WO2020002797A1 - Bloc de chauffage electrique - Google Patents

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WO2020002797A1
WO2020002797A1 PCT/FR2019/051496 FR2019051496W WO2020002797A1 WO 2020002797 A1 WO2020002797 A1 WO 2020002797A1 FR 2019051496 W FR2019051496 W FR 2019051496W WO 2020002797 A1 WO2020002797 A1 WO 2020002797A1
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tube
side walls
walls
deformation
heating elements
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PCT/FR2019/051496
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Erwan Gogmos
Yann COUAPEL
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Valeo Systemes Thermiques
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    • H05B2203/023—Heaters of the type used for electrically heating the air blown in a vehicle compartment by the vehicle heating system

Definitions

  • the present invention relates to an electric heating block, such as a heating block intended for a motor vehicle.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such a heating block and a tube for such a heating block.
  • Electric heating blocks comprising tubes intended to receive heating elements.
  • Such heating elements include, for example, PTC effect resistors (for positive temperature coefficient).
  • Such heating blocks also include heatsinks, such as for example fins, in thermal contact relationship with the heating elements.
  • the tubes serve to electrically insulate the heating elements from the outside while allowing thermal conduction between the heating elements and the heatsinks.
  • the heating elements are introduced into the tubes and then fixed by crushing the tubes against said heating elements.
  • a crushing can be carried out by compression of the tubes in a unitary manner, the assembly with the dissipators being then carried out after compression of the tubes.
  • Such a crushing can also be carried out by compression of the entire heating block, after assembly with the heatsinks.
  • the fins must have sufficient mechanical strength so as not to be damaged during the crushing. According to known solutions, the fins are stiffened which complicates the heating block and limits the thermal performance.
  • the invention aims to at least partially overcome the drawbacks mentioned above and for this purpose proposes an electric heating block comprising at least one fin intended to be traversed by a fluid and at least one tube accommodating one or more heating elements. electric, said tube having two large walls and two side walls, said fin being fixed to one and / or the other of the large walls of the tube, said heating elements being held in said tube by compression between said large walls by an operation of deformation of the side walls towards the inside of the tube.
  • the deformation of the side walls of the tube thus makes it possible to maintain the heating elements without crushing the entire heating block and therefore without risk of damaging the fins.
  • Such a heating block thus allows the use of fins of various types, in particular less resistant and more thermally efficient fins, without risking their crushing.
  • the invention may also include any of the following characteristics, taken individually or in any technically possible combination:
  • the side walls have an external face and an internal face, the external faces of the side walls of the tube having a shape curved towards the inside of the tube,
  • the external faces have a central groove so as to facilitate the deformation of said tube in the event of lateral compression
  • the internal faces of the side walls of the tube are configured so as to limit the deformation of said tube in the event of vertical compression
  • the internal faces of the side walls of the tube have a substantially vertical profile
  • the internal faces of the side walls of the tube are configured so that said internal faces have a thickness as regular as possible and the minimum of material at the level of the central groove, given the geometry of the external faces,
  • the internal faces of the side walls of the tube have a substantially rounded profile
  • the external faces of the side walls of the tube have two substantially straight sections and defining between them an angle forming the central groove at their junction
  • the tube has an internal groove, at the connection edges, the internal groove acting as a hinge,
  • the large walls have an external surface compatible with the geometry of the at least one fin between said connection edges, - the large walls have a flat external surface between the connection edges,
  • edges have an external face of square profile and an internal face of hollowed out profile with respect to an internal face of the large walls and the internal face of the side walls, so that the internal face of the connection edge defines said groove,
  • the surface of the internal face of the large wall is substantially equal to the surface of the external face of said large wall so that the heat exchange surface between the electric heating elements and the fins is optimal
  • each of the walls of the tube has a substantially equal thickness
  • the fin is fixed to one and / or the other of the large walls of the tube by brazing
  • the fin is fixed to one and / or the other of the large walls of the tube by gluing
  • the fins have a wavy shape
  • the fins include louvers intended to promote heat exchange.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an electric heating block comprising:
  • the method according to the invention can also include any of the following characteristics, taken individually or in any technically possible combination:
  • the deformation step is carried out by applying pressure at the external faces of the side walls of the tube along an axis substantially orthogonal to said side walls, the pressure being applied by a pressure tool,
  • the pressure tool comes into contact with the side walls of the tube at a central groove so that the deformation of the side walls of the tube is controlled
  • the assembly step is carried out by gluing
  • the assembly step is performed simultaneously for all of the tubes and fins of the heating block.
  • the invention also relates to a tube intended for the heating block as described above, the tube having two large walls and two side walls, each of the large walls having an external face intended to come into contact with a fin and an internal face. intended to come into thermal contact with electric heating elements, the side walls having a pre-configuration curved towards the inside of the tube facilitating a deformation operation with a view to accentuating their curving so as to maintain said heating elements in said tube by compression of said heating elements between said large walls.
  • FIG. 1 partially illustrates schematically in cross-sectional view an electric heating block according to the invention before the introduction of the heating elements
  • FIG. 2 partially illustrates schematically in cross-sectional view an electric heating block according to the invention after the introduction of the heating elements and before the deformation step
  • FIG. 3 partially illustrates schematically in cross-sectional view an electric heating block according to the invention
  • FIG. 4 is a perspective view of a tube according to the invention, before deformation
  • FIG. 5 is a schematic illustration of the different steps of the method according to the invention.
  • the invention relates to a block 1 of electric heating.
  • Said heating block 1 is intended to be supplied with electric current to heat an air flow F passing through said block 1.
  • Said electric heating block 1 advantageously has a substantially parallelepiped configuration, extending on the surface. It is intended to be positioned transversely to the air flow F. More precisely, said air flow F is intended to be oriented perpendicular to said block 1.
  • the heating block comprises at least one fin 10, intended to be traversed by a fluid, in particular the air fluid F, and at least one tube 20 receiving one or more electric heating elements 50.
  • the heating block here comprises several tubes 20 and several fins 10 stacked alternately in a vertical stacking direction in the figure.
  • the tubes 20 are positioned parallel to each other in a direction perpendicular to the plane of the figure.
  • Said tubes 20 make it possible to electrically isolate and protect the said heating element (s) 50 from the outside.
  • the fins 10 form heat sinks making it possible to increase the surface area for exchange with the fluid.
  • each tube 20 comprises several heating elements 50 located one after the other in a direction perpendicular to the plane of FIGS. 1 to 3. Said heating elements 50 are advantageously distributed regularly along the tubes 20.
  • the tubes 20 form with the heating elements 50 heating units.
  • said heating units are selectively supplied with current.
  • the heating elements 50 of each heating unit are supplied with current independently of the heating elements 50 of the others heating units and can therefore be traversed by a different current, in particular by its intensity, from the current flowing through the other heating units.
  • the heating units further include here electrodes 52, located on either side of the heating elements 50 for their supply of electric current.
  • Said heating units also comprise layers of material 54, electrically insulating and thermally conductive, said layers 54 being located between one of the electrodes 52 and a large wall 21 of the tube 20. In this way, the tube 20 is electrically isolated from the electrodes 52 and heating elements 50 but thermally in contact with them.
  • said heating elements 50 are electrically connected in parallel, in particular using the electrodes 52.
  • the fins 10 are in thermal contact relation with the tubes 20. Said fins 10 are positioned between said tubes 20, in particular between the large walls 21 of said tubes 20.
  • the tubes 20 have two side walls 24 connecting the large walls 21.
  • the large walls 21 each have an external face 22 on which the fin 10 is fixed and an internal face 23 intended to come into thermal contact with the heating elements 50.
  • a contact thermal implies a thermal exchange between the elements, even if these elements are not directly in physical contact with each other.
  • the large walls 21 have the function of transmitting the heat generated by the electric heating elements 50 to the fins 10.
  • the tube 20 can be of any material suitable for use in a block 1 of electric heating.
  • the tube 20 is made of aluminum and / or aluminum alloy.
  • the heating elements 50 are held in the tube 20 by compression of the large walls 21 in the direction of said heating elements 50.
  • This compression of the large walls 21 results from an operation of deformation of the side walls 24 towards the interior of the tube 20.
  • the large walls 21 approach each other and thus compress the heating elements 50 located in the tube 20.
  • the side walls 24 have a configuration curved towards the inside of the tube 20.
  • the deformation of the side walls 24 of the tube 20 allows the displacement of the large walls 21 in the direction of the heating elements 50 without having to crush the heating block 1 in a direction perpendicular to the large walls 21 of the tubes 20 and therefore without risk of damaging the fins 10.
  • the displacement of the large walls 21 of the tube 20 results in compression of the tube and maintenance of the heating elements 50.
  • the fins 10 can be fixed to one and / or the other of the large walls 21 before the tubes 20 are not deformed in order to maintain the heating elements 50.
  • the fins 10 fixed on one and / or the other of the large walls 21 do not undergo compression and are not liable to be damaged.
  • a heating block 1 makes it possible to use fins 10 which are less resistant and more thermally efficient than in a conventional heating block.
  • the fact of being able to fix the fins 10 to the tubes 20 makes it easier to handle the block 10 during its manufacture.
  • FIG. 4 illustrates a tube 20 intended for a heating block 1 according to the invention.
  • a tube 20 has not yet undergone deformation. However, all of the elements and characteristics of the tube 20 before deformation are found on this same tube 20 after deformation, once integrated into the heating block 1.
  • a tube 20 after deformation is notably illustrated in FIG. 3.
  • the side walls 24 of the tube 20 each have an external face 25 and an internal face 28.
  • the deformation of the side walls 24 is produced by the application of pressure at the level of the external faces 25 along an axis substantially orthogonal to said side walls 24
  • the application of pressure to the side walls 24 can be carried out by a pressure tool.
  • the external faces 25 have a shape curved towards the inside of the tube and a central groove 26.
  • the presence of a central groove 26 associated with a side wall 24 having a curved configuration makes it possible to precisely control the deformation of the tube 20 in the event of lateral compression.
  • the curved shape towards the inside of the tube makes it possible to reduce the lateral force necessary to deform the tube 20 and the groove 26 ensures that the side walls 24 are deformed at the level of said groove.
  • the internal faces 28 of the side walls 24 of the tube 20 have a substantially vertical profile, if necessary slightly rounded. Such a profile makes it possible to limit the compression deformation of the side walls 24 in the event of vertical compression of said tube 20, once integrated into the block 1.
  • such a profile also allows the side walls 24 to have a thickness as regular as possible and the minimum of material at the level of the central groove (26), given the geometry of the external faces (25). Finally, such a profile facilitates the flexural deformation of the side walls 24 in the event of lateral compression.
  • the external faces 25 of the side walls 24 have two substantially straight sections 27. These straight sections 27 define between them an angle forming the central groove 26.
  • the sections 27 act as a guide and facilitate the positioning of the pressure tool at the groove 26.
  • the pressure tool is housed at the level of the groove 26.
  • the presence of sections 27 further facilitates the control of the deformation of the side wall 24.
  • the large walls 21 and the side walls 24 of the tube 20 meet at the connection edges 30.
  • the edges 30 are, like the large walls 21 and the side walls 24, made from material of the tube 20. Even if several parts are defined, the tube is a single piece.
  • the tube 20 has an internal groove 35, at the level of said connection edges 30.
  • the large walls 21 have an external face 22 compatible with the geometry of the fin 10 so as to maximize their contact surface.
  • the large walls 21 have a planar external face 22 between said connection edges 30.
  • the dissipator 10 does not extend over the entire surface of the external face 22 of the large wall 21 so as to leave a zone of gripping.
  • This gripping zone extends over a distance of between 0.1 and 2 mm starting from the connection stops 30. Said gripping zone allows the use of a gripping tool in order to manipulate the block 1 at the level of the tube 20 and in particular during the deformation of said tube 20.
  • connection edges 30 have an external face 32 of substantially square profile and an internal face 34 of hollowed out profile with respect to the internal face 23 of the large walls 21 and the internal face 28 of the side walls 24, so that the face internal 34 of the connection edge 30 defines the groove 35.
  • substantially square is meant forming a right angle or having a very small radius of curvature.
  • the fin 10 is fixed to one and / or the other of the large walls 21 of the tube 20 by brazing.
  • This technique of fixing the fins has several advantages.
  • the brazing of the fins 10 on the tube 20 makes it possible to improve the heat exchanges between the heating elements 50 and the fins.
  • the material of the tube 20 for example aluminum, will be more malleable and more easily deformable than before the brazing step, even after it has dropped to ambient temperature. This decreases the elastic relaxation that the material could have after deformation.
  • this state of matter guarantees tight contact between the tube 20 and the heating elements 50 and therefore better heat exchange.
  • Brazing also ensures a better life for the tube 20 because it will be less sensitive to temperature and relaxation variations during the life of the heating block 1.
  • a soldering step prior to the deformation of the side walls 24 makes it possible to reduce the force necessary for the deformation.
  • Conventionally when the side walls of a tube are deformed, the horizontal walls are deformed in turn, in particular towards the outside of the tube. This parasitic deformation is called buckling. This buckling thus prevents optimal thermal contact between the heating elements and the horizontal heat exchange walls.
  • the fins 10 in a heating block 1 according to the invention, reinforce the rigidity of the large walls 21 of the tube 20 and help them to remain straight during the operation of deformation of the side walls 24.
  • the large walls 21 are not necessarily thicker compared to the side walls 24 of the same tube 20.
  • the tube 20 of a heating block 1 according to the invention is even more stable against buckling than a single more rigid tube of the same thickness. This makes it possible to reduce the thickness of the walls of the tube 20 in order to optimize their weight and their cost because they do not need to be particularly thick to avoid buckling.
  • a heating block 1 makes it possible to use fins 10 which are less resistant and more thermally efficient than in a conventional heating block.
  • the fins 10 of the heating block 1 are flexible before assembly. These are in particular wavy fins.
  • the fins 10 include louvers intended to promote heat exchange.
  • FIG. 4 another aspect of the invention relates to the tube 20 as such.
  • the tube 20 shown in FIG. 4 is a tube intended for a heating block 1 according to the invention which has not yet undergone a deformation operation. It is identical to the tube 20 of the heating block 1 shown in Figures 1 and 2 which has not yet undergone a deformation operation.
  • the tube 20 intended for the heating block 1 as described above has two large walls 21 and two side walls 24, each of the large walls 21 having an external face 22 intended to come into contact with a fin 10 and a face internal 23 intended to come into thermal contact with electric heating elements 50.
  • the large walls 21 are advantageously substantially parallel to one another.
  • the tube 20 illustrated in FIG. 4 also comprises side walls 24 having two substantially straight sections 27 and defining between them an angle forming a central groove 26.
  • the side walls 24 have a pre-configuration curved towards the inside of the tube. This curvature is accentuated by the operation of deformation of the side walls 24.
  • Said tube 20 also includes edges 30 for connection between the side walls 24 and the large walls 21. Said edges 30 having an outer face 32 of substantially square profile and a internal face 34 of profile hollowed out with respect to the internal face 23 of the large walls 21 and the internal face 28 of the side walls 24, so that the internal face 34 of the connection edge 30 defines a groove 35.
  • the surface of the internal face 23 of the large wall 21 of the tube 20 is substantially equal to the surface of the external face 22 of said large wall 21.
  • the heat exchange surface between the electric heating elements 50 and the fins 10 is maximum, after assembly.
  • another aspect of the invention relates to a method for manufacturing a heating block 1 as described above.
  • Such a method comprises a step (El) of assembling at least one fin 10 and at least one tube 20.
  • the fin 10 is intended to be traversed by a fluid.
  • the tube 20 is intended to accommodate electric heating elements 50 and has two large walls 21 and two side walls 24.
  • the assembly step (El) makes it possible to fix the fin 10 on one and / or the other large walls 21 of the tube 20.
  • Said method also includes a step (E2) of introducing the heating elements 50 into the tube 20.
  • the method comprises a step (E3) of deformation of the side walls 24 of the tube 20 so as to fix the heating elements 50 in the tube 20.
  • Such a method makes it possible to produce an electric heating block 1 as described above.
  • the assembly step (E1), the introduction step (E2) and the deformation step (E3) are consecutive and follow each other in this order.
  • FIG. 1 illustrates a heating block 1 according to the invention, after the assembly step (E1) and before the steps (E2) and (E3).
  • the fins 10 are here fixed on the large walls 21 of the tube 20.
  • FIG. 2 illustrates a heating block 1 according to the invention during step (E2) of introduction of the heating elements 50 and before the deformation step (E3).
  • the heating elements 50 are here introduced into the tube 20 but they are not yet held in position by compression of the large walls 21.
  • FIG. 3 illustrates a heating block 1 according to the invention after step (E3) deformation.
  • the side walls 24 have here been deformed towards the inside of the tube 20, said deformation then causing the large walls 21 to move towards one another, which makes it possible to maintain the heating elements 50 by compression in the tube 20.
  • the deformation step (E3) is carried out by the application of pressure at the level of the external faces 25 of the side walls 24 of the tube 20 along an axis substantially orthogonal to said side walls 24.
  • the pressure exerted can in particular be applied by a pressure tool.
  • the pressure tool comes into contact with the side walls 24 of the tube 20 at a central groove 26.
  • a groove 26 makes it possible to precisely control the deformation of the tube 20.
  • said groove 26 acts as a preform and the side walls 24 fold along said groove 26.
  • the application of pressure during the deformation step (E3) is carried out simultaneously for the two side walls 24 of the same tube 20.
  • the large walls 21 of the tube 20 remain substantially parallel during the deformation, which prevents any separation of the fins 10 and the tube 20.
  • the application of pressure during the deformation step (E3) is carried out successively for each of the tubes 20 of the heating block 1. Indeed, if this deformation step were to be carried out simultaneously for a plurality of tubes 20 of the same block, the simultaneous bringing together of a plurality of large walls 21, two by two, would result in separation of the fins 10 and the tubes 20.
  • the assembly step (E1) can be carried out by a plurality of techniques, such as for example by gluing.
  • the assembly step (El) is carried out by brazing.
  • This assembly technique makes it possible inter alia to confer a tight contact and to improve the heat exchanges between the heating elements 50 and the fins 10.
  • an assembly step (El) prior to the deformation of the side walls 24 and produced by brazing makes it possible to reduce the force necessary for the deformation of said side walls 24.
  • the assembly step (E1) is carried out simultaneously for all of the tubes and fins of the heating block.

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Abstract

Bloc de chauffage électrique comprenant au moins une ailette destinée à être traversée par un fluide et au moins un tube accueillant un ou des éléments chauffants électriques, ledit tube présentant deux grandes parois et deux parois latérales, ladite ailette étant fixée sur l'une et/ou l'autre des grandes parois du tube, lesdits éléments chauffants étant maintenu dans ledit tube par compression entre lesdites grandes parois grâce à une opération de déformation des parois latérales vers l'intérieur du tube.

Description

BLOC DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE
La présente invention concerne un bloc de chauffage électrique, tel qu'un bloc de chauffage destiné à un véhicule automobile.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel bloc de chauffage et un tube pour un tel bloc de chauffage.
Il est connu des blocs de chauffage électriques comprenant des tubes destinés à accueillir des éléments chauffants. De tels éléments chauffants comprennent par exemple des résistances à effet CTP (pour coefficient de température positif). De tels blocs de chauffages comprennent également des dissipateurs, comme par exemple des ailettes, en relation de contact thermique avec les éléments chauffants. Les tubes servent à isoler électriquement les éléments chauffants de l'extérieur tout en permettant une conduction thermique entre les éléments chauffants et les dissipateurs.
De manière classique, les éléments chauffants sont introduits dans les tubes puis fixés par écrasement des tubes contre lesdits éléments chauffants. Un tel écrasement peut s'effectuer par compression des tubes de manière unitaire, l'assemblage avec les dissipateurs étant alors réalisé après compression des tubes. Un tel écrasement peut également s'effectuer par compression de l'ensemble du bloc de chauffage, après assemblage avec les dissipateurs. Dans ce cas de figure, les ailettes doivent présenter une résistance mécanique suffisante de manière à ne pas être endommagées lors de l'écrasement. Selon les solutions connues, les ailettes sont rigidifiées ce qui complexifie le bloc de chauffage et limite les performances thermiques.
L'invention a pour objectif de pallier au moins en partie les inconvénients mentionnés plus haut et propose à cette fin un bloc de chauffage électrique comprenant au moins une ailette destinée à être traversée par un fluide et au moins un tube accueillant un ou des éléments chauffants électriques, ledit tube présentant deux grandes parois et deux parois latérales, ladite ailette étant fixée sur l'une et/ou l'autre des grandes parois du tube, lesdits éléments chauffants étant maintenu dans ledit tube par compression entre lesdites grandes parois grâce à une opération de déformation des parois latérales vers l'intérieur du tube.
La déformation des parois latérales du tube permet ainsi de maintenir les éléments chauffants sans écrasement de l'ensemble du bloc de chauffage et donc sans risques d'endommagement des ailettes. Un tel bloc de chauffage permet ainsi l'utilisation d'ailettes de type varié, en particulier des ailettes moins résistantes et plus efficaces thermiquement, sans pour autant risquer leur écrasement.
L'invention peut également comprendre l'une quelconque des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement possible :
- les parois latérales présentent une face externe et une face interne, les faces externes des parois latérales du tube présentant une forme incurvée vers l'intérieur du tube,
- les faces externes présentent une rainure centrale de sorte à faciliter la déformation dudit tube en cas de compression latérale,
- les faces internes des parois latérales du tube sont configurées de sorte à limiter la déformation dudit tube en cas de compression verticale,
- les faces internes des parois latérales du tube présentent un profil sensiblement vertical,
- les faces internes des parois latérales du tube sont configurées afin que lesdites faces internes présentent une épaisseur aussi régulière que possible et le minimum de matière au niveau de la rainure centrale, étant donnée la géométrie des faces externes,
- les faces internes des parois latérales du tube présentent un profil sensiblement arrondi,
- les faces externes des parois latérales du tube présentent deux sections sensiblement droites et définissant entre elles un angle formant la rainure centrale au niveau de leur jonction,
- les grandes parois et les parois latérales du tube se rejoignent au niveau des arêtes de connexion,
- le tube présente une gorge interne, au niveau des arêtes de connexion, la gorge interne agissant comme une charnière,
- les grandes parois présentent une surface externe compatible avec la géométrie de l'au moins une ailette entre lesdites arêtes de connexion, - les grandes parois présentent une surface externe plane entre les arêtes de connexion,
- les arêtes présentent une face externe de profil carré et une face interne de profil creusé par rapport à une face interne des grandes parois et la face interne des parois latérales, de sorte que la face interne de l'arête de connexion définisse ladite gorge,
- l'épaisseur des grandes parois du tube est constante entre les gorges,
- la surface de la face interne de la grande paroi est sensiblement égale à la surface de la face externe de ladite grande de sorte que la surface d'échange thermique entre les éléments chauffants électriques et les ailettes soit optimale,
- chacune des parois du tube présente une épaisseur sensiblement égale,
- l'ailette est fixée sur l'une et/ou l'autre des grandes parois du tube par brasage,
- l'ailette est fixée sur l'une et/ou l'autre des grandes parois du tube par collage,
- les ailettes présentent une forme ondulée,
- les ailettes comprennent des persiennes destinées à favoriser les échanges thermiques.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un bloc de chauffage électrique comprenant :
- une étape d'assemblage d'au moins une ailette souple destinée à être traversée par un fluide et d'au moins un tube, ledit tube étant destiné à accueillir des éléments chauffants électriques et présentant deux grandes parois et deux parois latérales, de sorte à fixer l'ailette sur l'une et/ou l'autre des grandes parois du tube,
- une étape d'introduction des éléments chauffants dans le tube,
- une étape de déformation des parois latérales du tube de sorte à fixer les éléments chauffants dans le tube.
Le procédé selon l'invention peut également comprendre l'une quelconque des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement possible :
- l'étape d'assemblage, l'étape d'introduction et l'étape de déformation se suivent dans cet ordre, - l'étape de déformation est réalisée par l'application d'une pression au niveau des faces externes des parois latérales du tube selon un axe sensiblement orthogonal auxdites parois latérales, la pression étant appliquée par un outil de pression,
- l'outil de pression entre au contact des parois latérales du tube au niveau d'une rainure centrale de sorte que la déformation des parois latérales du tube soit contrôlée,
- l'application d'une pression lors de l'étape de déformation est réalisée simultanément pour les deux parois latérales d'un même tube et successivement pour chacun des tubes du bloc de chauffage,
- l'étape d'assemblage est réalisée par brasage,
- l'étape d'assemblage est réalisée par collage,
- l'étape d'assemblage est réalisée simultanément pour l'ensemble des tubes et des ailettes du bloc de chauffage.
L'invention concerne également un tube destiné au bloc de chauffage tel que décrit plus haut, le tube présentant deux grandes parois et deux parois latérales, chacune des grandes parois présentant une face externe destinée à venir au contact d'une ailette et une face interne destinée à venir au contact thermique d'éléments chauffants électriques, les parois latérales présentant une pré-configuration incurvée vers l'intérieur du tube facilitant une opération de déformation en vue d'accentuer leur incurvation de sorte à maintenir lesdits éléments chauffants dans ledit tube par compression desdits éléments chauffants entre lesdites grandes parois.
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 partiellement de façon schématique en vue de coupe transversale un bloc de chauffage électrique selon l'invention avant l'introduction des éléments chauffants,
- la figure 2, illustre partiellement de façon schématique en vue de coupe transversale un bloc de chauffage électrique selon l'invention après l'introduction des éléments chauffants et avant l'étape de déformation,
- la figure 3, illustre partiellement de façon schématique en vue de coupe transversale un bloc de chauffage électrique selon l'invention, - la figure 4, est une vue en perspective d'un tube selon l'invention, avant déformation,
- la figure 5, est une illustration schématique des différentes étapes du procédé selon l'invention.
Comme illustré à la figure 3, l'invention concerne un bloc 1 de chauffage électrique. Ledit bloc 1 de chauffage est destiné à être alimenté en courant électrique pour chauffer un flux d'air F traversant ledit bloc 1.
Ledit bloc 1 de chauffage électrique présente avantageusement une configuration sensiblement parallélépipédique, s'étendant en surface. Il est destiné à être positionné de façon transversale au flux d'air F. Plus précisément, ledit flux d'air F est destiné à être orienté perpendiculairement audit bloc 1.
Le bloc de chauffage comprend au moins une ailette 10, destinée à être traversée par un fluide, en particulier le fluide d'air F, et au moins un tube 20 accueillant un ou des éléments chauffants 50 électriques.
Le bloc de chauffage comprend ici plusieurs tubes 20 et plusieurs ailettes 10 empilés alternativement selon une direction d'empilement verticale sur la figure. Les tubes 20 sont positionnés parallèlement les uns aux autres selon une direction perpendiculaire au plan de la figure.
Lesdits tubes 20 permettent d'isoler électriquement et de protéger le ou lesdits éléments chauffants 50 de l'extérieur.
Les ailettes 10 forment des dissipateurs thermiques permettant d'augmenter la surface d'échange avec le fluide.
Les éléments chauffants 50 sont, par exemple, des résistances à effet CTP (pour coefficient de température positif). Avantageusement, chaque tube 20 comprend plusieurs éléments chauffants 50 situés les uns à la suite des autres selon une direction perpendiculaire au plan des figures 1 à 3. Lesdits éléments chauffants 50 sont avantageusement répartis régulièrement le long des tubes 20.
Les tubes 20 forment avec les éléments de chauffants 50 des unités de chauffe. Préférentiellement, lesdites unités de chauffe sont alimentées sélectivement en courant. On entend par là que les éléments chauffants 50 de chaque unité de chauffe sont alimentés en courant indépendamment des éléments chauffants 50 des autres unités de chauffe et peuvent donc être parcourus par un courant différent, notamment par son intensité, du courant parcourant les autres unités de chauffe.
Les unités de chauffe comportent en outre ici des électrodes 52, situées de part et d'autre des éléments chauffants 50 pour leur alimentation en courant électrique. Lesdites unités de chauffe comportent encore des couches de matière 54, électriquement isolantes et thermiquement conductrices, lesdites couches 54 étant situées entre l'une des électrodes 52 et une grande paroi 21 du tube 20. De la sorte, le tube 20 est électriquement isolé des électrodes 52 et des éléments chauffants 50 mais thermiquement en contact avec eux.
Préférentiellement, dans chacune des unités de chauffe, lesdits éléments chauffants 50 sont connectés électriquement en parallèle, notamment à l'aide des électrodes 52.
Si l'on se reporte aux figures 1 à 3, on constate que les ailettes 10 sont en relation de contact thermique avec les tubes 20. Lesdites ailettes 10 sont positionnées entre lesdits tubes 20, notamment entre les grandes parois 21 desdits tubes 20.
Les tubes 20 présentent deux parois latérales 24 reliant les grandes parois 21. Les grandes parois 21 présentent chacune une face externe 22 sur laquelle est fixée l'ailette 10 et une face interne 23 destinée à venir au contact thermique des éléments chauffants 50. Un contact thermique implique un échange thermique entre les éléments, même si ces éléments ne sont pas directement en contact physique l'un avec l'autre. Les grandes parois 21 ont pour fonction de transmettre la chaleur générée par les éléments chauffants 50 électriques aux ailettes 10. Le tube 20 peut être en toute matière adaptée pour l'utilisation dans un bloc 1 de chauffage électrique. En particulier, le tube 20 est en aluminium et/ou alliage d'aluminium.
Les éléments chauffants 50 sont maintenus dans le tube 20 par compression des grandes parois 21 en direction desdits éléments chauffants 50. Cette compression des grandes parois 21 résulte d'une opération de déformation des parois latérales 24 vers l'intérieur du tube 20. Lorsque les parois latérales 24 se déforment vers l'intérieur du tube 20, les grandes parois 21 se rapprochent l'une de l'autre et viennent ainsi comprimer les éléments chauffants 50 se situant dans le tube 20. Suite à leur déformation, les parois latérales 24 présentent une configuration incurvée vers l'intérieur du tube 20.
La déformation des parois latérales 24 du tube 20 permet le déplacement des grandes parois 21 en direction des éléments chauffants 50 sans pour autant devoir écraser le bloc 1 de chauffage dans une direction perpendiculaire aux grandes parois 21 des tubes 20 et donc sans risquer d'endommager les ailettes 10. Le déplacement des grandes parois 21 du tube 20 entraîne une compression du tube et un maintien des éléments chauffants 50. Ainsi, les ailettes 10 peuvent être fixées sur l'une et/ou l'autre des grandes parois 21 avant que les tubes 20 ne soient déformés en vue de maintenir les éléments chauffants 50. En effet, les ailettes 10 fixées sur l'une et/ou l'autre des grandes parois 21 ne subissent pas de compression et ne risquent pas d'être endommagées. En conséquence, un bloc 1 de chauffage selon l'invention permet d'utiliser des ailettes 10 moins résistantes et plus efficaces thermiquement que dans un bloc de chauffage classique. De plus, le fait de pouvoir fixer les ailettes 10 aux tubes 20 permet de faciliter la manipulation du bloc 10 lors de sa fabrication.
La figure 4 illustre un tube 20 destiné à un bloc 1 de chauffage selon l'invention. Un tel tube 20 n'a pas encore subi de déformation. Cependant, l'ensemble des éléments et caractéristiques du tube 20 avant déformation se retrouvent sur ce même tube 20 après déformation, une fois intégré au bloc 1 de chauffage. Un tube 20 après déformation est notamment illustré à la figure 3.
Les parois latérales 24 du tube 20 présentent chacune une face externe 25 et une face interne 28. La déformation de parois latérales 24 est réalisée par l'application d'une pression au niveau des faces externes 25 selon un axe sensiblement orthogonal auxdites parois latérales 24. L'application de la pression sur les parois latérales 24 peut être réalisée par un outil de pression.
Avantageusement, les faces externes 25 présentent une forme incurvée vers l'intérieur du tube et une rainure 26 centrale. La présence d'une rainure 26 centrale associée à une paroi latérale 24 présentant une configuration incurvée permet de contrôler précisément la déformation du tube 20 en cas de compression latérale. En effet, la forme incurvée vers l'intérieur du tube permet de diminuer la force latérale nécessaire pour déformer le tube 20 et la rainure 26 assure que les parois latérales 24 se déforment au niveau de ladite rainure. Avantageusement, les faces internes 28 des parois latérales 24 du tube 20 présentent un profil sensiblement vertical, le cas échéant légèrement arrondi. Un tel profil permet de limiter la déformation en compression des parois latérales 24 en cas de compression verticale dudit tube 20, une fois intégré dans le bloc 1. De plus, un tel profil permet également aux parois latérales 24 de présenter une épaisseur aussi régulière que possible et le minimum de matière au niveau de la rainure (26) centrale, étant donné la géométrie des faces externes (25). Enfin, un tel profil facilite la déformation en flexion des parois latérales 24 en cas de compression latérale.
Avantageusement encore, les faces externes 25 des parois latérales 24 présentent deux sections 27 sensiblement droites. Ces sections 27 droites définissent entre elles un angle formant la rainure centrale 26. Lorsqu'un outil de pression est utilisé pour déformer les parois latérales 24, les sections 27 agissent comme un guide et facilitent le positionnement de l'outil de pression au niveau de la rainure 26. Lorsqu'un outil de pression est utilisé pour déformer les parois latérales 24, l'outil de pression vient se loger au niveau de la rainure 26. Ainsi, la présence de sections 27 facilite encore le contrôle de la déformation de la paroi latérale 24.
Les grandes parois 21 et les parois latérales 24 du tube 20 se rejoignent au niveau d'arêtes 30 de connexion. Les arêtes 30 sont, tout comme les grandes parois 21 et les parois latérales 24, issues de matière du tube 20. Même si l'on en définit plusieurs parties, le tube est une pièce monobloc.
Le tube 20 présente une gorge 35 interne, au niveau desdites arêtes de connexion 30. Les grandes parois 21 présentent une face externe 22 compatible avec la géométrie de l'ailette 10 de manière à maximiser leur surface de contact. Avantageusement, les grandes parois 21 présentent une face externe 22 plane entre lesdites arêtes de connexion 30.
En prévoyant lesdites gorges 35, on permet la déformation des parois latérales 24 tout en maintenant les grandes parois 21 planes, le caractère plan desdites grandes parois 21 permettant un meilleur contact avec les ailettes et donc un meilleur échange thermique.
Avantageusement, le dissipateur 10 ne s'étend pas sur la totalité de la surface de la face externe 22 de la grande paroi 21 de manière à laisser subsister une zone de préhension. Cette zone de préhension s'étend sur une distance comprise entre 0,1 et 2mm en partant des arrêtes de connexion 30. Ladite zone de préhension permet l'utilisation d'un outil de préhension afin de manipuler le bloc 1 au niveau du tube 20 et notamment lors de la déformation dudit tube 20.
Avantageusement, les arêtes 30 de connexion présentent une face externe 32 de profil sensiblement carré et une face interne 34 de profil creusé par rapport à la face interne 23 des grandes parois 21 et la face interne 28 des parois latérales 24, de sorte que la face interne 34 de l'arête 30 de connexion définisse la gorge 35. Par sensiblement carré on entend formant un angle droit ou présentant un rayon de courbure très faible.
Lorsque les parois latérales 24 sont déformées vers l'intérieur du tube 20, de la matière issue desdites parois latérales 24 vient en appui contre de la matière des grandes parois 21 au niveau des arêtes 30. Cette compression entraîne une résistance à la déformation des parois latérales 24. La présence de la gorge 35 agit comme une charnière qui permet d'éviter une trop grande compression et limite donc la résistance à la déformation. Ainsi, la forme particulière des arêtes et, en particulier, la présence d'une gorge, permet de faciliter la déformation des parois latérales.
Avantageusement, l'ailette 10 est fixée sur l'une et/ou l'autre des grandes parois 21 du tube 20 par brasage. Cette technique de fixation des ailettes présente plusieurs avantages. Tous d'abord, le brasage des ailettes 10 sur le tube 20 permet d'améliorer les échanges thermiques entre les éléments chauffants 50 et les ailettes. De plus, une fois que le tube 20 a subi une opération de brasage, le matériau du tube 20, par exemple l'aluminium, sera plus malléable et plus facilement déformable qu'avant l'étape de brasage et ce même une fois retombé à température ambiante. Cela diminue la relaxation élastique que le matériau pourrait avoir après déformation. De plus, cet état de matière garantit un contact serré entre le tube 20 et les éléments chauffants 50 et donc un meilleur échange thermique. Le brasage assure également une meilleure durée de vie au tube 20 car il sera moins sensible aux variations de température et de relaxation au cours de la vie du bloc 1 de chauffage. Enfin, une étape de brasage préalable à la déformation des parois latérales 24 permet de diminuer la force nécessaire à la déformation. De manière classique, lorsque des parois latérales d'un tube se déforment, les parois horizontales se déforment à leur tour, en particulier vers l'extérieur du tube. Cette déformation parasite est appelé flambage. Ce flambage empêche ainsi d'obtenir un contact thermique optimal entre les éléments chauffants et les parois horizontales d'échange thermique. La solution classique au problème du flambage et d'augmenter l'épaisseur des parois du tube, en particulier des parois d'échange thermique.
Dans un bloc 1 de chauffage selon l'invention, les ailettes 10, par leur seule présence et sans avoir à présenter une résistance mécanique particulière, renforcent la rigidité des grandes parois 21 du tube 20 et les aident à rester droites pendant l'opération de déformation des parois latérales 24. De la sorte, dans un tube 20 d'un bloc 1 de chauffage selon l'invention, les grandes parois 21 ne sont pas nécessairement plus épaisses par rapport aux parois latérales 24 du même tube 20.
Ainsi, le tube 20 d'un bloc 1 de chauffage selon l'invention est encore plus stable contre le flambage qu’un tube seul plus rigide de la même épaisseur. Ceci permet de diminuer l'épaisseur des parois du tube 20 afin d’optimiser leur poids et leur coût car elles n’ont pas besoin d’être particulièrement épaisses pour éviter le flambage.
Comme précisé plus haut, un bloc 1 de chauffage selon l'invention permet d'utiliser des ailettes 10 moins résistantes et plus efficaces thermiquement que dans un bloc de chauffage classique. Avantageusement, les ailettes 10 du bloc 1 de chauffage sont souples avant assemblage. Il s'agit en particulier d'ailettes ondulées.
Avantageusement encore, les ailettes 10 comprennent des persiennes destinées à favoriser les échanges thermiques.
Comme illustré à la figure 4, un autre aspect de l'invention concerne le tube 20 en tant que tel. Le tube 20 représenté à la figure 4 est un tube destiné à un bloc 1 de chauffage selon l'invention qui n'a pas encore subi d'opération de déformation. Il est identique au tube 20 du bloc de chauffage 1 représenté aux figures 1 et 2 qui n'a pas encore subi d'opération de déformation.
C'est la forme particulière du tube 20 qui permet une déformation du tube et le maintien des éléments chauffants 50. Comme précisé plus haut, l'ensemble des éléments et caractéristiques du tube 20 avant déformation se retrouvent sur ce même tube 20 après déformation, une fois intégré au bloc 1 de chauffage. Ainsi, le tube 20 destiné au bloc 1 de chauffage tel que décrit plus haut présente deux grandes parois 21 et deux parois latérales 24, chacune des grandes parois 21 présentant une face externe 22 destinée à venir au contact d'une ailette 10 et une face interne 23 destinée à venir au contact thermique d'éléments chauffants 50 électriques. Les grandes parois 21 sont avantageusement sensiblement parallèles entre elles.
Le tube 20 illustré à la figure 4 comprend également des parois latérales 24 présentant deux sections 27 sensiblement droites et définissant entre elles un angle formant une rainure 26 centrale. Les parois latérales 24 présentent une pré configuration incurvée vers l'intérieur du tube. Cette incurvation est accentuée par l'opération de déformation des parois latérales 24. Ledit tube 20 comprend également des arêtes 30 de connexion entre les parois latérales 24 et les grandes parois 21. Lesdites arêtes 30 présentant une face externe 32 de profil sensiblement carré et une face interne 34 de profil creusé par rapport à la face interne 23 des grandes parois 21 et la face interne 28 des parois latérales 24, de sorte que la face interne 34 de l'arête 30 de connexion définisse une gorge 35.
Avantageusement, la surface de la face interne 23 de la grande paroi 21 du tube 20 est sensiblement égale à la surface de la face externe 22 de ladite grande paroi 21. Ainsi, la surface d'échange thermique entre les éléments chauffants 50 électrique et les ailettes 10 est maximale, après assemblage.
Comme illustré à la figure 5, un autre aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un bloc 1 de chauffage tel que décrit plus haut. Un tel procédé comprend une étape (El) d'assemblage d'au moins une ailette 10 et d'au moins un tube 20. L'ailette 10 est destinée à être traversée par un fluide. Le tube 20 est destiné à accueillir des éléments chauffants 50 électriques et présente deux grandes parois 21 et deux parois latérales 24. L'étape (El) d'assemblage permet de fixer l'ailette 10 sur l'une et/ou l'autre des grandes parois 21 du tube 20.
Ledit procédé comprend également une étape (E2) d'introduction des éléments chauffants 50 dans le tube 20.
Enfin, le procédé comprend une étape (E3) de déformation des parois latérales 24 du tube 20 de sorte à fixer les éléments chauffants 50 dans le tube 20.
Un tel procédé permet de réaliser un bloc 1 de chauffage électrique tel que décrit plus haut. Avantageusement, l'étape (El) d'assemblage, l'étape (E2) d'introduction et l'étape (E3) de déformation sont consécutives et se suivent dans cet ordre.
La figure 1 illustre un bloc 1 de chauffage selon l'invention, après l'étape (El) d'assemblage et avant les étapes (E2) et (E3). Les ailettes 10 sont ici fixées sur les grandes parois 21 du tube 20. La figure 2 illustre quant à elle un bloc 1 de chauffage selon l'invention lors de l'étape (E2) d'introduction des éléments chauffants 50 et avant l'étape (E3) de déformation. Les éléments chauffants 50 sont ici introduits dans le tube 20 mais ils ne sont pas encore maintenus en position par compression des grandes parois 21. La figure 3 illustre quant à elle un bloc 1 de chauffage selon l'invention après l'étape (E3) de déformation. Les parois latérales 24 ont ici été déformées vers l'intérieur du tube 20, ladite déformation entraînant alors un déplacement des grandes parois 21 l'une vers l'autre ce qui permet de maintenir les éléments chauffants 50 par compression dans le tube 20.
Le fait de commencer par assembler au moins une ailette 10 sur l'un et/ou l'autre des grandes parois 21 du tube 20 permet de rigidifier lesdites grandes parois 21. Ainsi, lors de l'étape (E3) de déformation, lorsque les parois latérales 24 du tube 20 sont déformées de sorte à fixer les éléments chauffants 50 dans le tube 20, les ailettes 10 aident les grandes parois 21 à rester droites et empêchent le phénomène de flambage.
Avantageusement encore, l'étape (E3) de déformation est réalisée par l'application d'une pression au niveau des faces externes 25 des parois latérales 24 du tube 20 selon un axe sensiblement orthogonal auxdites parois latérales 24. La pression exercée peut notamment être appliquée par un outil de pression.
Avantageusement encore, lors de l'étape (E3) de déformation, l'outil de pression entre au contact des parois latérales 24 du tube 20 au niveau d'une rainure 26 centrale. Comme mentionné plus haut, la présence d'une rainure 26 permet de contrôler précisément la déformation du tube 20. En effet, en appliquant la pression nécessaire à la déformation du tube 20 au niveau de la rainure 26, ladite rainure 26 agit comme une préforme et les parois latérales 24 se plient le long de ladite rainure 26.
L'application d'une pression lors de l'étape (E3) de déformation est réalisée simultanément pour les deux parois latérales 24 d'un même tube 20. Ainsi, les grandes parois 21 du tube 20 restent sensiblement parallèles lors de la déformation, ce qui empêche toute désolidarisation des ailettes 10 et du tube 20. De plus, l'application d'une pression lors de l'étape (E3) de déformation est réalisée successivement pour chacun des tubes 20 du bloc 1 de chauffage. En effet, si cette étape de déformation venait à être effectuée simultanément pour une pluralité de tubes 20 d'un même bloc, le rapprochement simultané d'une pluralité de grandes parois 21, deux à deux, entraînerait une désolidarisation des ailettes 10 et des tubes 20.
L'étape (El) d'assemblage peut être réalisée par une pluralité de technique, comme par exemple par collage.
Avantageusement, l'étape (El) d'assemblage est réalisée par brasage. Cette technique d'assemblage permet entre autre de conférer un contact serré et d'améliorer les échanges thermiques entre les éléments chauffants 50 et les ailettes 10. De plus, une étape (El) d'assemblage préalable à la déformation des parois latérales 24 et réalisé par brasage permet de diminuer la force nécessaire à la déformation desdites parois latérales 24.
Un autre avantage du brasage est la facilité de mise en oeuvre et le faible coût de cette technique. Avantageusement, l'étape (El) d'assemblage est réalisée simultanément pour l'ensemble des tubes et des ailettes du bloc de chauffage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Bloc (1) de chauffage électrique comprenant au moins une ailette (10) destinée à être traversée par un fluide et au moins un tube (20) accueillant un ou des éléments chauffants (50) électriques, ledit tube (20) présentant deux grandes parois (21) et deux parois latérales (24), ladite ailette (10) étant fixée sur l'une et/ou l'autre des grandes parois (21) du tube, lesdits éléments chauffants (50) étant maintenu dans ledit tube (20) par compression entre lesdites grandes parois (21) grâce à une opération de déformation des parois latérales (24) vers l'intérieur du tube (20).
2. Bloc (1) de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel les parois latérales (24) présentent une face externe (25) et une face interne (28), les faces externes (25) des parois latérales (24) du tube (20) présentant une forme incurvée vers l'intérieur du tube et une rainure (26) centrale de sorte à faciliter la déformation dudit tube (20) en cas de compression latérale.
3. Bloc (1) de chauffage selon la revendication 2, dans lequel les faces internes (28) des parois latérales (24) du tube sont configurées de sorte à limiter la déformation du tube en cas de compression verticale.
4. Bloc (1) de chauffage selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les faces externes (25) des parois latérales (24) présentent deux sections (27) sensiblement droites et définissant entre elles un angle formant la rainure (26) centrale au niveau de leur jonction.
5. Bloc (1) de chauffage selon la revendication 1 à 4, dans lequel les grandes parois (21) et les parois latérales (24) du tube (20) se rejoignent au niveau d'arêtes (30) de connexion, ledit tube présentant une gorge (35) interne, au niveau desdites arêtes de connexion (30), lesdites grandes parois (21) présentant une face externe (22) sensiblement plane entre lesdites arêtes de connexion (30).
6. Bloc (1) de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel l'ailette (10) est fixée sur l'une et/ou l'autre des grandes parois (21) du tube (20) par brasage ou par collage.
7. Bloc (1) de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel les ailettes (10) présentent une forme ondulée et/ou des persiennes.
8. Procédé de fabrication d'un bloc de chauffage électrique comprenant :
- une étape (El) d'assemblage d'au moins une ailette (10) souple destinée à être traversée par un fluide et d'au moins un tube (20), ledit tube (20) étant destiné à accueillir des éléments chauffants (50) électriques et présentant deux grandes parois (21) et deux parois latérales (24), de sorte à fixer l'ailette (10) sur l'une et/ou l'autre des grandes parois (21) du tube (20),
- une étape (E2) d'introduction des éléments chauffants (50) dans le tube (20),
- une étape (E3) de déformation des parois latérales (24) du tube (20) de sorte à fixer les éléments chauffants (50) dans le tube (20).
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'étape (El) d'assemblage, l'étape
(E2) d'introduction et l'étape (E3) de déformation se suivent dans cet ordre.
10. Tube (20) destiné au bloc (1) de chauffage selon l'une des revendications 1 à 7, le tube (20) présentant deux grandes parois (21) et deux parois latérales (24), chacune des grandes parois (21) présentant une face externe (22) destinée à venir au contact d'une ailette (10) et une face interne (23) destinée à venir au contact thermique d'éléments chauffants (50) électriques, les parois latérales (24) présentant une pré configuration incurvée vers l'intérieur du tube facilitant une opération de déformation en vue d'accentuer leur incurvation de sorte à maintenir lesdits éléments chauffants dans ledit tube (20) par compression desdits éléments chauffants (50) entre lesdites grandes parois (21).
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