement.cooling water.
Ce type de chauffage, particulièrement en saison froide, présente des inconvénients importants venant des grands retards se produisant entre le démarrage du moteur et la transmission de la chaleur, de sorte que ce type de chauffage n'a pu convenir pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule d'autant que, de plus, suite au développement des moteurs modernes, dans lesquels on consomme moins d'énergie primaire, on atteint obligatoirement des rendements supérieurs. Ceci fait à son tour qu'on dispose de moins de chaleur pouvant être utilisée pour chauffer l'habitacle d'un véhicule automobile, et que les moteurs modernes ne peuvent plus fournir la chaleur nécessaire dans les saisons pendant lesquelles on rencontre de grandes This type of heating, particularly in the cold season, has significant drawbacks coming from the great delays occurring between the starting of the engine and the transmission of heat, so that this type of heating could not be suitable for heating the passenger compartment of a vehicle especially since, further, following the development of modern engines, in which one consumes less primary energy, one necessarily reaches higher yields. This in turn means that there is less heat that can be used to heat the passenger compartment of a motor vehicle, and that modern engines can no longer provide the necessary heat in the seasons when we encounter large
périodes froides.cold periods.
Pour cette raison, entre-temps ont été développés des dispositifs de chauffage de volumes intérieurs de véhicules qui assurent durablement, For this reason, in the meantime, devices for heating interior volumes of vehicles have been developed which provide lasting,
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indépendamment du rendement et, ainsi, de la chaleur évacuée par le groupe d'entraînement, un chauffage suffisant, même en saison froide et directement après regardless of the efficiency and thus of the heat dissipated by the drive unit, sufficient heating, even in the cold season and directly after
le démarrage du moteur.starting the engine.
De tels dispositifs de chauffage en règle générale sont constitués par des éléments chauffants électriques compacts sur lesquels on monte des composants PTC dans un tube profilé réalisé en un matériau bon conducteur de la chaleur, tel que par exemple de l'aluminium, le montage se faisant avec serrage dans le volume intérieur du tube, et on place sur le côté extérieur du tube des ailettes ou des lamelles devant assurer l'évacuation thermique. De tels éléments chauffants sont complètement indépendants de la chaleur fournie par le moteur. Ils conviennent de ce fait particulièrement pour assurer un chauffage rapide et fiable des volumes intérieurs de véhicules. Même pour les moteurs de véhicules modernes dont le rendement est élevé, on assure avec les éléments chauffants du type précité le chauffage après démarrage, également dans des périodes de températures extérieures extrêmement basses, par suite de l'indépendance vis-à-vis de la chaleur fournie par le moteur. L'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de l'élément chauffant est fournie par la génératrice ou l'alternateur du groupe d'entraînement. Le haut rendement du moteur, malgré le coût élevé en énergie électrique, n'est pas affecté par rapport à celui des moteurs dont le rendement est plus faible, et dont le chauffage de l'air s'effectue par la As a rule, such heating devices consist of compact electric heating elements on which PTC components are mounted in a profiled tube made of a material which is a good conductor of heat, such as for example aluminum, the assembly being carried out. with clamping in the internal volume of the tube, and place on the external side of the tube fins or lamellae to ensure thermal evacuation. Such heating elements are completely independent of the heat supplied by the engine. They are therefore particularly suitable for ensuring rapid and reliable heating of vehicle interior volumes. Even for modern vehicle engines whose efficiency is high, heating with the aforementioned type is ensured after start-up heating, also in periods of extremely low outside temperatures, owing to the independence from the heat supplied by the engine. The electrical energy required to operate the heating element is supplied by the generator or alternator of the drive unit. The high efficiency of the engine, despite the high cost of electrical energy, is not affected compared to that of engines whose performance is lower, and whose air heating is effected by the
chaleur dissipée par le moteur.heat dissipated by the motor.
De tels éléments chauffants fonctionnent en général à travers des étages de puissance, par l'intermédiaire de commutateurs à plots ou d'interrupteurs à semi-conducteurs externes tels que des thermistances ou des thyristors. En particulier, Such heating elements generally operate through power stages, via stud switches or external semiconductor switches such as thermistors or thyristors. In particular,
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les commutateurs à plots demandent plus de place et de volume pour leur montage et signifient un surplus de poids. La tendance de l'industrie des véhicules automobiles, est de n'occuper relativement que peu de place et de ne nécessiter que peu de poids pour les parties complémentaires supplémentaires nécessaires au moteur d'entraînement, ceci pour maintenir à une faible valeur le poids d'ensemble, pour des raisons compréhensibles. Au niveau de la régulation utilisant des interrupteurs à semiconducteurs, tels que des transistors ou des thyristors, le courant électrique est régulé en fonction des besoins des éléments chauffants. De plus, on peut, avec ces interrupteurs ou commutateurs, assurer d'autres fonctions, telles que la limitation de température ou les successions temporelles d'intervalles de commutation. Dans ces fonctions de commutation se produisent des pertes d'énergie électrique considérées comme des pertes thermiques. Cette perte thermique a été évacuée jusqu'ici en montant des ailettes de refroidissement de grandes surfaces. On a alors connu également des constructions pour lesquelles le corps à ailettes de refroidissement est disposé en plus dans le passage de l'élément chauffant, et divisant ainsi la perte stud switches require more space and volume for their mounting and mean extra weight. The trend in the motor vehicle industry is to occupy relatively little space and require only little weight for the additional complementary parts necessary for the drive motor, this in order to keep the weight of the vehicle at a low value. together, for understandable reasons. At the level of regulation using semiconductor switches, such as transistors or thyristors, the electric current is regulated according to the needs of the heating elements. In addition, it is possible, with these switches or switches, to perform other functions, such as temperature limitation or temporal successions of switching intervals. In these switching functions occur electrical energy losses considered as thermal losses. This heat loss has been evacuated so far by mounting cooling fins of large areas. There have also been known constructions for which the body with cooling fins is disposed additionally in the passage of the heating element, and thus dividing the loss
thermique de l'écoulement d'air de la soufflante. thermal of the blower air flow.
Ces possibilités précitées d'évacuation des pertes thermiques ont toutes l'inconvénient de nécessiter un volume supplémentaire et d'augmenter le poids total du véhicule du fait de la présence de cet These aforementioned possibilities for evacuating heat losses all have the drawback of requiring an additional volume and of increasing the total weight of the vehicle due to the presence of this
autre poids supplémentaire.other additional weight.
Pour cette raison, l'invention a pour but de créer un dispositif d'évacuation des pertes thermiques par un interrupteur de puissance électronique, pour lequel aucun supplément de poids et aucun grand supplément de surface et de volume n'est nécessaire. De plus, la chaleur, produite dans l'interrupteur ou le commutateur du fait du courant électrique relativement For this reason, the invention aims to create a device for evacuating thermal losses by an electronic power switch, for which no additional weight and no large additional surface area and volume are necessary. In addition, the heat produced in the switch by the relatively current
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élevé, n'est pas évacuée dans l'air de recirculation, mais ajoutée à la quantité de chaleur de l'écoulement d'air actif de l'élément chauffant, afin d'assurer le high, is not discharged into the recirculating air, but added to the amount of heat from the active air flow of the heating element, in order to ensure the
chauffage du volume intérieur du véhicule automobile. heating the interior volume of the motor vehicle.
Selon l'invention, le problème cité est résolu par le fait qu'un interrupteur électronique de puissance, affecté aux éléments chauffants, est mis en liaison conductrice de la chaleur avec les dispositifs According to the invention, the cited problem is solved by the fact that an electronic power switch, assigned to the heating elements, is put in heat conducting connection with the devices.
d'évacuation de chaleur.heat dissipation.
L'invention prévoit donc que, à l'encontre de l'état de la technique, la perte thermique de l'interrupteur électronique de puissance, telle qu'un interrupteur à semi-conducteur, ne soit pas évacuée directement par l'intermédiaire d'ailettes de refroidissement reliées à celui-ci mais, au contraire que, par l'intermédiaire d'une liaison conductrice de la chaleur, elle soit fournie au dispositif de transmission de chaleur, placé dans l'écoulement d'air à amener au volume à chauffer, du dispositif de chauffage. Ici, selon un mode de réalisation préféré, il peut être prévu que la liaison conductrice de la chaleur soit formée par une pièce de liaison conductrice de la chaleur, sachant qu'en particulier la liaison conductrice de la chaleur est maintenue dans un tube profilé supportant les éléments chauffants et est sortie de celui-ci pour porter l'interrupteur de puissance. La liaison peut alors être de type à ajustement serré. Selon un mode de réalisation supplémentaire, il est prévu que la liaison conductrice de la chaleur forme une face de raccordement électrique The invention therefore provides that, contrary to the state of the art, the thermal loss of the electronic power switch, such as a semiconductor switch, is not evacuated directly via cooling fins connected to it but, on the contrary that, via a heat conducting connection, it is supplied to the heat transmission device, placed in the air flow to be brought to volume to be heated, of the heating device. Here, according to a preferred embodiment, it can be provided that the heat conducting connection is formed by a heat conducting connecting piece, knowing that in particular the heat conducting connection is maintained in a profiled tube supporting the heating elements and came out of it to carry the power switch. The connection can then be of the tight fitting type. According to an additional embodiment, provision is made for the heat conducting connection to form an electrical connection face
pour les éléments chauffants.for heating elements.
Suivant un perfectionnement supplémentaire du dispositif selon l'invention, les éléments chauffants étant des éléments PTC avec lesquels une face de raccordement est mis en contact au moyen d'une bande de contact conductrice de l'électricité disposée de façon isolée par rapport à un tube profilé environnant, il According to a further improvement of the device according to the invention, the heating elements being PTC elements with which a connection face is brought into contact by means of an electrically conductive contact strip arranged in isolation from a tube surrounding profile it
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est prévu que la pièce de liaison soit placée en contact électrique et conducteur de la chaleur avec la bande de contact. Dans la mesure o il est prévu en variante que les éléments chauffants soient des composants PTC en liaison électrique directe avec un tube profilé par une face de raccordement, il est prévu que la pièce de liaison soit en liaison conductrice de l'électricité avec le tube profilé, mais isolée électriquement par rapport à l'autre face de provision is made for the connecting piece to be placed in electrical and heat conducting contact with the contact strip. Insofar as it is provided as a variant that the heating elements are PTC components in direct electrical connection with a tube profiled by a connection face, it is provided that the connecting piece is in electrically conductive connection with the tube profiled but electrically insulated from the other side of
raccordement des éléments PTC.connection of PTC elements.
Grâce à l'invention, on supprime ensuite la nécessité d'un corps de refroidissement supplémentaire pour évacuer les pertes thermiques émanant de l'interrupteur de puissance. Il en résulte une économie de construction ainsi qu'un gain de poids. Grâce à la réalisation simultanée de la liaison conductrice de la chaleur sous la forme d'une liaison conductrice de l'électricité, vers une face de raccordement des éléments chauffants et dans le cas d'un mode de réalisation de ceux-ci sous la forme d'éléments à caractéristique PTC, soit en bande de contact électrique, soit, en cas d'isolation par rapport à une telle bande directement, en forme de carters profilés logeant les éléments de résistance, on obtient également un gain de poids supplémentaire, grâce à la possibilité de se dispenser d'un élément de Thanks to the invention, the need for an additional cooling body is then eliminated to evacuate the heat losses emanating from the power switch. This results in construction savings as well as weight gain. By virtue of the simultaneous production of the heat conducting connection in the form of an electrically conducting connection, towards a connection face of the heating elements and in the case of an embodiment of these in the form elements with PTC characteristic, either in electrical contact strip, or, in the event of insulation from such a strip directly, in the form of profiled casings housing the resistance elements, an additional weight gain is also obtained, thanks to the possibility of dispensing with an element of
raccordement séparé.separate connection.
Selon l'invention, les pertes thermiques de l'interrupteur de puissance sont apportées, à titre de chaleur supplémentaire, à la chaleur active de l'élément chauffant, sans perte, et sont ainsi exploitées pour donner un chauffage optimal de l'espace According to the invention, the heat losses of the power switch are supplied, as additional heat, to the active heat of the heating element, without loss, and are thus used to give optimal heating of the space.
intérieur du véhicule automobile.interior of the motor vehicle.
Grâce au mode de réalisation de la liaison, conductrice de la chaleur, de la patte de raccordement conduisant l'électricité, il est créé de manière simple un composant multifonctionnel pour lequel toute perte Thanks to the embodiment of the connection, conductive of heat, of the connection tab conducting the electricity, a multifunctional component is created in a simple manner for which any loss
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de surface de chauffe active et tout poids supplémentaire venant des ondulations de l'ailetage de of active heating surface and any additional weight coming from the corrugations of the fin of
refroidisseurs, par ailleurs nécessaires, sont évités. otherwise necessary coolers are avoided.
Globalement, grâce aux avantages cités du dispositif selon l'invention pour le chauffage des volumes intérieurs de véhicules, qui, indépendamment du moteur, génère de la chaleur pour le chauffage de l'habitacle, on atteint une optimisation supplémentaire de la gestion de l'énergie et des améliorations du Overall, thanks to the advantages cited of the device according to the invention for heating the interior volumes of vehicles, which, independently of the engine, generates heat for heating the passenger compartment, an additional optimization of the management of the vehicle is achieved. energy and improvements in
rendement dans un véhicule automobile. performance in a motor vehicle.
D'autres avantages et caractéristiques de Other advantages and characteristics of
l'invention résultent des revendications et de la the invention result from the claims and the
description suivante dans laquelle un exemple de following description in which an example of
réalisation de l'invention est explicité en détail, en se référant au dessin. Dans le dessin: la figure 1 est une vue d'ensemble d'un dispositif de chauffage prévu pour chauffer des volumes intérieurs de véhicules automobiles; la figure 2 est une illustration à plus grande échelle du détail X dans la barre de chauffage de la figure 1, pour une barre chauffante individuelle; la figure 3 représente une coupe correspondant à la ligne I-I, dans le détail X, représenté à plus embodiment of the invention is explained in detail, with reference to the drawing. In the drawing: FIG. 1 is an overall view of a heating device intended for heating interior volumes of motor vehicles; Figure 2 is an enlarged illustration of detail X in the heating bar of Figure 1, for an individual heating bar; Figure 3 shows a section corresponding to line I-I, in detail X, shown more
grande échelle sur la figure 2.large scale in Figure 2.
Le dispositif de chauffage 1 représenté sur la figure 1 comporte au total trois barres de The heating device 1 shown in FIG. 1 has a total of three bars of
chauffage 2 constituées de tubes profilés 3 - heating 2 consisting of profiled tubes 3 -
rectangulaires - sur lesquels sont placés des structures permettant d'évacuer la chaleur, ces structures ayant la forme de lamelles 4 qui servent à leur tour dans l'écoulement d'air d'une soufflante non représentée sur la figure, à chauffer le volume rectangular - on which are placed structures allowing to evacuate the heat, these structures having the form of strips 4 which in turn serve in the air flow of a blower not shown in the figure, to heat the volume
intérieur du véhicule automobile.interior of the motor vehicle.
On a représenté, en vue frontale à partir du détail X à plus grande échelle sur la figure 2, une barre individuelle de chauffage 2 comportant un tube profilé 3 sur lequel sont montées des lamelles 4 pour There is shown, in front view from the detail X on a larger scale in Figure 2, an individual heating bar 2 having a profiled tube 3 on which are mounted strips 4 for
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évacuer la chaleur. Sur la pièce de liaison 9 conductrice de la chaleur, montée dans le tube profilé 3, est disposé un interrupteur électronique de dissipate heat. On the heat conductive connecting piece 9, mounted in the profiled tube 3, is arranged an electronic switch
puissance ou interrupteur à semi-conducteur 8. power or semiconductor switch 8.
La figure 3 est une coupe I-I de la figure 2. À l'intérieur du tube profilé 3 sont prévus à titre d'éléments chauffants, des éléments 5 de Figure 3 is a section I-I of Figure 2. Inside the profile tube 3 are provided as heating elements, elements 5
caractéristiques PTC disposés dans un cadre isolant 6. PTC characteristics arranged in an insulating frame 6.
Les éléments PTC référencés 5 sont en contact, par une face frontale latérale, avec le tube profilé 3 conducteur de l'électricité, alors que leurs autres faces frontales latérales, en partie basse sur la figure 3, reposent sur une bande 16 de contact électrique qui, à son tour, est isolée électriquement par rapport au tube profilé 3 au moyen d'une bande isolante 7 pouvant être en céramique. Les parties saillantes du tube profilé 3 sont placées dans un The PTC elements referenced 5 are in contact, by a lateral front face, with the profiled tube 3 conducting electricity, while their other lateral front faces, in the lower part in FIG. 3, rest on an electrical contact strip 16 which, in turn, is electrically insulated from the profiled tube 3 by means of an insulating strip 7 which may be ceramic. The projecting parts of the profiled tube 3 are placed in a
boîtier en matière synthétique.plastic housing.
Il est renvoyé à titre d'exemple, pour obtenir plus de détail sur le mode de réalisation d'un tel dispositif, au EP 379 387 B1 ainsi qu'au It is returned by way of example, to obtain more detail on the embodiment of such a device, in EP 379 387 B1 as well as in
DE 198 48 169.DE 198 48 169.
Dans une extrémité faisant saillie du tube profilé 3 est insérée une pièce de liaison 9 bonne conductrice de la chaleur mais, le cas échéant également, conductrice de l'électricité et, comme indiqué, se trouve maintenue dans le tube profilé 3, par exemple par engagement à ajustement serré dans celui-ci. La pièce de liaison 9 porte, sur sa face supérieure, l'interrupteur de puissance 8, par l'intermédiaire de la patte de refroidissement 10, au In a protruding end of the profiled tube 3 is inserted a connecting piece 9 good conductor of heat but, where appropriate also, conductor of electricity and, as indicated, is held in the profiled tube 3, for example by tight fit engagement in it. The connecting piece 9 carries, on its upper face, the power switch 8, by means of the cooling tab 10, at the
moyen par exemple d'une liaison vissée 11. for example by means of a screw connection 11.
L'alimentation électrique de l'interrupteur de puissance 8 est réalisée par des liaisons électriques 12, telles que des broches de raccordement, enfichées et brasées dans le perçage 13 d'une platine de commutation 14. De plus, c'est sur celles-ci que The power supply to the power switch 8 is produced by electrical connections 12, such as connection pins, inserted and soldered in the hole 13 of a switching plate 14. In addition, it is on these here that
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passent les courants de commande de la régulation ou du pass the control currents of the regulation or
circuit des éléments 5 PTC.circuit of elements 5 PTC.
L'interrupteur de puissance est relié par les liaisons électriques 12 à un régulateur non représenté, existant dans l'habitacle du véhicule. Il se produit alors dans l'interrupteur à semi-conducteur 8, selon les besoins en régulation, une perte thermique plus ou moins grande qui est évacuée, sous forme de chaleur d'origine électrique, par la patte de refroidissement 10 de l'interrupteur de puissance et la pièce de liaison 9, bonne conductrice de la chaleur, vers l'intérieur du tube profilé 3 et, de là, par les lamelles 4, peut être guidée à l'air qui balaye celles-ci, au moyen du canal de guidage d'air non représenté, pour aller vers l'espace intérieur du The power switch is connected by the electrical connections 12 to a regulator, not shown, existing in the passenger compartment of the vehicle. It then occurs in the semiconductor switch 8, as required for regulation, a greater or lesser thermal loss which is evacuated, in the form of heat of electrical origin, by the cooling tab 10 of the switch of power and the connecting piece 9, good conductor of heat, towards the inside of the profiled tube 3 and, from there, by the strips 4, can be guided with the air which sweeps them, by means of the channel air guide not shown, to go to the interior space of the
véhicule automobile.motor vehicle.
Alors que, dans la forme de réalisation représentée, la pièce de liaison 9 forme le pôle (+) des éléments chauffants et est isolée par rapport au tube profilé 3, portant les dispositifs d'évacuation de chaleur, selon une variante de réalisation la pièce de liaison 9 peut également être réalisée sous la forme d'un pôle (-), en liaison conductrice par rapport au tube profilé 3 muni des dispositifs d'évacuation de chaleur et isolée par rapport au côté du raccordement au positif des éléments chauffants 5 avec la bande de contact. La pièce de liaison 9 peut également être isolée par rapport aux deux faces de raccordement des Whereas, in the embodiment shown, the connecting piece 9 forms the pole (+) of the heating elements and is insulated with respect to the profiled tube 3, carrying the heat evacuation devices, according to an alternative embodiment the piece connection 9 can also be produced in the form of a pole (-), in conductive connection with respect to the profiled tube 3 provided with heat evacuation devices and insulated with respect to the side of the positive connection of the heating elements 5 with the contact strip. The connecting piece 9 can also be isolated from the two connection faces of the
éléments chauffants 5.heating elements 5.
Dans la totalité des trois variantes, l'avantage essentiel de la liaison conductrice de la chaleur provient également de couches isolantes de l'électricité. Abstraction du fait que la perte thermique du circuit à semi-conducteur est ainsi apportée, en tant que chaleur utile, à l'écoulement d'air qui chauffe l'espace intérieur du véhicule automobile, la In all three variants, the essential advantage of the heat conducting bond also comes from insulating layers of electricity. Abstraction of the fact that the thermal loss of the semiconductor circuit is thus brought, as useful heat, to the air flow which heats the interior space of the motor vehicle, the
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transmission de chaleur obtenue par le mode de réassignation selon l'invention permet de protéger l'interrupteur à semi-conducteur 8 contre toute heat transmission obtained by the reassignment mode according to the invention makes it possible to protect the semiconductor switch 8 against any
surchauffe et ainsi d'une destruction. overheating and thus destruction.
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