FR2858166A1 - Electrical radiator for e.g. ventilation installation of motor vehicle, has heating block that is provided with heating units that couple based on their temperature levels and are maintained by bars - Google Patents
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Abstract
Description
Le secteur technique de la présente invention est celuiThe technical sector of the present invention is that
des radiateurs électriques installés notamment dans un appareil de ventilation, chauffage et/ou climatisation de véhicule automobile. electric radiators installed in particular in a ventilation device, heating and / or air conditioning of a motor vehicle.
Il est connu d'utiliser des radiateurs électriques dans une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation pour accélérer ou augmenter l'apport thermique à l'intérieur de l'habitacle d'un véhicule automobile. It is known to use electric heaters in a ventilation system, heating and / or air conditioning to accelerate or increase the heat input inside the passenger compartment of a motor vehicle.
Ces radiateurs sont en général constitués d'un bloc de chauffe chargé de produire et d'échanger l'énergie thermique avec un flux d'air présent dans l'installation et un module de commande dont la fonction est de contrôler et réguler le bloc de chauffe. Plus particulièrement, le bloc 15 de chauffe est constitué de barreaux qui supportent des éléments chauffants de type résistif sous forme de résistances à coefficient de température positif (ci-après CTP). L'utilisation d'éléments chauffants CTP permet en effet une autolimitation en température de sorte qu'un 20 échauffement excessif est évité. Les éléments chauffants CTP se présentent sous forme de petits blocs ou "pierres", disposés dans les barreaux chauffants ou entre deux électrodes. Des éléments radiants sont associés aux barreaux pour favoriser l'échange calorifique avec le flux 25 d'air traversant l'installation. Ces éléments radiants peuvent être des ailettes traversées par les barreaux ou encore des intercalaires par exemple sous forme de rubans métalliques plissés ou ondulés disposés entre barreaux parallèles. These radiators generally consist of a heating block responsible for producing and exchanging thermal energy with an air flow present in the installation and a control module whose function is to control and regulate the block of air. heated. More particularly, the heating block 15 consists of bars which support resistive-type heating elements in the form of resistors with a positive temperature coefficient (hereinafter CTP). The use of PTC heating elements in fact permits temperature self-limitation so that overheating is avoided. The PTC heating elements are in the form of small blocks or "stones", arranged in the heating bars or between two electrodes. Radiant elements are associated with the bars to promote the heat exchange with the air flow passing through the installation. These radiant elements may be fins crossed by the bars or interleaves for example in the form of pleated or corrugated metal ribbons arranged between parallel bars.
Les radiateurs électriques additionnels à résistance CTP fonctionnent de façon satisfaisante mais présentent l'inconvénient de nécessiter une régulation par un module de commande. Ce dernier doit gérer le bloc de chauffe en le subdivisant pour permettre, dans le cas où le flux est 35 froid, de chauffer fortement ce flux, et dans le cas où le flux d'air est tiède, de réduire la puissance en n'alimentant qu'une partie des éléments chauffants CTP. The additional electrical radiators CTP resistance work satisfactorily but have the disadvantage of requiring regulation by a control module. The latter must manage the block of heating by subdividing it to allow, in the case where the flow is cold, to heat this stream strongly, and in the case where the flow of air is lukewarm, to reduce the power in n '. supplying only a portion of the CTP heating elements.
Cette fonction de régulation requiert un module électronique compliqué car il englobe de nombreux composants. La conséquence principale est que le module de commande représente une part importante du coût d'un radiateur qu'il serait bon de diminuer. This control function requires a complicated electronic module because it includes many components. The main consequence is that the control module represents a significant part of the cost of a radiator that it would be good to reduce.
Le but de la présente invention est donc de résoudre 5 les inconvénients décrits ci-dessus principalement en intégrant dans le bloc de chauffe des éléments chauffants CTP qui, à des températures intermédiaires, s'enclenchent automatiquement de manière étagée. The object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages described above mainly by incorporating into the heating block PTC heating elements which, at intermediate temperatures, automatically engage in a stepped manner.
L'invention a donc pour objet radiateur électrique 10 comprenant un bloc de chauffe contrôlé par un module de commande, ledit bloc de chauffe utilisant des éléments chauffants du type à coefficient de température positif, caractérisé en ce que au moins deux des éléments chauffants s'enclenchent selon un niveau de température différent l'un 15 par rapport à l'autre. The invention therefore relates to an electric heater 10 comprising a heating block controlled by a control module, said heating block using heating elements of the positive temperature coefficient type, characterized in that at least two of the heating elements engage at a different temperature level with respect to each other.
Selon une première caractéristique de l'invention, les éléments chauffants sont maintenus au moyen de barreaux entre lesquels est installé un élément radiant de dispersion thermique. According to a first characteristic of the invention, the heating elements are held by means of bars between which is installed a radiant thermal dispersion element.
Selon une deuxième caractéristique de l'invention, les barreaux comprennent deux électrodes entre lesquels sont coincés les éléments chauffants. According to a second characteristic of the invention, the bars comprise two electrodes between which are stuck the heating elements.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le contact entre les électrodes et les éléments chauffants est 25 assuré par un ressort. According to another characteristic of the invention, the contact between the electrodes and the heating elements is provided by a spring.
Selon encore une caractéristique de l'invention, le contact entre les électrodes et les éléments chauffants est assuré par collage. According to another characteristic of the invention, the contact between the electrodes and the heating elements is ensured by gluing.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, 30 les éléments chauffants sont répartis dans des barreaux distincts. According to yet another characteristic of the invention, the heating elements are distributed in separate bars.
Chaque barreau comprend au moins deux éléments chauffants installés côte à côte. Each bar has at least two heating elements installed side by side.
Avantageusement, les éléments chauffants sont répartis 35 dans deux barreaux consécutifs de telle sorte que lesdits éléments chauffants sont disposés sensiblement en regard les uns par rapport aux autres. Advantageously, the heating elements are distributed in two consecutive bars so that said heating elements are arranged substantially opposite one another.
Avantageusement encore, Le nombre de barreaux est compris entre 3 et 6. Advantageously, the number of bars is between 3 and 6.
Selon une caractéristique de l'invention, le radiateur électrique comprend huit éléments chauffants qui s'enclenchent chacun selon un niveau de température différent les uns des autres. According to one characteristic of the invention, the electric heater comprises eight heating elements which each engage at a different temperature level from each other.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les niveaux de température s'échelonnent tous les 5 C. According to another characteristic of the invention, the temperature levels are staggered every 5 C.
Selon encore une caractéristique de l'invention, le radiateur électrique objet de l'invention est intégré dans une installation de ventilation, cette dernière pouvant 10 comprendre optionnellement un échangeur de chaleur à liquide disposé en amont du radiateur électrique. According to another characteristic of the invention, the electric radiator which is the subject of the invention is integrated in a ventilation installation, the latter possibly including optionally a liquid heat exchanger arranged upstream of the electric radiator.
Un tout premier avantage selon l'invention réside dans le fait que la régulation de la température du bloc de chauffe se fait automatiquement de manière étagée. Cet 15 étagement est la conséquence directe de l'enclenchement de certains éléments chauffants alors que les autres ne s'enclenchent pas. A first advantage according to the invention lies in the fact that the regulation of the temperature of the heating block is automatically staged. This staging is a direct consequence of the engagement of some heating elements while the others do not engage.
Un autre avantage réside dans la possibilité de simplifier le circuit électronique de commande et ainsi 20 réduire le coût du radiateur. Another advantage lies in the possibility of simplifying the electronic control circuit and thus reducing the cost of the radiator.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ciaprès à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle très schématique d'un appareil de ventilation, chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile intégrant un radiateur selon l'invention, -la figure 2 est une vue schématique d'un radiateur 30 selon l'invention, -la figure 3 est une illustration de l'évolution de la puissance par rapport à la température dans un radiateur selon l'invention. Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge more clearly on reading the description given below for information only in connection with drawings in which: FIG. 1 is a very schematic partial view of a ventilation apparatus , heating and / or air conditioning for a motor vehicle incorporating a radiator according to the invention, FIG 2 is a schematic view of a radiator 30 according to the invention, -3 is an illustration of the evolution of power by relative to the temperature in a radiator according to the invention.
Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments 35 de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention le cas échéant. The drawings contain, for the most part, elements of a certain character. They can therefore not only serve to better understand the description, but also contribute to the definition of the invention if necessary.
L'ensemble de la description ci-dessous utilise les termes amont et aval. Ces termes doivent s'interpréter en fonction du sens de circulation du flux d'air dans le conduit en question. The entire description below uses the terms upstream and downstream. These terms should be interpreted according to the flow direction of the air flow in the duct in question.
La figure 1 montre une partie d'un appareil de ventilation, chauffage et/ou climatisation de véhicule 5 automobile, comprenant un boîtier 2 délimitant un canal 3 pour le passage d'air à réchauffer. Cet appareil peut être l'appareil principal de traitement thermique du véhicule habituellement installé sous la planche de bord mais il peut faire aussi l'objet d'un appareil additionnel dédié au 10 traitement thermique des places arrières ou un appareil de traitement thermique spécialement dédié à un siège du véhicule automobile. Ces trois types d'installation peuvent être équipées d'un évaporateur pour une production thermique froide. Figure 1 shows a part of a ventilation device, heating and / or air conditioning of a vehicle, comprising a housing 2 defining a channel 3 for the passage of air to be heated. This apparatus may be the main heat treatment unit of the vehicle usually installed under the dashboard but it may also be the subject of an additional apparatus dedicated to the heat treatment of the rear seats or a heat treatment apparatus specially dedicated to a seat of the motor vehicle. These three types of installation can be equipped with an evaporator for a cold thermal production.
La description ci-dessous est faite à titre d'exemple en rapport avec un appareil principal de traitement thermique. Le canal 3 amène l'air vers des bouches de chauffage et de désembuage/dégivrage pour être distribué sélectivement dans l'habitacle selon les positions de 20 volets de mixage et distribution 6. Le débit d'air dans le canal 3 est produit par un ventilateur 7, ou pulseur, recevant de l'air extérieur ou de l'air de recirculation en provenance de l'habitacle. Le réchauffage de l'air, lorsqu'il est nécessaire, est assuré par un éventuel 25 échangeur de chaleur à liquide 8, utilisant le liquide de refroidissement du moteur comme liquide caloporteur et par un radiateur électrique 10. L'échangeur 8 et le radiateur électrique 10 sont disposés dans le canal 3, le premier étant situé en amont du second. En l'absence d'échangeur 8, 30 le chauffage de l'air est assuré par le seul radiateur électrique 10. The description below is made by way of example in connection with a main heat treatment apparatus. The channel 3 brings the air to heating and defogging / defrosting vents to be selectively distributed in the passenger compartment according to the positions of 20 mixing and distribution flaps 6. The air flow in the channel 3 is produced by a fan 7, or blower, receiving outside air or recirculation air from the passenger compartment. The heating of the air, when necessary, is provided by a possible liquid heat exchanger 8, using the engine coolant as heat transfer fluid and by an electric radiator 10. The exchanger 8 and the radiator 10 are arranged in the channel 3, the first being located upstream of the second. In the absence of exchanger 8, the heating of the air is provided by the single electric radiator 10.
Le radiateur électrique 10 peut occuper tout ou partie de la section de passage du canal 3. Dans ce dernier cas, seule une partie du flux d'air produit par le pulseur 7 35 traverse le radiateur électrique, l'autre partie étant dérivée à l'extérieur de celui-ci. The electric radiator 10 may occupy all or part of the passage section of the channel 3. In the latter case, only a part of the air flow produced by the blower 7 35 passes through the electric radiator, the other part being derived at the same time. outside of it.
Un exemple de réalisation d'un radiateur électrique 10 conforme à l'invention sera maintenant décrit en référence aux figures 2 et 3. An embodiment of an electric heater 10 according to the invention will now be described with reference to FIGS. 2 and 3.
Comme le montre la figure 2, le radiateur électrique comprend un boîtier 12, par exemple en plastique dans lequel est logé un ensemble de barreaux individuels 13. Ces barreaux 13 sont disposés parallèlement les uns aux autres 5 et s'étendent sur toute la longueur du boîtier 12, de manière à être exposés directement à l'air traversant le radiateur 10. As shown in Figure 2, the electric heater comprises a housing 12, for example plastic in which is housed a set of individual bars 13. These bars 13 are arranged parallel to each other 5 and extend over the entire length of the housing 12, so as to be exposed directly to the air passing through the radiator 10.
Le contrôle du radiateur électrique 10 est assuré par un module de commande 14 monté sur une plaque 15 de circuit 10 imprimé avantageusement logé dans l'un des côtés du boîtier 12 et protégé par un capot 16. Control of the electric radiator 10 is provided by a control module 14 mounted on a printed circuit board 10 advantageously housed in one of the sides of the housing 12 and protected by a cover 16.
Le module de commande 14 reçoit des informations à travers un connecteur (non représenté) et est relié à une source d'alimentation du véhicule. The control module 14 receives information through a connector (not shown) and is connected to a power source of the vehicle.
Les barreaux 13 sont positionnés dans la zone d'échange thermique du radiateur appelée bloc de chauffe 17. En plus de ces barreaux 13, le bloc de chauffe 17 est constitué d'éléments radiants 18 favorisant la dispersion thermique, par exemple des ailettes ondulées, entre des éléments 20 chauffants 19a, 19b, 19c, 19d et le flux d'air circulant dans le canal 3. The bars 13 are positioned in the heat exchange zone of the radiator, called the heating block 17. In addition to these bars 13, the heating block 17 consists of radiant elements 18 that promote thermal dispersion, for example corrugated fins, between heating elements 19a, 19b, 19c, 19d and the flow of air flowing in the channel 3.
Les éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d sont des pierres céramiques du type à coefficient de température positif (CTP). Ces pierres CTP ont la particularité de 25 s'autoréguler en consommation d'intensité. En effet, à une certaine température appelée Tref, la pierre CTP augmente très nettement sa résistance et ainsi limite son besoin d'énergie électrique. La particularité réside dans le fait que les pierres CTP utilisées dans le radiateur selon 30 l'invention s'autorégulent à des niveaux de températures différents les uns par rapport aux autres. The heating elements 19a, 19b, 19c, 19d are ceramic stones of the positive temperature coefficient (PTC) type. These CTP stones have the particularity of self-regulating in intensity consumption. Indeed, at a certain temperature called Tref, the CTP stone increases its resistance very clearly and thus limits its need for electrical energy. The peculiarity lies in the fact that the CTP stones used in the radiator according to the invention are self-regulating at different temperature levels with respect to each other.
En effet, l'élément chauffant 19a augmente sa résistance à une température de référence Tref égale à 20 C, l'élément chauffant 19b augmente sa résistance à une 35 température de référence Tref égale à 15 C, l'élément chauffant 19c augmente sa résistance à une température de référence Tref égale à 10 C et l'élément chauffant 19d augmente sa résistance à une température de référence Tref égale à 5 C. Il est ici décrit un radiateur utilisant 4 éléments chauffants qui s'enclenchent à un niveau de Tref différent mais il est bien entendu que le radiateur électrique peut intégrer autant d'éléments chauffants s'enclenchant à un niveau différent que nécessaire. Indeed, the heating element 19a increases its resistance to a reference temperature Tref equal to 20 C, the heating element 19b increases its resistance to a reference temperature Tref equal to 15 C, the heating element 19c increases its resistance at a reference temperature Tref equal to 10 C and the heating element 19d increases its resistance to a reference temperature Tref equal to 5 C. There is described here a radiator using 4 heating elements which engage at a different level of Tref but it is understood that the electric heater can integrate as many heating elements latching to a different level than necessary.
Dans l'exemple illustré sur la figure 2, les éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d sont répartis dans des barreaux 13 distincts de manière à homogénéiser l'allure de chauffe sur l'ensemble du bloc de chauffe 17. In the example illustrated in FIG. 2, the heating elements 19a, 19b, 19c, 19d are distributed in separate bars 13 so as to homogenize the heating curve over the entire heating block 17.
A l'intérieur d'un barreau 13, les éléments chauffants 10 19a, 19b, 19c, 19d sont aussi répartis de manière distincte et selon un ordre qui permet d'homogénéiser le chauffage au sein même d'un barreau 13. Inside a bar 13, the heating elements 19a, 19b, 19c, 19d are also distributed separately and in an order that makes it possible to homogenize the heating even within a bar 13.
Ainsi, on constate que les éléments chauffants 19a qui s'enclenchent tous à une température de référence égale à 15 20 C sont alignés de manière à former virtuellement une diagonale au sein du bloc de chauffe 17. Il en est de même pour les autres éléments chauffants 19b, 19c, et 19d. Thus, it can be seen that the heating elements 19a which all engage at a reference temperature equal to 15 ° C. are aligned in such a way as to form virtually a diagonal within the heating block 17. The same is true for the other elements heaters 19b, 19c, and 19d.
Chaque barreau 13 est constitué par deux électrodes 20 et 21 entre lesquels sont disposés les éléments chauffants 20 19a, 19b, 19c, 19d qui s'enclenchent selon des niveaux de température différents les uns par rapport aux autres. Each bar 13 is constituted by two electrodes 20 and 21 between which are arranged the heating elements 19a, 19b, 19c, 19d which engage in different temperature levels relative to each other.
Le contact électrique et thermique entre ces électrodes 20, 21 et les éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d peut être assuré au moyen d'un ressort (non représenté) ou par 25 collage. The electrical and thermal contact between these electrodes 20, 21 and the heating elements 19a, 19b, 19c, 19d can be provided by means of a spring (not shown) or by gluing.
Le contact thermique entre les éléments radiants 18 et les électrodes 20 ou 21 est assuré par contact sous pression, collage, soudage et plus particulièrement par brasage. The thermal contact between the radiant elements 18 and the electrodes 20 or 21 is ensured by contact under pressure, bonding, welding and more particularly by brazing.
Ces électrodes conduisent le courant électrique du module de commande 14 vers les éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d. These electrodes conduct the electric current of the control module 14 to the heating elements 19a, 19b, 19c, 19d.
Le fonctionnement du radiateur selon l'invention va être décrit ci-après en relation avec la figure 3. The operation of the radiator according to the invention will be described hereinafter with reference to FIG.
Le bloc de chauffe 17 qui intègre des éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d qui s'enclenchent selon des niveaux de température différents les uns par rapport aux autres permet d'alléger le module de commande 14. En effet, comme une partie de la régulation est effectuée de manière intrinsèque par les éléments chauffants, le module de commande peut faire économie de certains composants électroniques de régulation comme transistors ou relais de puissance notamment. Le coût du module de commande s'en trouve ainsi réduit. The heating block 17 which incorporates heating elements 19a, 19b, 19c, 19d which engage in different temperature levels relative to each other allows to lighten the control module 14. Indeed, as a part of the regulation is performed intrinsically by the heating elements, the control module can save some electronic control components such as transistors or power relays in particular. The cost of the control module is thus reduced.
Cette autorégulation est illustrée par le graphe de la figure 3. Ce graphe illustre un radiateur incluant huit éléments chauffants qui s'enclenchent chacun selon un niveau de température Tref différent selon un échelonnement 10 de 5 C en 5 C. This self-regulation is illustrated by the graph of FIG. 3. This graph illustrates a radiator including eight heating elements which each engage at a different temperature level Tref according to a scale of 5 C at 5 C.
A -20 C tous les éléments chauffants sont enclenchés et dégagent une énergie maximum vers le flux d'air. A -15 C un huitième des éléments chauffants stoppe leur consommation de courant électrique car ils ont atteint leur Tref, à 15 10 C deux huitièmes des éléments chauffants atteignent leurs Tref, à -5 C trois huitièmes des éléments chauffants cessent leurs consommations électriques. At -20 C all heating elements are switched on and release maximum energy to the airflow. At -15 C one-eighth of the heating elements stops their consumption of electric current because they reached their Tref, at 15 10 C two eighths of the heating elements reach their Tref, at -5 C three eighths of the heating elements cease their electrical consumption.
A 0 C, la moitié du corps de chauffe 17 est à l'arrêt, à +5 C seuls 3 types d'éléments chauffants dispersent une 20 énergie vers le flux d'air, à +10 C les trois-quarts des éléments chauffants sont arrêtés et à +15 C, il ne reste plus qu'un seul type d'éléments chauffants en action. At 0 C, half of the heating body 17 is at a standstill, at +5 C only 3 types of heating elements disperse energy towards the air flow, at +10 C three-quarters of the heating elements are stopped and at +15 C, there remains only one type of heating elements in action.
Les températures ci-dessus sont données à titre indicatif sans l'apport calorifique de l'échangeur de 25 chaleur 8. L'échelonnement et le niveau de température peuvent être adaptés à une utilisation avec un échangeur de chaleur 8. Dans cette variante, l'échelonnement varie de 20 C à + 50 C. The above temperatures are given for information only without the heat input of the heat exchanger 8. The staggering and the temperature level can be adapted for use with a heat exchanger 8. In this variant, the staggering ranges from 20 C to + 50 C.
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