FR3077460A1 - Unite de chauffe, radiateur de chauffage et boitier de climatisation, notamment de vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une unité de chauffe unité de chauffe (12) comprenant une pluralité d'éléments de chauffe (20), destinés à dégager de la chaleur lorsqu'ils sont parcourus par un courant électrique, ladite unité de chauffe (12) comprenant en outre une première et une deuxième électrodes (26, 28) en liaison électrique avec les éléments de chauffe (20) pour l'établissement dudit courant dans lesdits éléments de chauffe (20), un volume défini entre lesdites première et deuxième électrodes (26, 28) et deux desdits éléments de chauffe (20) voisins étant rempli d'un matériau (40) électriquement isolant.
Description
La présente invention a pour objet une unité de chauffe, un radiateur de chauffage comprenant une telle unité de chauffe et un boîtier de climatisation équipé d’un tel radiateur de chauffage. Elle trouvera ses applications, notamment, dans le domaine des véhicules automobiles.
Il est connu des radiateurs de chauffage électrique destinés à être intégrés dans des boîtiers de climatisation de véhicule. Il s’agit soit de radiateurs additionnels, combinés avec des radiateurs de chauffage parcourus par un fluide caloporteur, dans les véhicules à moteur thermique, soit de radiateurs principaux, dans les véhicules électriques ou hybrides.
De tels radiateurs comprennent un corps de chauffe accueillant des unités de chauffe, munis d’éléments de chauffe destinés à dégager de la chaleur lorsqu’ils sont parcourus par un courant électrique. De telles unités de chauffe sont destinées à être mises au contact d’un flux d’air traversant le radiateur pour réchauffer ledit flux d’air.
Lesdites unités de chauffe comprennent des électrodes en liaison électrique avec des faces de connexion des éléments de chauffe de façon à permettre l’établissement du courant une fois que les électrodes sont respectivement portées à des potentiels électriques différents. Les faces de connexion sont reliées par des rebords latéraux déterminant l’espacement entre les électrodes.
La question du risque d’apparition d’un court-circuit entre les électrodes se pose alors, non seulement sous la forme d’un amorçage dans l’air ou à travers tout autre milieu séparant les électrodes mais également à la surface des rebords latéraux des éléments de chauffe. Ce dernier phénomène peut en particulier intervenir lorsqu’un film de poussière et/ou de la condensation se déposent sur lesdits rebords, facilitant alors l’établissement d’un courant de court-circuit le long du film d’une électrode à l’autre. Il a ainsi été mis en évidence par le déposant qu’il convient d’assurer une distance minimum le long dudit rebord entre lesdites faces de connexion.
Une première solution en ce sens serait d’utiliser des éléments de chauffe plus épais. Cependant, ceci présente de nombreux inconvénients à commencer par un surcoût desdits éléments de chauffe. De plus, les unités de chauffe dans lesquelles les éléments de chauffe seraient installés présenteraient elles-mêmes des dimensions plus importantes diminuant d’autant la surface laissée libre pour la circulation du flux d’air à travers le radiateur de chauffage équipé.
L’invention a pour objectif de pallier au moins en partie les inconvénients mentionnés plus haut et propose à cette fin une unité de chauffe comprenant une pluralité d’éléments de chauffe, destinés à dégager de la chaleur lorsqu’ils sont parcourus par un courant électrique, ladite unité de chauffe comprenant en outre une première et une deuxième électrodes en liaison électrique avec les éléments de chauffe pour rétablissement dudit courant dans lesdits éléments de chauffe, un volume défini entre lesdites première et deuxième électrodes et deux desdits éléments de chauffe voisins étant rempli d’un matériau électriquement isolant.
En recouvrant au moins certaines des surfaces libres des éléments de chauffe se trouvant entre les première et deuxième électrodes d’un tel matériau, on limite de la sorte le risque d’établissement d’un courant de court-circuit le long desdites surfaces, d’une électrode à l’autre.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention qui pourront être prises ensemble ou séparément :
- ledit matériau est thermiquement conducteur,
- lesdits éléments de chauffe présentent une première et une deuxième faces, dites faces de connexion,
- ladite première électrode est en liaison électrique avec la première face de connexion et ladite deuxième électrode sont en liaison électrique avec la deuxième face de connexion, pour l’établissement dudit courant dans lesdits éléments de chauffe,
- lesdits éléments de chauffe comprennent en outre un ou des rebords latéraux reliant lesdites première et deuxième faces de connexion,
- lesdits rebords sont droits,
- ladite première face de connexion présente au moins une première portion de bord s’étendant d’un bord de la première électrode jusqu’au ou à l’un desdits rebords latéraux,
- la deuxième face de connexion présentant au moins une deuxième portion de bord s’étendant d’un bord de la deuxième électrode jusqu’au ou à l’un desdits rebords latéraux,
- les première et la deuxième portions de bord s’étendent depuis le même rebord latéral,
- la première et la deuxième électrodes présentent chacune au moins un bord longitudinal formant respectivement au moins l’un des bords de la première électrode et au moins l’un des bords de la deuxième électrode depuis lesquels l’une au moins des premières portions de bord, dite première portion longitudinale, et l’une au moins des deuxièmes portions de bord, dite deuxième portion longitudinale, s’étendent de sorte que lesdites première et deuxième portions longitudinales sont au droit l’une de l’autre,
- la première et la deuxième faces de connexion sont sensiblement parallèles,
- la première et/ou la deuxième faces de connexion sont sensiblement planes,
- la première et la deuxième électrodes sont sensiblement parallèles,
- lesdites première et/ou deuxième électrodes sont sensiblement planes,
- lesdites première et/ou deuxième électrodes sont sensiblement rectangulaires.
- un écartement entre la première et la deuxième électrodes est compris entre 2 et 5 mm,
- un écartement entre la première et la deuxième électrodes est de
3,5 mm,
- ladite unité de chauffe comprend un tube à l’intérieur duquel le ou lesdits éléments de chauffe, ladite première électrode et/ou ladite deuxième électrodes sont situés pour les isoler électriquement de l’extérieur.
L’invention concerne aussi un radiateur de chauffage comprenant une ou plusieurs unités de chauffe telles que décrites plus haut.
L’invention concerne aussi un boîtier de climatisation comprenant un radiateur de chauffage tel que décrit plus haut.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 illustre de façon schématique en vue de face un exemple de radiateur de chauffage conforme à l’invention,
- la figure 2 illustre de façon schématique en vue de coupe transversal une unité de chauffe selon l’invention,
- la figure 3 illustre de façon schématique une vue en perspective d’éléments de chauffe ainsi que d’une première et deuxième électrodes d’une unité de chauffe selon l’invention,
- la figure 4 illustre de façon schématique en vue de coupe longitudinale des éléments de chauffe ainsi que les première et deuxième électrodes, illustrées partiellement, de l’unité de chauffe de la figure 3,
- la figure 5 illustre de façon schématique une portion d’extrémité, grossie, d’éléments de chauffe et des première et deuxième électrodes de l’unité de chauffe de la figure 3.
Comme illustré à la figure 1, l’invention concerne un radiateur de chauffage électrique. Il s’agit, par exemple, d’un radiateur de chauffage, dit haute tension, c’est-à-dire destiné à être alimenté par un courant continu (DC) ou alternatif (AC) présentant une tension électrique supérieure à 60 V, notamment compris entre 60 et 1000 V, plus particulièrement compris entre 180 et 600 V, et/ou permettant de dégager une puissance de chauffe sur l’air ou une puissance électrique consommée supérieure à 2 kW, notamment comprise entre 2 kW et 10 kW.
Ledit radiateur de chauffage comprend, par exemple, un corps de chauffe 10 alimenté en courant électrique pour chauffer un flux d’air traversant ledit corps de chauffe 10.
Ledit corps de chauffe 10 présente ici une configuration sensiblement parallélépipédique, s’étendant en surface. Il est destiné à être positionné de façon transversale au flux d’air à réchauffer. Plus précisément, ledit flux d’air est destiné à être orienté perpendiculairement audit corps de chauffe 10, c’est-à-dire perpendiculairement au plan de la figure.
Le corps de chauffe 10 comprend des unités de chauffe 12, s’étendant horizontalement sur la figure. Ledit corps de chauffe 10 peut encore comprendre des dissipateurs thermiques 14, par exemple des ailettes, en relation de contact thermique avec les unités de chauffe 12. Les dissipateurs 14 sont positionnés, notamment, entre lesdites unités de chauffe 12. Ledit corps de chauffe comprend en outre ici un cadre 16, notamment en matière plastique, accueillant et maintenant lesdites unités de chauffe 12 et/ou les dissipateurs thermiques 14. Le flux d’air passe entre les unités de chauffe 12, à travers les dissipateurs 14.
Préférentiellement, le radiateur de chauffage comprend en outre une unité 18 de distribution et/ou de commande du courant circulant dans ledit corps de chauffe 10.
Ladite unité 18 de distribution et/ou de commande est avantageusement configurée pour piloter le courant alimentant le corps de chauffe 10, en particulier les différentes unités de chauffe 12, par exemple à l’aide de commutateurs pilotés, permettant de contrôler respectivement la circulation de courant dans chacune des unités de chauffe 12. Il s’agit, notamment, de transistors, par exemple du type Mosfet ou IGBT, fonctionnant en particulier par modulation de largeur d’impulsions.
Comme illustré à la figure 2, les unités de chauffe 12 comprennent une pluralité d’éléments de chauffe 20, un seul étant ici illustré compte-tenu de l’orientation de la coupe. Lesdits éléments de chauffe 20 sont destinés à dégager de la chaleur lorsqu’ils sont parcourus par un courant électrique. Le ou lesdits éléments de chauffe 20 sont, par exemple, des résistances à effet CTP (pour coefficient de température positif).
Lesdits éléments de chauffe 20 présentent avantageusement une première et une deuxième faces 22, 24, dites faces de connexion, destinées à être portées à des potentiels électriques différents pour rétablissement dudit courant dans lesdits éléments de chauffe 20.
Ladite unité de chauffe 12 comprend en outre une première électrode 26, destinée à être portée à un premier potentiel, et une deuxième électrode 28 destinée à être portée à un deuxième potentiel. Il s’agit, par exemple, d’électrodes métalliques. La première électrode 26 est en liaison électrique avec la première face de connexion 22 et la deuxième électrode 28 est en liaison électrique avec la deuxième face de connexion 24 permettant ainsi la circulation du courant dans le ou les éléments de chauffe 20 lorsque les première et deuxième électrodes 26, 28 sont alimentées. Pour cela, les première et deuxième électrodes 26, 28 sont préférentiellement connectées à ladite unité de distribution et/ou de commande 18. Lesdits éléments de chauffe 20 sont avantageusement connectés électriquement en parallèle entre les électrodes 26, 28.
Ladite unité de chauffe 12 comprend avantageusement un tube 30 à l’intérieur duquel le ou lesdits éléments de chauffe 20, ladite première électrode 26 et/ou ladite deuxième électrodes 28 sont situés pour les isoler électriquement de l’extérieur tube 30. Les tubes 30 sont préférentiellement au contact des dissipateurs 14.
Lesdites unités de chauffe 12 comportent encore ici des couches de matière 32, électriquement isolantes et thermiquement conductrices, lesdites couches de matière 32 étant situées entre chacune des électrodes 26, 28 et l’une des parois du tube 30. De la sorte, le tube 30 est électriquement isolé des électrodes 26, 28 et des éléments de chauffe 20.
Lesdites unités de chauffe 12 comprennent encore avantageusement des films de matériau, non illustrés, conducteurs électriquement et respectivement situés entre la première électrode 26 et la première face de connexion 22 et entre la deuxième électrode 28 et la deuxième face de connexion 24 pour maintenir le ou les éléments de chauffe 20 relativement aux électrodes 26, 28 tout en permettant la liaison électrique entre lesdites électrodes 26, 28 et le ou lesdits éléments de chauffe 20. Lesdits films conducteurs sont respectivement situés sur l’ensemble des surfaces en vis-à-vis de la première électrode 26 et de la première face de connexion 22 et/ou de la deuxième électrode 28 et de la deuxième face de connexion 24, une portion 35, 37 de la surface desdits première et/ou de la deuxième faces de connexion, notamment une portion de bord, étant éventuellement laissée libre, comme cela sera détaillé plus loin.
Préférentiellement, le ou lesdits éléments de chauffe 20 comprennent en outre un ou des rebords latéraux 34 reliant lesdites première et deuxième faces de connexion 22, 24. Ils forment ici l’épaisseur des éléments de chauffe 20 et déterminent l’espacement entre les électrodes 26, 28, sauf à tenir compte de l’épaisseur des éventuels films conducteurs. Lesdits rebords sont droits c’est-à-dire générés par une droite, ici ils sont plans, et perpendiculaires aux première et deuxième faces de connexion 22, 24.
L’espacement entre lesdites première et deuxième électrodes 26, 28 est comprise, par exemple, entre 2 et 6 mm. Elle est préférentiellement de
4,5 mm.
Avantageusement, lesdites faces de connexion 22, 24 sont opposées et sensiblement parallèles. Elles sont sensiblement planes. Les électrodes 26, 28 sont sensiblement planes, parallèles entres et parallèles aux faces de connexion 22, 24.
Comme illustré à la figure 3, lesdits éléments de chauffe 20 sont avantageusement répartis régulièrement le long des électrodes 26, 28. Autrement dit, lesdits éléments de chauffe 20 sont avantageusement répartis régulièrement le long de leurs unités de chauffe 12 respectives. La première et la deuxième électrodes présentent préférentiellement une forme sensiblement identique.
Lesdites première et deuxième électrodes sont, par exemple, de forme allongée, notamment sensiblement rectangulaires. Ici, lesdites première et deuxième électrodes 26, 28 sont pleines. Elles s’étendent sur la longueur du tube de ladite unité de chauffe. Les première et deuxième faces de connexion 22, 24 sont, par exemple, rectangulaires et les rebords latéraux 34 des éléments de chauffe 20 sont au nombre de quatre, chacun desdits rebords 34 s’étendant le long de l’un des côtés des première et deuxième face de connexion 22, 24. Une grande dimension des éléments de chauffe 20 est ici perpendiculaire à une grande dimension des première et deuxième électrodes. Lesdites première et deuxième électrodes sont munis de broches de connexion 44.
Comme cela est également bien visible figure 4, selon l’invention, un volume 40 défini entre lesdites électrodes 26, 28 et deux desdits éléments de chauffe 20 voisins est rempli d’un matériau 42 électriquement isolant. On réalise de la sorte un revêtement des rebords latéraux 34 qui permet de limiter l’établissement d’un courant de court-circuit entre lesdites électrodes 26, 28 le long desdits rebords 34. Qui plus est, ledit revêtement remplissant le volume disponible, il ne recrée pas de surface libre le long de laquelle le court-circuit que l’on souhaite éviter pourrait intervenir.
Ledit matériau 42 est avantageusement thermiquement conducteur. Il contribue de la sorte à une bonne distribution de la chaleur le long de l’unité de chauffe. Il pourra être mis en place entre les éléments de chauffe 20 par injection.
Ledit matériau 42 est constitué par exemple d’un matériau polymère, notamment du Polytéréphtalate de butylène (PBT), éventuellement renforcé de fibres, notamment de fibre de verre. Le taux de fibre de verre pourra être d’environ 25%.
Comme illustré à la figure 5, ladite première face de connexion 22 présente au moins une première portion 35 de bord s’étendant d’un bord 36 de la première électrode 26, ici un bord longitudinal, jusqu’au ou à l’un desdits rebord latéraux 34. La première portion 35 de bord forme de la sorte dans l’exemple illustré une première portion longitudinale.
De même, la deuxième face de connexion présentant au moins une deuxième portion 37 de bord s’étendant d’un bord 38 (visible figure 2) de la deuxième électrode 28, ici un bord longitudinal, jusqu’au ou à l’un desdits rebords latéraux 34. La deuxième portion 37 de bord forme de la sorte dans l’exemple illustré une deuxième portion longitudinale.
La première et la deuxième portions longitudinale 35, 37 s’étendent ici depuis le même rebord latéral 34 des éléments de chauffe 20. Lesdites première et deuxième portions longitudinales 35, 37 sont au droit l’une de l’autre. Autrement dit, lesdites portions longitudinales 35 , 37 s’étendent de part et d’autre du bord latéral 34 correspondant. Elles présentent avantageusement la même dimension.
Grâce auxdites portions longitudinales 35, 37, on limite les risques de court-circuit le long des rebords 34 orientés parallèlement aux bords longitudinaux 36, 38 des première et deuxième électrodes 26, 28. En effet, tout chemin reliant entre elles les première et deuxième électrodes et passant par l’un desdits rebords 34 orientés parallèlement aux bords longitudinaux 36, 38 des première et deuxième électrodes 26, 28 doit en outre passer par lesdites portions longitudinales 35, 37. On augment de la sorte la distance à parcourir pour l’établissement d’un éventuel court-circuit.
Lesdites première et deuxième portions 35, 37 présentent une distance, par exemple, d’environ 1 mm entre lesdits bords longitudinaux 36, 38 des première et deuxième électrodes 26, 28 et les rebords latéraux 34 orientés parallèlement auxdits bords longitudinaux 36, 38.
De telles première et deuxième portions longitudinales 35, 37 sont ici prévues de chaque côté des éléments de chauffe le long de de chacun des bords longitudinaux 36, 38 des première et deuxième électrodes 26, 28.
Lesdites portions longitudinales 35, 37 sont éventuellement libres ou, comme ici, recouverte dudit matériau isolant électriquement 42.
Une telle configuration pourra également être utilisée pour le premier et/ou le dernier éléments de chauffe 20 des unités de chauffe 12, le long du rebord latéral 34 transversal se trouvant en extrémité desdites unités de chauffe 12 en employant des portions de bord 39.
L’invention concerne également les unités de chauffe décrites plus haut en elles-mêmes, de telles unités de chauffe pouvant trouver leur application dans tous types de dispositif de chauffage sans qu’il s’agisse nécessairement d’un radiateur de chauffage, en particulier le radiateur de chauffage décrit.
L’invention concerne encore un boîtier de climatisation comprenant un radiateur de chauffage tel que décrit plus haut. Ledit boîtier comprend un corps de circulation du flux d’air à l’intérieur duquel ledit radiateur de chauffage est situé.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Unité de chauffe (12) comprenant une pluralité d’éléments de chauffe (20), destinés à dégager de la chaleur lorsqu’ils sont parcourus par un courant électrique, ladite unité de chauffe (12) comprenant en outre une première et une deuxième électrodes (26, 28) en liaison électrique avec les éléments de chauffe (20) pour l’établissement dudit courant dans lesdits éléments de chauffe (20), un volume défini entre lesdites première et deuxième électrodes (26, 28) et deux desdits éléments de chauffe (20) voisins étant rempli d’un matériau (40) électriquement isolant.
- 2. Unité de chauffe selon la revendication 1 dans laquelle ledit matériau (40) est thermiquement conducteur.
- 3. Unité de chauffe selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle lesdits éléments de chauffe (20) présentent une première (22) et une deuxième (24) faces, dites faces de connexion, ladite première électrode (26) étant en liaison électrique avec la première face de connexion (22) et ladite deuxième électrode (28) étant en liaison électrique avec la deuxième face de connexion (24), pour l’établissement dudit courant dans lesdits éléments de chauffe (20).
- 4. Unité de chauffe selon la revendication précédente dans laquelle lesdits éléments de chauffe (20) comprennent en outre un ou des rebords latéraux (34) reliant lesdites première et deuxième faces de connexion (22, 24).
- 5. Unité de chauffe selon la revendication précédente dans laquelle, lesdits rebords (34) sont droits.
- 6. Unité de chauffe selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5 précédente dans laquelle ladite première face de connexion (22) présente au moins une première portion (35) de bord s’étendant d’un bord de la première électrode (26) jusqu’au ou à l’un desdits rebord latéraux (34) et/ou la deuxième face de connexion présente au moins une deuxième portion (37) de bord s’étendant d’un bord de la deuxième électrode (28) jusqu’au ou à l’un desdits rebords latéraux (34).
- 7. Unité de chauffe selon la revendication précédente dans laquelle la première et la deuxième portions de bord (36, 38) s’étendent depuis le même rebord latéral (34).
- 8. Unité de chauffe selon la revendication précédente dans laquelle la première et la deuxième électrodes présentent chacune au moins un bord longitudinal formant respectivement au moins l’un (35) des bords de la première électrode (26) et au moins l’un des bords (37) de la deuxième électrode (28) depuis lesquels l’une (36) au moins des premières portions de bord, dite première portion longitudinale, et l’une (38) au moins des deuxièmes portions de bord, dite deuxième portion longitudinale, s’étendent de sorte que lesdites première et deuxième portions longitudinales (36, 38) sont au droit l’une de l’autre.
- 9. Radiateur de chauffage comprenant une ou plusieurs unités de chauffe (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- 10. Boîtier de climatisation comprenant un radiateur de chauffage selon la revendication précédente.
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