WO2021116581A1 - Dispositif de chauffage électrique haute tension de véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de chauffage électrique haute tension de véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel dispositif Download PDF

Info

Publication number
WO2021116581A1
WO2021116581A1 PCT/FR2020/052311 FR2020052311W WO2021116581A1 WO 2021116581 A1 WO2021116581 A1 WO 2021116581A1 FR 2020052311 W FR2020052311 W FR 2020052311W WO 2021116581 A1 WO2021116581 A1 WO 2021116581A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tube
heating device
superposition
walls
internal volume
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/052311
Other languages
English (en)
Inventor
Kevin Gahon
Lionel ROBILLON
Fabienne TOURNEUX
Véronique WESTERMANN
Warren LASSEY
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
Publication of WO2021116581A1 publication Critical patent/WO2021116581A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2225—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0429—For vehicles
    • F24H3/0435—Structures comprising heat spreading elements in the form of fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1854—Arrangement or mounting of grates or heating means for air heaters
    • F24H9/1863—Arrangement or mounting of electric heating means
    • F24H9/1872—PTC
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/50—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material heating conductor arranged in metal tubes, the radiating surface having heat-conducting fins
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material
    • 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 the field of electric heating devices for motor vehicles.
  • It relates more particularly to an electric heating device for motor vehicles equipped with a high voltage electrical supply network, that is to say supplied by a voltage of between 100 and 1000 volts.
  • a high voltage electrical supply network that is to say supplied by a voltage of between 100 and 1000 volts.
  • Such a device can, in particular, be implemented to heat the air in the passenger compartment of an electric or hybrid vehicle.
  • This heating device can be integrated into a ventilation, heating and / or air conditioning unit, called an HVAC unit for “Heating, Ventilation and Air-Conditioning”.
  • Such a heating device conventionally comprises at least one heat exchange bundle comprising a stack of a plurality of heating elements alternating with a plurality of radiant elements, such as plates and / or fins, intended to transmit heat produced by an adjacent heating element and thereby improve heat exchange with the air flow likely to pass through the heater.
  • a heating element comprises a tube housing electrodes supplying a resistive element and for example a resistive element with a positive temperature coefficient, called a PTC element for “Positive Temperature Coefficient”.
  • the tube must be deformed once the electrical components are placed inside the tube, in order to ensure that the electrical components are locked in position and that they have good contact between them and the tube to promote thermal conduction towards the radiant elements.
  • Each tube is thus deformed independently of each other by a compressive force applied perpendicularly to the bearing face of the tube against which the radiant element is pressed.
  • the invention falls within this context and aims, on the one hand, to increase the thermal performance of the electric heating device by improving the heat exchange capacities between the heat exchanger bundle and the air flow passing through. and, on the other hand, to facilitate the assembly and manufacture of such an electric heating device.
  • the invention also aims to increase the life of the bundle by improving the mechanical characteristics of the tubes and the assembled radiant heat exchange elements.
  • the invention proposes to increase the thermal conduction of the heat exchanger bundle by improving the contact between the tubes and the radiant elements by a brazed connection and by bringing the heating assemblies together by enclosing them by a lateral bending. tubes.
  • the subject of the invention is more particularly an electric heating device for a motor vehicle comprising a heat exchange bundle consisting of a plurality of heating elements in contact with radiant elements, each heating element comprising, in a volume internal delimited by a tube comprising two main walls and two side walls, at least one resistive element.
  • each tube is formed from a folded metal plate and the set of tubes and radiant elements is brazed, so as to form a sealed assembly.
  • the terms “vertical” and “horizontal” are used to describe the arrangement of a constituent element of the electric heating device, in in particular, the constituent elements of the heat exchange bundle comprising an alternation of tubes and radiant elements superimposed in a vertical direction Y of stacking in the bundle and which each extend mainly in a substantially horizontal plane.
  • This name is chosen arbitrarily and is not restrictive of the invention, and in any case independent of a horizontal and vertical orientation of the vehicle to which the electric heating device according to the invention is applied.
  • the main walls of a tube extend mainly in a horizontal direction perpendicular to the vertical stacking direction and the side walls of the tube extend vertically, being perpendicular to the main walls of said tube.
  • the stack of heating elements and radiant elements is such that the main walls of the tubes are configured to be in contact with the radiant elements. Furthermore, the main walls of the tubes are, according to a feature of the invention, intended to be in contact with the electrical components present in the corresponding tube.
  • these electrical components may include two electrodes arranged on either side of the resistive element and an electrical insulating element surrounding this assembly formed by the electrodes and the resistive element, and the main walls of the elements. tubes are in contact with this electrically insulating element by pressing the electric components against each other.
  • the side walls of a tube to be deformed inwardly of the internal volume of the tube.
  • the deformation for example by bending, is obtained under the effect of a compressive force exerted on the side walls of the tube in a direction perpendicular to the side walls, said compressive force being oriented towards the inside of the internal volume of the tube.
  • Such deformation tends to decrease the distance between the main walls, that is, to bring the main walls of the tube towards each other and compress the electrical components.
  • the metal plate forming a tube by folding to include two end tabs intended to form, by overlapping when the metal plate is bent, an overlapping joint.
  • the thickness of each end tab of a tube is less than average thickness of the metal plate forming the tube by bending; the thickness of the tube at the overlap joint, formed by the superposition of the two end tabs, is equal to the average thickness of the walls of the tube.
  • each end tab is made to be equal to the average thickness of the metallized plate forming the tube by bending.
  • the tube to include at least one release of internal material arranged at the intersection of a main wall and a consecutive side wall.
  • a release of material makes it possible in particular to reduce the compressive force necessary for the deformation of the side walls.
  • the electric heating device is a high voltage electric heating device of a heating, ventilation and air conditioning unit of a motor vehicle called the HVAC unit for "Heating, Ventilation and Air-Conditioning" in English;
  • the radiant elements are metal plates or fins aimed at improving the heat exchange between the heating elements and the air flow passing through the heating device according to the invention
  • the radiant elements are made of aluminum or an aluminum alloy
  • the metal plates forming the tubes are made of aluminum or an aluminum alloy
  • the resistive element is made of a material with a positive temperature coefficient (PTC), for example a ceramic with a positive temperature coefficient;
  • PTC positive temperature coefficient
  • the two electrodes housed in the internal volume of the tube constitute an input electrode for electric current and an output electrode;
  • the electrically insulating element is arranged between the electrodes and the tube formed from a folded metal plate;
  • the electrical insulating element is made of polyimide material, preferably of Kapton ® .
  • Another object of the invention is a method of manufacturing the electric heating device of a motor vehicle during which at least:
  • FIG î is a schematic perspective view of a heat exchange bundle of a heater according to the invention comprising a stack of a plurality of heating elements alternating with a plurality of radiant elements;
  • FIG 2 is a sectional view of a heating element capable of equipping the heating device of Figure 1, in a first embodiment, said view making visible a bent and bent tube enveloping a resistive element, two electrodes and electrical insulating elements;
  • FIG 3 schematically shows a sectional view similar to that of Figure 2, the tube being shown here alone to illustrate an alternative embodiment at a superposition joint of the folded and bent tube;
  • FIG 4 schematically shows a sectional view of a bent and bent tube of the invention according to a second embodiment of the electric heating device, which differs in particular from Figures 2 and 3 by the configuration of the superposition joint .
  • Figure i illustrates a heat exchange beam i of an electric heater of a heating, ventilation and air conditioning unit of a motor vehicle.
  • a heating device may in particular consist of a device supplied with high voltage current, for example a voltage the value of which may be between 1000 volts and 1000 volts.
  • the heating device comprising the heat exchange bundle can in particular be implemented in electric or hybrid vehicles and perform the heating of an air flow brought through, in the heating, ventilation and air conditioning unit of the vehicle, the heat exchange harness.
  • the heat exchange bundle i comprises a plurality of heating elements 2 in contact, via their main walls 4, with a plurality of radiant elements 3.
  • the bundle more particularly has the shape of a stack, in a direction here arbitrarily defined as a vertical Y direction, in which the heating elements and the radiant elements are arranged alternately.
  • the heating elements 2 are supplied electrically, in particular by the high voltage power supply mentioned above, to generate a release of heat capable of heating the flow of air passing through, and the radiant elements 3 have the function of improving the transmission of heat. produced by the heating elements directly adjacent to them.
  • the radiant elements 3 can in particular take the form of metal sheets, corrugated to increase the exchange surface with the air flow passing through the heating device.
  • the radiant elements 3 and the heating elements 2 are arranged in the heat exchange bundle 1 so that they have a main plane of elongation perpendicular to the stacking direction, here the vertical direction Y.
  • the radiant elements 3 and the heating elements 2 extend mainly along a longitudinal and transverse plane, defined here arbitrarily as a horizontal plane perpendicular to the vertical direction Y of stacking.
  • Each heating element 2 here comprises a tube 20 capable of accommodating various electrical components, each tube being formed of a metal plate folded so as to define an internal volume V delimited by two main walls 4 parallel to each other and two side walls 7 perpendicular to each other. main walls 4.
  • the two main walls 4 of each tube 20 extend parallel to the previously defined horizontal plane, perpendicular to the vertical direction Y of stacking of the tubes in the bundle 1 .
  • the stack of the radiant elements 3 and the heating elements 2 is produced by a repetition of contacts between a main wall 4 of a tube 20 and an adjacent radiant element 3.
  • the heat exchange bundle forms a unitary assembly with the folded tubes 20 and the radiant elements 3, and this unitary assembly is obtained by making the main walls 4 of the elements mechanically integral. bent tubes 20 and the radiant elements 3 by a brazing operation.
  • a brazed connection 9 visible in FIG. 2
  • the brazed connection 9 also has the advantage of offering better mechanical strength between the tubes. 20 of the heating element 2 and the radiant elements 3 as well as a thermal conduction higher than that usually obtained by an adhesive bond.
  • each brazed connection 9 is obtained here in a single brazing operation, in contrast to the bonding operations to be carried out individually.
  • the tubes 20 are advantageously made of aluminum having an additional layer, also of aluminum, forming a brazing coating, which makes it possible to solder the radiant elements 3 directly on the tubes 20 without adding an additional material to the radiant elements 3, such an addition of additional material that can penalize the quality of the brazing between the heating elements and the radiant elements, the shaping of these radiant elements or the corrosion resistance of these radiant elements.
  • Figure 2 illustrates a sectional view, along a longitudinal vertical plane XY, of a heating element 2, making more particularly visible the section of the tube of this heating element and the electrical components contained in the internal volume V of this tube 20.
  • the tube 20 is formed by bending a metal plate.
  • FIG. 2 makes visible in particular a characteristic of the tube 20 according to which the tube 20 has a section closed by covering two end tongues 11 in a superimposed joint 10. The closing of the tube, and therefore the tightness of the latter , is carried out by the brazing operation which connects the two end tongues 11 to one another at this superposition joint 10.
  • the tube 20 has an internal face, facing the inside of the tube and the electrical components that this tube houses, and an opposite external face, and the internal and external surfaces of the metal plate used to make the tube are defined in an equivalent manner. , the internal surface of the plate being intended to form an internal face of the tube once the tube has been formed by bending.
  • the thickness of the tube is defined by the distance between the inner face and the outer face, and the thickness of the plate is defined equivalently by the distance between the inner surface and the outer surface.
  • the superposition joint 10 is such that the tube does not present in this zone of extra thickness relative to the rest of the tube.
  • the thickness of the tube 20 at the overlap joint 10 formed by the superposition of the two end tabs 11 is equal to the average wall thickness of the rest of the tube 20.
  • the end tabs 11 formed on the metal plate and intended to be superimposed have a thickness less than the thickness of the rest of the plate.
  • the metal plate comprises at a first end a first tab 111 consisting of a recess formed on the external surface. of the plate, and at a second end a second tab 112 consisting of a recess formed on the internal surface of the plate, so that the folding of the metal plate to form the tube 20 allows these two recesses to be superimposed one on the other.
  • the depths of the recesses are such that the sum of the thicknesses of the tongues is substantially equal to the average thickness of the plate outside these end tongues.
  • the joint brazing of the heating elements and of the radiant elements makes it possible to secure each tab in the corresponding recess, by generating two connection lines respectively on the internal face and the external face of the tube.
  • the superposition joint 10 of the two end tongues 11 forms a portion of one of the main walls 4 of the tube 20 .
  • the superposition joint 10 is formed in a peripheral zone, that is to say a zone remote from a central zone of the tube, said central zone being delimited by the location of the resistive element in the tube. internal volume V of the tube.
  • the groove formed in the superposition joint 10 is clear, that is to say not covered, with respect to the resistive element.
  • the recesses made in the metal plate and the direction of folding of this plate to form the tube are such that the connection line formed on the internal face is more eccentric than the connection line formed on the tube. external face. Such an arrangement makes it possible to ensure that any excess material resulting from the brazing of the end tabs one on the other does not hamper the insertion and the presence of the electrical components inside the tube 20 .
  • the electrical components arranged in the internal volume V of a tube 20 include in particular a resistive element 6, consisting for example of a ceramic with a positive temperature coefficient (PTC), as well as two current input and output electrodes 5. which are arranged in contact with the resistive element 6, on either side thereof, and between a main wall and this resistive element.
  • the electrical components can also include at least one element electrical insulator 8 disposed between a main wall 4 of tube 20 and an electrode 5, each electrode 5 being able to be supplied at high voltage.
  • the electrical insulation element 8 is made for example of polyimide material, preferably Kapton ®.
  • the various electrical components housed in the tube 20 namely here the resistive elements 6, the electrodes 5 and the electrical insulating elements 8, are inserted into the internal volume V of the corresponding tube 20 once 'a unitary assembly is formed by brazing the stack of heating elements and radiant elements, that is to say after assembly or pre-assembly of each tube 20 with the adjacent radiant elements 3 then brazing from the whole.
  • the brazing process of such a stack of heating and radiant elements generates a compressive force along the stacking direction, here the vertical direction Y.
  • the tubes 20 and the radiant elements 3 are designed to be able to resist. to the high compressive force exerted by the brazing tools and also resist the forces induced by the thermal expansion which occurs at high brazing temperature, above 500 ° C.
  • the thickness of the tube 20 may be of the order of a millimeter, for example between 0, 1 and 6mm, 8mm.
  • the electrical components are clamped inside the tube between a main wall 4 and the opposite main wall, in a direction of stacking of the components which is parallel to the direction of stacking of the components.
  • heating and radiant elements In a context where heating of the resistive elements 6 has the effect of causing, by conduction thermal, the rise in temperature of the radiant elements 3 brazed to the main walls 4 of the tube 20 and to heat the air flow passing through the heating device, it is indeed essential to optimize the transmission of the heat produced by the elements 6 resistive, and the tight stacking of electrical components between them and against the main walls is essential. It is therefore desired to bring the main walls 4 of the tube 20 closer to one another, in the stacking direction, here the vertical direction Y.
  • the electrical components and in particular the resistive elements and the electrodes which form the most rigid elements of these electrical components, are arranged at a distance from the side walls 7 of the tubes 20 , a lateral clearance 22 being formed between each side wall 7. and the assembly formed by the electrodes and the resistive element.
  • the electrically insulating element 8 present in the form of an easily deformable sheet, is present in the side clearance 22 .
  • the electrical components contained in the internal volume V of the tube 20 brazed to the radiant elements 3 are brought together and clamped between the main walls 4 by a deformation, for example a bending, of the side walls 7 of the tube. 20 .
  • the deformation of the side walls 7 towards the inside of the internal volume V of the tube 20 is obtained by applying a compressive force F to the side walls 7 in a longitudinal direction perpendicular to the side walls 7 and oriented towards the inside of the volume Internal V of the tube.
  • This deformation of the side walls 7 has the effect of bringing the main walls 4 vertically towards one another and of clamping the elements contained in the internal volume V of the bent tube 20.
  • the electrically insulating element 8 As illustrated in figure 2 , deformation, for example bending, of the side walls 7 of the tube 20 is possible due to the side clearance 22 . Only the electrically insulating element 8 can be deformed following the deformation of the side walls. However, it should be noted that the electrically insulating element 8 here consists of a sheet folded on itself with an overlap zone facing one of the side walls 7, and that the deformation of this side wall tends ensure the plating of one end on the other of the sheet forming the electrical insulating element and therefore ensure the electrical insulation.
  • the lateral deformation of the tubes to obtain a compression of the electrical components inside the tubes in a direction perpendicular to the direction of deformation and parallel to the stacking direction of the heating and radiant elements has several advantages. On the one hand, it is possible to carry out the deformation of several tubes simultaneously, by suitable tools, whereas it would be necessary to carry out the deformation tube by tube if this was done directly in the stacking direction of the heating elements. and radiant. It is also possible to carry out this deformation on a brazed assembly of heating and radiant elements, the tubes 20 , made of aluminum, being after this brazing operation in a high temperature annealing state, called an O state.
  • the material exhibits characteristics of lower mechanical strength which are favorable to deformation by compression by reducing the force required to compress the tubes 20 .
  • this state has the effect of reducing the elastic relaxation that the material could have after compression and thus makes it possible to guarantee a very close contact between the deformed tube 20 and the resistive element 6.
  • the brazed tube 20 exhibits better service life.
  • the mechanical resistance of the tubes 20 which can be reduced by this annealing state, is compensated for by their mechanical connection to the radiant elements 3.
  • the radiant elements 3 reinforce the rigidity of the main walls. 4 of the tubes 20 and help them to remain flat during the compression process and therefore to approach each other while remaining parallel in order to ensure compression of the electrical components inside the internal volume V of the tube 20 .
  • Figure 3 illustrates a variant of the first embodiment of the invention which differs from the above in particular by the position of the superposition joint
  • the superposition joint 10 of the two end tongues 11 forms a side wall 7 of the tube 20 .
  • Such a joint thus extends away from the resistive element and it is therefore easier to ensure that the possible bulge due to the superposition of the two tabs does not interfere with the insertion of the electrical components into the tube. both folded and brazed.
  • the side wall formed by this joint is intended to be deformed, or bent, under the effect of a longitudinal compressive force F substantially opposite to that exerted on the other side wall 7 of the tube 20 and oriented towards the inside of the internal volume V of the tube 20 , but the thickness of the tube formed by the superposition of the two tabs makes it possible to withstand these deformation forces of the side wall.
  • Figures 2 and 3 also illustrate internal material clearances 12 arranged in each corner of tube 20 , i.e. at each intersection of an adjacent main wall 4 and side wall 7.
  • the purpose of the clearances 12 of material is to reduce the compressive force necessary for the deformation by bending of the side walls 7 towards the interior of the internal volume V of the tube 20 .
  • the clearances 12 of material may have a substantially circular shape (visible in Figure 3) but any other shape favorable to the folding of the side walls 7 can be implemented.
  • a clearance 12 of internal material in the form of a groove or oblique elongated marking visible in FIG. 2 ) can be made to facilitate the deformation of the side walls 7 under the effect of a compressive force F. lateral.
  • FIG. 4 illustrates a second embodiment of the electric heating device of the invention, which again comprises a tube 20 formed by folding a metal plate and by covering the two end tongues 11 'in a superposition joint. 10 .
  • the thickness of the metal plate forming the tube when folded on itself is substantially constant, the end tabs 11 'not exhibiting any recess as previously mentioned.
  • the thickness of the metal plate at the level of each end tab 11 ' is substantially equal to the average thickness of the metal plate intended to form the tube 20 by bending.
  • the superposition joint 10 of the two end tongues 11 have a thickness that is double compared to the rest of the tube 20.
  • the joint 10 is in this context made so as to form a side wall 7 of the tube 20, so that the side walls 7 have different thicknesses.
  • the side wall 7 formed by the superposition joint 10 is able to be bent under the effect of a compressive force L at least equal to that exerted on the other side wall 7 of the tube 20 in an orthogonal lateral direction oriented towards the interior of the internal volume V of the tube 20 so as to bring together vertically, one towards the other, the main walls 4 of the tube, as may have been specified previously.
  • the side wall 7 thus formed by covering the two end tongues 11 'can be shaped so as to present at least one clearance 12 of internal material similar to the other clearances 12 of material of the tube 20 arranged at each intersection of a main wall. 4 and a side wall 7 consecutive.
  • one of the two end tongues 11 ' preferably the one arranged towards the inside of the internal volume V of the tube 20, has a sufficient length to be able to produce a return edge 24 in the direction of a portion of a wall.
  • main 4 consecutive to the other end tab 11 ', here oriented outside the internal volume V of the tube 20.
  • the return edge 24 of the inner end tab 11 may include a clearance 12 of internal material similar to the other clearances 12 of material in the tube 20.
  • the manufacturing process here is particular in that it involves a single brazing operation during which the bent tubes 20 and the radiant elements 3 are made inseparable. Prior to this brazing step, it is appropriate to provide a step of folding a metal plate to form a tube 20 with in particular the closing of this tube 20 by covering two tabs 11, 11 'of ends, thus forming a overlay join 10.
  • the brazing step is performed after stacking the radiant and heating elements, the thickness of the tubes preventing each tube from sagging in the stack while they are still only formed by bending a metal sheet.
  • This brazing step simultaneously makes it possible to make the radiant elements 3 and the main walls 4 of each tube 20 inseparable to form a heat exchanger bundle 1 able to equip an electric heating device, and to form the tube by joining the two together. ends of the metal plate in the superposition junction, both on the internal face and on the external face of this tube.
  • the manufacturing process includes a step of inserting the electrical components into each of the tubes, and in particular the insertion of at least one resistive element 6, electrodes 5 and insulating elements 8. The distance between the main walls of each tube 20 is at this moment sufficient to be able to insert each of the components into the internal volume V of the tube 20.
  • the method finally includes a step of deformation, for example by bending, of the tube 20 to fix the position of the components in the tube, this deformation aimed at bringing the main walls together.
  • This deformation step here consists of compressing the side walls 7 towards the inside of the internal volume V of the tube 20 by means of a suitable tool.
  • a bending tool is configured to be able to act simultaneously on all of the side walls 7 of the tubes 20 present in the brazed stack.
  • the method of manufacturing the electric heating device may include a step of forming at least one clearance 12 of internal material arranged, in a corner of the tube 20, at the intersection of a main wall 4 and of a consecutive side wall 7, so as to reduce the compressive force necessary for the deformation of the side walls 7.
  • Such a step of forming an undercut 12 is carried out before bending the metal plate to form the corresponding tube 20 , and the bending is performed so that the grooves correspond with the corners of the tube 20 when bent.
  • the invention cannot be limited to the embodiments specifically given in this document by way of nonlimiting examples, and extends in particular to all equivalent means and to any technically operative combination of these means.
  • the characteristics, the variants and the different embodiments of the invention can be associated with each other, in various combinations, insofar as they are not incompatible or mutually exclusive. It is in particular possible to imagine variants of the invention comprising only a selection of characteristics described, since, in accordance with the invention, the electric heating device comprises at least one brazed assembly of bent tubes and radiant elements, the side walls of the tube being able to be bent towards the inside of the internal volume of the tube.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de chauffage électrique d'un véhicule automobile comprenant un faisceau (1) d'échange de chaleur constitué d'une pluralité d'éléments chauffants (2) en contact avec des éléments radiants (3), chaque élément chauffant (2) comportant, dans un volume (V) interne délimité par un tube (20) comportant deux parois principales (4) et deux parois (7) latérales, au moins un élément (6) résistif,, caractérisé en ce que chaque tube (20) est formé d'une plaque métallique pliée, l'ensemble des tubes (20) et des éléments radiants (3) étant brasé.

Description

Dispositif de chauffage électrique haute tension de véhicule automobile et procédé de fabrication d’un tel dispositif
La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de chauffage électrique de véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif de chauffage électrique pour véhicules automobiles équipés d’un réseau d’alimentation électrique à haute tension, c’est-à-dire alimenté par une tension comprise entre îoo et 1000 Volts. Un tel dispositif peut, notamment, être mis en œuvre pour chauffer l’air d’un habitacle de véhicule électrique ou hybride.
Ce dispositif de chauffage peut être intégré dans une unité de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, dite unité HVAC pour « Heating, Ventilation and Air-Conditioning ».
Un tel dispositif de chauffage comprend classiquement au moins un faisceau d’échange de chaleur comportant un empilement d’une pluralité d’éléments chauffants en alternance avec une pluralité d’éléments radiants, tels que des plaques et/ou des ailettes, destinés à transmettre la chaleur produite par un élément chauffant adjacent et à améliorer ainsi l’échange thermique avec le flux d’air susceptible de traverser le dispositif de chauffage.
Plus particulièrement, et notamment dans ces dispositifs de chauffage électrique à haute tension, un élément chauffant comporte un tube logeant des électrodes alimentant un élément résistif et par exemple un élément résistif à coefficient de température positif, dit élément PTC pour « Positive Température Coefficient ». Le tube doit être déformé une fois les composants électriques disposés à l’intérieur du tube, afin de s’assurer du blocage en position des composants électriques et du bon contact entre eux et le tube pour favoriser la conduction thermique en direction des éléments radiants. Chaque tube est ainsi déformé indépendamment les uns des autres par un effort de compression appliquée perpendiculairement à la face d’appui du tube contre laquelle vient se plaquer l’élément radiant. Par ailleurs, pour la fabrication d’un tel dispositif de chauffage, il est connu de disposer des ailettes ondulées formant les éléments radiants contre les faces externes des faces d’appui des tubes préalablement déformés et de lier ensemble par collage ces ailettes et les tubes. Cependant le processus de collage ne permet pas d’assurer un transfert thermique optimisé, entre les éléments chauffants et le flux d’air à chauffer, dans la mesure où les ailettes ondulées ne présentent aucun contact direct avec le tube et que la colle utilisée génère une déperdition thermique entre le tube et les éléments radiants adjacents.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et vise, d’une part, à augmenter la performance thermique du dispositif de chauffage électrique en améliorant les capacités d’échange thermique entre le faisceau d’échangeur de chaleur et le flux d’air traversant et, d’autre part, à faciliter l’assemblage et la fabrication d’un tel dispositif de chauffage électrique. L’invention vise également à augmenter la durée de vie du faisceau en améliorant les caractéristiques mécaniques des tubes et des éléments radiants d’échange thermique assemblés. A cet effet, l’invention propose d’augmenter la conduction thermique du faisceau d’échangeur de chaleur en améliorant le contact entre les tubes et les éléments radiants par une liaison brasée et en rapprochant les ensembles de chauffage en les enserrant par un cintrage latéral des tubes.
L’invention a plus particulièrement pour objet un dispositif de chauffage électrique d’un véhicule automobile comprenant un faisceau d’échange de chaleur constitué d’une pluralité d’éléments chauffants en contact avec des éléments radiants, chaque élément chauffant comportant, dans un volume interne délimité par un tube comportant deux parois principales et deux parois latérales, au moins un élément résistif.
Selon l’invention, chaque tube est formé d’une plaque métallique pliée et l’ensemble des tubes et des éléments radiants est brasé, de manière à former un ensemble étanche.
Par la suite, les termes « vertical » et « horizontal » sont utilisés pour décrire la disposition d’un élément constitutif du dispositif de chauffage électrique, en particulier des éléments constitutifs du faisceau d’échange de chaleur comprenant une alternance de tubes et d’éléments radiants superposés selon une direction Y verticale d’empilement dans le faisceau et qui s’étendent chacun principalement selon un plan sensiblement horizontal. Cette dénomination est choisie arbitrairement et n’est pas limitative de l’invention, et en tout cas indépendante d’une orientation horizontale et verticale du véhicule sur lequel est appliqué le dispositif de chauffage électrique selon l’invention. Dans cet agencement, les parois principales d’un tube s’étendent principalement selon une direction horizontale perpendiculaire à la direction verticale d’empilement et les parois latérales du tube s’étendent verticalement, en étant perpendiculaires aux parois principales dudit tube.
L’empilement d’éléments chauffant et d’éléments radiants est tel que les parois principales des tubes sont configurées pour être en contact avec les éléments radiants. Par ailleurs, les parois principales des tubes sont, selon une caractéristique de l’invention, destinées à être en contact des composants électriques présents dans le tube correspondant. A titre d’exemple non limitatif, ces composants électriques peuvent comporter deux électrodes agencées de part et d’autre de l’élément résistif et un élément isolant électrique entourant cet ensemble formé par les électrodes et l’élément résistif, et les parois principales des tubes sont au contact de cet élément isolant électrique en serrant l’un contre l’autre les composants électriques.
Selon une autre caractéristique du dispositif de chauffage selon l’invention, on prévoit que les parois latérales d’un tube sont déformées vers l’intérieur du volume interne du tube. La déformation, par exemple par cintrage, est obtenue sous l’effet d’une force de compression exercée sur les parois latérales du tube selon une direction perpendiculaire aux parois latérales, ladite force de compression étant orientée vers l’intérieur du volume interne du tube. Une telle déformation tend à diminuer la distance entre les parois principales, c’est-à-dire à rapprocher l’une vers l’autre les parois principales du tube et comprimer les composants électriques.
Selon une autre caractéristique du dispositif de chauffage selon l’invention, on prévoit que la plaque métallique formant un tube par pliage comporte deux languettes d’extrémité destinées à former, par recouvrement lorsque la plaque métallique est pliée, une jointure de superposition.
Dans un premier mode de réalisation du dispositif de chauffage selon l’invention et selon une série de caractéristiques pouvant être prises seules ou en combinaison, on prévoit que : l’épaisseur de chaque languette d’extrémité d’un tube est inférieure à l’épaisseur moyenne de la plaque métallique formant le tube par pliage ; l’épaisseur du tube au niveau de la jointure de superposition, formée par la superposition des deux languettes d’extrémité, est égale à l’épaisseur moyenne des parois du tube.
Par épaisseur moyenne, on comprend que l’on se réfère à la moyenne des épaisseurs de la plaque ou du tube en dehors de la zone dans laquelle s’étend la jointure de superposition.
Dans ce premier mode de réalisation, on peut notamment prévoir que la jointure de superposition formée par la superposition des deux languettes d’extrémité forme une portion d’une des parois principales du tube, ladite portion étant éloignée d’une zone centrale définie par l’emplacement de l’au moins un élément résistif dans le volume interne du tube.
Dans un deuxième mode de réalisation du dispositif de chauffage selon l’invention, on prévoit que l’épaisseur de chaque languette d’extrémité est égale à l’épaisseur moyenne de la plaque métallisée formant le tube par pliage.
Dans l’un ou l’autre des modes de réalisation précédemment évoqué, on peut notamment prévoir que la jointure de superposition formée par la superposition des deux languettes d’extrémité forme une desdites parois latérales du tube.
Selon une autre caractéristique du dispositif de chauffage selon l’invention, on prévoit que le tube comporte au moins un dégagement de matière interne agencé à l’intersection d’une paroi principale et d’une paroi latérale consécutives. Un tel dégagement de matière permet notamment de réduire l’effort de compression nécessaire à la déformation des parois latérales. Selon différentes caractéristiques du dispositif de chauffage électrique selon l’invention pouvant être prises seules ou en combinaison, on peut prévoir que :
- le dispositif de chauffage électrique est un dispositif de chauffage électrique haute tension d’une unité de chauffage, ventilation et climatisation d’un véhicule automobile dite unité HVAC pour « Heating, Ventilation and Air-Conditioning » en anglais ;
- les éléments radiants sont des plaques ou des ailettes métalliques visant à améliorer l’échange thermique entre les éléments chauffants et le flux d’air traversant le dispositif de chauffage selon l’invention ;
- les éléments radiants sont réalisés en aluminium ou dans un alliage d’aluminium ;
- les plaques métalliques formant les tubes sont réalisées en aluminium ou dans un alliage d’aluminium ;
- l’élément résistif est constitué d’un matériau à coefficient de température positif (CTP), par exemple une céramique à coefficient de température positif ;
- les deux électrodes logées dans le volume interne du tube constituent une électrode d’entrée du courant électrique et une électrode de sortie ;
- l’élément isolant électrique est agencé entre les électrodes et le tube formé d’une plaque métallique pliée ;
- l’élément isolant électrique est réalisé en matériau polyimide, de préférence en Kapton®.
L’invention a pour autre objet un procédé de fabrication du dispositif de chauffage électrique d’un véhicule automobile au cours duquel on réalise successivement au moins :
- une étape de pliage d’une plaque métallique pour former un tube dont le volume interne est délimité par deux parois principales et deux parois latérales ;
- une étape de brasage des parois principales de chaque tube à des éléments radiants pour former un faisceau d’échangeur de chaleur ; - une étape d’insertion d’au moins un élément résistif dans le volume interne du tube ;
- une étape de déformation des parois latérales vers l’intérieur du volume interne du tube sous l’effet d’une compression exercée par un outil sur les parois latérales du tube de manière à rapprocher l’une de l’autre, les parois principales du tube.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation de l’invention, donnés ci-après à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs et s’appuyant sur les figures annexées, dans lesquelles on a illustré un dispositif de chauffage électrique haute tension d’une unité de chauffage, ventilation et climatisation d’un véhicule automobile selon l’invention et parmi lesquelles :
[Fig î] est une vue schématique en perspective d’un faisceau d’échange de chaleur d’un dispositif de chauffage selon l’invention comprenant un empilement d’une pluralité d’éléments chauffants en alternance avec une pluralité d’éléments radiants ;
[Fig 2] est une vue en coupe d’un élément chauffant susceptible d’équiper le dispositif de chauffage de la figure 1, dans un premier mode de réalisation, ladite vue rendant visible un tube plié et cintré enveloppant un élément résistif, deux électrodes et des éléments isolants électriques ;
[Fig 3] représente schématiquement une vue en coupe similaire à celle de la figure 2, le tube étant ici représenté seul pour illustrer une variante de réalisation au niveau d’une jointure de superposition du tube plié et cintré ;
[Fig 4] représente schématiquement une vue en coupe d’un tube plié et cintré de l’invention selon un second mode de réalisation du dispositif de chauffage électrique, qui diffère notamment de la figure 2 et 3 par la configuration de la jointure de superposition.
Si les figures exposent l'invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, elles peuvent, bien entendu, servir à mieux définir l'invention le cas échéant. De même, il est rappelé que, pour l'ensemble des figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères. On comprendra également que les modes de réalisation de l’invention illustrés par les figures sont donnés à titre d’exemples non limitatifs.
La figure i illustre un faisceau i d’échange de chaleur d’un dispositif de chauffage électrique d’une unité de chauffage, ventilation et climatisation d’un véhicule automobile. Un tel dispositif de chauffage peut notamment consister en un dispositif alimenté par du courant à haute tension, et par exemple une tension dont la valeur peut être comprise entre îoo Volts et 1000 Volts. Le dispositif de chauffage comportant le faisceau d’échange de chaleur peut notamment être mis en œuvre dans des véhicules électriques ou hybrides et réaliser le chauffage d’un flux d’air amené à traverser, dans l’unité de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule, le faisceau d’échange de chaleur.
Le faisceau i d’échange de chaleur comprend une pluralité d’éléments chauffants 2 en contact, par leurs parois principales 4, avec une pluralité d’éléments radiants 3. Le faisceau présente plus particulièrement la forme d’un empilement, selon une direction ici définie arbitrairement comme une direction Y verticale, dans lequel les éléments chauffants et les éléments radiants sont disposés en alternance.
Les éléments chauffants 2 sont alimentés électriquement, notamment par l’alimentation haute tension précédemment évoquée, pour générer un dégagement de chaleur susceptible de chauffer le flux d’air traversant, et les éléments radiants 3 ont pour fonction d’améliorer la transmission de la chaleur produite par les éléments chauffants qui leur sont directement adjacents. Les éléments radiants 3 peuvent notamment prendre la forme de tôles métalliques, ondulées pour augmenter la surface d’échange avec le flux d’air traversant le dispositif de chauffage.
Les éléments radiants 3 et les éléments chauffants 2 sont disposés dans le faisceau 1 d’échange de chaleur de sorte qu’ils présentent un plan principal d’allongement perpendiculaire à la direction d’empilement, ici la direction verticale Y. En d’autres termes, les éléments radiants 3 et les éléments chauffants 2 s’étendent principalement selon un plan longitudinal et transversal, défini ici arbitrairement comme un plan horizontal perpendiculaire à la direction verticale Y d’empilement. Chaque élément chauffant 2 comporte ici un tube 20 susceptible de loger différents composants électriques, chaque tube étant formé d’une plaque métallique pliée de manière à définir un volume V interne délimité par deux parois principales 4 parallèles entre elles et deux parois latérales 7 perpendiculaires aux parois principales 4. Dans le faisceau d’échange de chaleur, les deux parois principales 4 de chaque tube 20 s’étendent parallèlement au plan horizontal précédemment défini, perpendiculaire à la direction verticale Y d’empilement des tubes dans le faisceau 1.
L’empilement des éléments radiants 3 et des éléments chauffants 2 est réalisé par une répétition de contacts entre une paroi principale 4 d’un tube 20 et un élément radiant 3 adjacent.
Selon l’invention, le faisceau d’échange de chaleur forme un ensemble d’un seul tenant avec les tubes 20 pliés et les éléments radiants 3, et cet ensemble d’un seule tenant est obtenu en rendant mécaniquement solidaires les parois principales 4 des tubes 20 pliés et les éléments radiants 3 par une opération de brasage. Dans le contexte d’un dispositif de chauffage alimenté par un courant électrique à haute tension, il est nécessaire de prévoir une étanchéité optimale afin d’assurer une sécurité électrique malgré l’alimentation à haute tension des composants présents dans les tubes. Cette étanchéité optimale est obtenue par la combinaison d’une liaison brasée 9 (visible en figure 2) entre un tube plié 20 et un élément radiant 3. La liaison brasée 9 présente également l’avantage d’offrir une meilleure tenue mécanique entre les tubes 20 de l’élément chauffant 2 et les éléments radiants 3 ainsi qu’une conduction thermique supérieure à celle obtenue habituellement par une liaison collée. Par ailleurs, chaque liaison brasée 9 est obtenue ici en une seule opération de brasage, à contrario des opérations de collage à réaliser individuellement
Les tubes 20 sont avantageusement réalisés en aluminium présentant une couche additionnelle, en aluminium également, formant revêtement de brasage, ce qui permet de pouvoir braser les éléments radiants 3 directement sur les tubes 20 sans ajout d’une matière additionnelle sur les éléments radiants 3, un tel ajout de matière additionnelle pouvant pénaliser la qualité du brasage entre les éléments chauffants et les éléments radiants, le formage de ces éléments radiants ou encore la tenue à la corrosion de ces éléments radiants.
La figure 2 illustre une vue en coupe, selon un plan vertical longitudinal XY, d’un élément chauffant 2, rendant plus particulièrement visible la section du tube de cet élément chauffant et les composants électriques contenus dans le volume V interne de ce tube 20.
Le tube 20 est formé par pliage d’une plaque métallique. La figure 2 rend notamment visible une caractéristique du tube 20 selon laquelle le tube 20 présente une section fermée par recouvrement de deux languettes 11 d’extrémité en une jointure de superposition 10. La fermeture du tube, et donc l’étanchéité de celui-ci, est réalisée par l’opération de brasage qui lie l’une à l’autre les deux languettes 11 d’extrémité au niveau de cette jointure de superposition 10.
Le tube 20 présente une face interne, tournée vers l’intérieur du tube et les composants électriques que ce tube loge, et une face externe opposée, et on définit de façon équivalente des surfaces interne et externe de la plaque métallique utilisée pour réaliser le tube, la surface interne de la plaque étant destinée à former une face interne du tube une fois le tube formé par pliage. L’épaisseur du tube est définie par la distance entre la face interne et la face externe, et l’épaisseur de la plaque est définie de façon équivalente par la distance entre la surface interne et la surface externe.
Dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 2, la jointure 10 superposition est telle que le tube ne présente pas dans cette zone de surépaisseur par rapport au reste du tube. En d’autres termes, l’épaisseur du tube 20 au niveau de de la jointure de superposition 10 formée par la superposition des deux languettes 11 d’extrémité est égale à l’épaisseur moyenne des parois du reste du tube 20.
Afin de former la jointure de superposition 10 sans créer de surépaisseur, les languettes 11 d’extrémité formées sur la plaque métallique et destinées à être superposées présentent une épaisseur inférieure à l’épaisseur du reste de la plaque. Plus particulièrement, la plaque métallique comprend à une première extrémité une première languette 111 consistant en un décrochement formé sur la surface externe de la plaque, et à une deuxième extrémité une deuxième languette 112 consistant en un décrochement formé sur la surface interne de la plaque, de sorte que le pliage de la plaque métallique pour former le tube 20 permet de superposer ces deux décrochements l’un sur l’autre. On comprend que les profondeurs des décrochements sont telles que la somme des épaisseurs des languettes est sensiblement égale à l’épaisseur moyenne de la plaque hors de ces languettes d’extrémité.
Le brasage conjoint des éléments chauffants et des éléments radiants permet de solidariser chaque languette dans le décrochement correspondant, en générant deux lignes de raccordement respectivement sur la face interne et la face externe du tube.
Dans le premier mode de réalisation illustré par la figure 2, la jointure de superposition 10 des deux languettes 11 d’extrémité forme une portion d’une des parois principales 4 du tube 20. Dans ce contexte, la jointure de superposition 10 est formée dans une zone périphérique, c’est-à-dire une zone éloignée d’une zone centrale du tube, ladite zone centrale étant délimitée par l’emplacement de l’élément résistif dans le volume V interne du tube. En d’autres termes, la rainure formée dans la jointure de superposition 10 est dégagée, c’est-à-dire non recouverte, par rapport à l’élément résistif. Par ailleurs, il convient de noter que les décrochements réalisés dans la plaque métallique et le sens de pliage de cette plaque pour former le tube sont tels que la ligne de raccordement ménagée sur la face interne est plus excentrée que la ligne de raccordement ménagée sur la face externe. Un tel agencement permet de s’assurer qu’un éventuel surplus de matière résultant du brasage des languettes d’extrémité l’une sur l’autre ne gêne pas l’insertion et la présence des composants électriques à l’intérieur du tube 20.
Les composants électriques disposés dans le volume V interne d’un tube 20 comportent notamment un élément résistif 6, constitué par exemple d’une céramique à coefficient de température positif (CTP), ainsi que deux électrodes 5 d’entrée et de sortie du courant qui sont agencées en contact avec l’élément résistif 6, de part et d’autre de celui-ci, et entre une paroi principale et cet élément résistif. Les composants électriques peuvent également comporter au moins un élément isolant électrique 8 disposé entre une paroi principale 4 du tube 20 et une électrode 5, chaque électrode 5 pouvant être alimentée à haute tension.
L’élément isolant électrique 8 est réalisé par exemple en matériau polyimide, de préférence en Kapton®.
Selon une caractéristique de l’invention, les différents composants électriques logés dans le tube 20, à savoir ici les éléments 6 résistifs, les électrodes 5 et les éléments 8 isolants électriques, sont insérés dans le volume V interne du tube 20 correspondant une fois qu’un ensemble d’un seul tenant est formé par brasage de l’empilement d’éléments chauffants et d’éléments radiants, c’est-à-dire après assemblage ou pré assemblage de chaque tube 20 avec les éléments radiants 3 adjacents puis brasage de l’ensemble.
Dès lors, l’opération de déformation des tubes, que celle-ci soit une opération de pressage, ou de sertissage, qui va être décrit ci-après et qui est nécessaire pour assurer le maintien des composants électriques dans le tube correspondant, est effectuée sur un tube recuit lors de l’opération de brasage préalable. Il en résulte une diminution de l’effet de relaxation élastique et donc une meilleure tenue des composants électriques à l’intérieur du tube.
Le processus de brasage d’un tel empilement d’éléments chauffants et radiants génère une force de compression selon la direction d’empilement, ici la direction verticale Y. Dans ce contexte, les tubes 20 et les éléments radiants 3 sont conçus pour pouvoir résister à la force de compression élevée exercée par les outillages de brasage et résister également aux forces induites par la dilatation thermique qui se produit à température de brasage élevée, supérieure à 500°C. L’épaisseur du tube 20 peut notamment être de l’ordre du millimètre, comprise par exemple entre 0,6mm et 1,8mm.
Tel que cela est visible sur la figure 2, les composants électriques sont enserrés à l’intérieur du tube entre une paroi principale 4 et la paroi principale opposée, selon une direction d’empilement des composants qui est parallèle à la direction d’empilement des éléments chauffants et radiants. Dans un contexte où réchauffement des éléments 6 résistifs a pour effet de provoquer, par conduction thermique, la montée en température des éléments radiants 3 brasés aux parois principales 4 du tube 20 et de chauffer le flux d’air traversant le dispositif de chauffage, il est en effet essentiel d’optimiser la transmission de la chaleur produite par les éléments 6 résistifs, et l’empilement serré des composants électriques entre eux et contre les parois principales est essentiel. Il est dès lors souhaité de rapprocher l’une de l’autre les parois principales 4 du tube 20, selon la direction d’empilement, ici la direction verticale Y.
Par ailleurs, les composants électriques, et notamment les éléments résistifs et les électrodes qui forment les éléments les plus rigides de ces composants électriques, sont disposés à distance des parois latérales 7 des tubes 20, un dégagement latéral 22 étant formé entre chaque paroi latérale 7 et l’ensemble formé par les électrodes et l’élément résistif. Tel qu’illustré, seul l’élément isolant électrique 8, présent sous la forme d’une feuille facilement déformable, est présent dans le dégagement latéral 22.
Selon l’invention, les composants électriques contenus dans le volume V interne du tube 20 brasé aux éléments radiants 3 sont rapprochés les uns des autres et enserrés entre les parois principales 4 par une déformation, par exemple un cintrage, des parois latérales 7 du tube 20.
La déformation des parois latérales 7 vers l’intérieur du volume V interne du tube 20 est obtenue par application d’une force F de compression sur les parois latérales 7 selon une direction longitudinale perpendiculaire aux parois latérales 7 et orientée vers l’intérieur du volume V interne du tube. Cette déformation des parois latérales 7 a pour effet de rapprocher verticalement les parois principales 4 l’une de l’autre et d’enserrer les éléments contenus dans le volume V interne du tube 20 cintré.
Tel qu’illustré sur la figure 2, la déformation, par exemple le cintrage, des parois latérales 7 du tube 20 est possible du fait du dégagement latérale 22. Seul l’élément isolant électrique 8 peut être déformé à la suite de la déformation des parois latérales. Toutefois, il convient de noter que l’élément isolant électrique 8 consiste ici en une feuille pliée sur elle-même avec une zone de recouvrement en regard d’une des parois latérales 7, et que la déformation de cette paroi latérale tend assurer le plaquage d’une extrémité sur l’autre de la feuille formant l’élément isolant électrique et donc d’assurer l’isolation électrique.
La déformation latérale des tubes pour obtenir une compression des composants électriques à l’intérieur des tubes selon une direction perpendiculaire à la direction de déformation et parallèle à la direction d’empilement des éléments chauffants et radiants présente plusieurs avantages. Il est d’une part possible de réaliser la déformation de plusieurs tubes simultanément, par un outillage approprié, alors qu’il serait nécessaire de faire la déformation tube par tube si celle-ci était faite directement dans la direction d’empilement des éléments chauffants et radiants. Il est d’autre part possible de réaliser cette déformation sur un ensemble brasé d’éléments chauffants et radiants, les tubes 20, réalisés en aluminium, étant après cette opération de brasage en état de recuit haute température, dit état O. Dans cet état, le matériau présente des caractéristiques de plus faible résistance mécanique qui sont favorables à une déformation par compression en réduisant l’effort nécessaire pour comprimer les tubes 20. De plus, cet état a pour effet de diminuer la relaxation élastique que le matériau pourrait avoir après compression et permet ainsi de garantir un contact très serré entre le tube 20 déformé et l’élément résistif 6. Enfin, en étant moins sensible aux variations de températures et de relaxation, le tube 20 brasé présente une meilleure durée de vie.
Dans le faisceau d’échange de chaleur, la résistance mécanique des tubes 20, qui peut être réduite par cet état de recuit, est compensée par leur liaison mécanique aux éléments radiants 3. En effet, les éléments radiants 3 renforcent la rigidité des parois principales 4 des tubes 20 et les aident à rester planes pendant le processus de compression et donc à se rapprocher l’une de l’autre en restant parallèles afin d’assurer une compression des composants électriques à l’intérieur du volume interne V du tube 20.
La figure 3 illustre une variante du premier mode de réalisation de l’invention qui diffère de ce qui précède notamment par la position de la jointure de superposition
10. Dans cette variante d’agencement, la jointure de superposition 10 des deux languettes 11 d’extrémité forme une paroi latérale 7 du tube 20. Une telle jointure s’étend ainsi à distance de l’élément résistif et il est dès lors plus facile de s’assurer que le possible renflement dû à la superposition des deux languettes ne vienne pas gêner l’insertion des composants électriques dans le tube une fois celui-ci plié et brasé. Il est par ailleurs notable que, conformément à ce qui a été décrit précédemment, la paroi latérale formée par cette jointure est destinée à être déformée, ou cintrée, sous l’effet d’une force F de compression longitudinale sensiblement inverse à celle exercée sur l’autre paroi latérale 7 du tube 20 et orientée vers l’intérieur du volume V interne du tube 20, mais l’épaisseur du tube formée par la superposition des deux languettes permet de tenir ces efforts de déformation de la paroi latérale.
Les figures 2 et 3 illustrent également des dégagements 12 de matière internes agencés dans chaque coin du tube 20, c’est-à-dire à chaque intersection d’une paroi principale 4 et d’une paroi latérale 7 adjacentes. Les dégagements 12 de matière ont pour but de réduire l’effort de compression nécessaire à la déformation par cintrage des parois latérales 7 vers l’intérieur du volume V interne du tube 20.
Les dégagements 12 de matière peuvent présenter une forme sensiblement circulaire (visible sur la figure 3) mais toute autre forme favorable au pliage des parois latérales 7 peut être mise en œuvre. A titre d’exemple, un dégagement 12 de matière interne en forme de rainurage ou de marquage longiligne oblique (visible sur la figure 2) peut être réalisé pour faciliter la déformation des parois latérales 7 sous l’effet d’une force F de compression latérale.
La figure 4 illustre un second mode de réalisation du dispositif de chauffage électrique de l’invention, qui comporte là encore un tube 20 formé par pliage d’une plaque métallique et par recouvrement des deux languettes 11’ d’extrémité en une jointure de superposition 10.
Dans ce second mode de réalisation, l’épaisseur de la plaque métallique formant le tube une fois pliée sur elle-même est sensiblement constante, les languettes d’extrémité 11’ ne présentant pas de décrochement comme précédemment évoqué. En d’autres termes, l’épaisseur de la plaque métallique au niveau de chaque languette 11’ d’extrémité est sensiblement égale à l’épaisseur moyenne de la plaque métallique destinée à former le tube 20 par pliage. Dans cette configuration, la jointure de superposition 10 des deux languettes 11 d’extrémité présentent une épaisseur double par rapport au reste du tube 20.
La jointure 10 est dans ce contexte réalisée de manière à former une paroi latérale 7 du tube 20, de sorte que les parois latérales 7 présentent des épaisseurs différentes.
La paroi latérale 7 formée par la jointure de superposition 10 est apte à être cintrée sous l’effet d’une force L de compression au moins égale à celle exercée sur l’autre paroi latérale 7 du tube 20 selon une direction latérale orthogonale orientée vers l’intérieur du volume V interne du tube 20 de manière à rapprocher verticalement, l’une vers l’autre, les parois principales 4 du tube, tel que cela a pu être précisé précédemment.
La paroi latérale 7 ainsi formée par recouvrement des deux languettes 11’ d’extrémité peut être conformée de manière à présenter au moins un dégagement 12 de matière interne similaire aux autres dégagements 12 de matière du tube 20 agencés à chaque intersection d’une paroi principale 4 et d’une paroi latérale 7 consécutives.
Avantageusement, une des deux languettes 11’ d’extrémité, de préférence celle agencée vers l’intérieur du volume V interne du tube 20, présente une longueur suffisante pour pouvoir effectuer un bord de renvoi 24 en direction d’une portion d’une paroi principale 4 consécutive à l’autre languette 11’ d’extrémité, ici orientée à l’extérieur du volume V interne du tube 20.
Dans cette configuration, le bord de renvoi 24 de la languette 11’ d’extrémité intérieure peut comporter un dégagement 12 de matière interne similaire aux autres dégagements 12 de matières du tube 20.
On va maintenant décrire plus en détails un procédé de fabrication d’un faisceau 1 d’échangeur de chaleur tel que précédemment décrit.
Le procédé de fabrication est ici particulier en ce qu’il implique une unique opération de brasage au cours de laquelle les tubes pliés 20 et les éléments radiants 3 sont rendus indissociables. Préalablement à cette étape de brasage, il convient de prévoir une étape de pliage d’une plaque métallique pour former un tube 20 avec notamment la fermeture de ce tube 20 par recouvrement de deux languettes 11, 11’ d’extrémités, en formant ainsi une jointure de superposition 10.
L’étape de brasage est réalisée après empilement des éléments radiants et chauffants, l’épaisseur des tubes permettant d’éviter un affaissement de chaque tube dans l’empilement alors qu’ils sont encore uniquement formés par pliage d’une feuille métallique.
Cette étape de brasage permet simultanément de rendre indissociables les éléments radiants 3 et les parois principales 4 de chaque tube 20 pour former un faisceau 1 d’échangeur de chaleur apte à équiper un dispositif de chauffage électrique, et de former le tube en solidarisant les deux extrémités de la plaque métallique dans la jonction de superposition, aussi bien au niveau de la face interne que de la face externe de ce tube. Une fois cet ensemble brasé, le procédé de fabrication comporte une étape d’insertion des composants électriques dans chacun des tubes, et notamment l’insertion d’au moins un élément résistif 6, d’électrodes 5 et d’éléments 8 isolants. La distance entre les parois principales de chaque tube 20 est à cet instant suffisante pour pouvoir insérer chacun des composants dans le volume V interne du tube 20.
Le procédé comporte enfin une étape de déformation, par exemple par cintrage, du tube 20 pour figer la position des composants dans le tube, cette déformation visant à rapprocher l’une de l’autre les parois principales. Cette étape de déformation consiste ici en une compression des parois latérales 7 vers l’intérieur du volume V interne du tube 20 par l’intermédiaire d’un outil approprié. Avantageusement, un outil de cintrage est configuré pour pouvoir agir simultanément sur l’ensemble des parois latérales 7 des tube 20 présents dans l’empilement brasé.
En outre, le procédé de fabrication du dispositif de chauffage électrique peut comprendre une étape de formation d’au moins un dégagement 12 de matière interne agencé, dans un coin du tube 20, à l’intersection d’une paroi principale 4 et d’une paroi latérale 7 consécutives, de manière à réduire l’effort de compression nécessaire à la déformation des parois latérales 7.
Une telle étape de formation d’un dégagement 12 est mise en œuvre avant pliage de la plaque métallique pour former le tube 20 correspondant, et le pliage est effectué de manière à ce que les rainures correspondent avec les coins du tube 20 une fois plié.
La description qui précède explique clairement comment l’invention permet d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixée et notamment de proposer un dispositif de chauffage électrique de véhicule automobile comprenant au moins un faisceau d’échange de chaleur constitué d’un empilement de tubes pliés et d’éléments radiants brasés ensemble, dans le but d’améliorer la performance thermique du dispositif de chauffage en augmentant la conduction thermique du faisceau d’échangeur de chaleur, d’augmenter la durée de vie du faisceau en améliorant les caractéristiques mécaniques et de simplifier l’assemblage et la fabrication du dispositif de chauffage électrique.
L’invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement donnés dans ce document à titre d’exemples non limitatifs, et s’étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. Ainsi, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, dès lors que, conformément à l’invention, le dispositif de chauffage électrique comporte au moins un ensemble brasé de tubes pliés et d’éléments radiants, les parois latérales du tube étant aptes à être cintrées vers l’intérieur du volume interne du tube.

Claims

REVENDICATIONS l. Dispositif de chauffage électrique d’un véhicule automobile comprenant un faisceau (1) d’échange de chaleur constitué d’une pluralité d’éléments chauffants (2) en contact avec des éléments radiants (3), chaque élément chauffant (2) comportant, dans un volume (V) interne délimité par un tube (20) comportant deux parois principales (4) et deux parois latérales (7), au moins un élément résistif (6), caractérisé en ce que chaque tube (20) est formé d’une plaque métallique pliée, l’ensemble des tubes (20) et des éléments radiants (3) étant brasé.
2. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois latérales (7) d’un tube (20) sont déformées vers l’intérieur du volume (V) interne du tube (20).
3. Dispositif de chauffage selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque métallique formant un tube (20) par pliage comporte deux languettes (11, 11’) d’extrémité destinées à former, par recouvrement lorsque la plaque métallique est pliée, une jointure de superposition (10).
4. Dispositif de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’épaisseur de chaque languette (11) d’extrémité d’un tube (20) est inférieure à l’épaisseur moyenne de la plaque métallique formant le tube (20) par pliage.
5. Dispositif de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’épaisseur du tube (20) au niveau de de la jointure de superposition (7) formée par la superposition des deux languettes (11) d’extrémité est égale à l’épaisseur moyenne des parois du tube (20).
6. Dispositif de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’épaisseur de chaque languette (11’) d’extrémité est égale à l’épaisseur moyenne de la plaque métallisée formant le tube (20) par pliage.
7. Dispositif de chauffage selon l’une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la jointure de superposition (10) formée par la superposition des deux languettes (11, 11’) d’extrémité forme une desdites parois latérales (7) du tube (20).
8. Dispositif de chauffage selon l’une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la jointure (10) de superposition (10) formée par la superposition des deux languettes (11) d’extrémité forme une portion d’une des parois principales (4) du tube (20), ladite portion étant éloignée d’une zone centrale définie par l’emplacement de l’au moins un élément résistif (6) dans le volume (V) interne du tube (2).
9. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube (20) comporte au moins un dégagement (12) de matière interne agencé à l’intersection d’une paroi principale (4) et d’une paroi latérale (7) consécutives.
10. Procédé de fabrication d’un dispositif de chauffage électrique d’un véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications précédentes, au cours duquel on réalise successivement au moins : une étape de pliage d’une plaque métallique pour former un tube (20) dont le volume (V) interne est délimité par deux parois principales (4) et deux parois latérales (7) ; une étape de brasage des parois principales (4) de chaque tube (20) à des éléments radiants pour former un faisceau (1) d’échangeur de chaleur ; une étape d’insertion d’au moins un élément résistif (6) dans le volume (V) interne du tube ; une étape de déformation des parois latérales (7) vers l’intérieur du volume (V) interne du tube (20) sous l’effet d’une force (F) de compression exercée par un outil sur les parois latérales (7) du tube (20) de manière à rapprocher l’une de l’autre les parois principales (4) du tube (20).
PCT/FR2020/052311 2019-12-13 2020-12-07 Dispositif de chauffage électrique haute tension de véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel dispositif WO2021116581A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR1914377 2019-12-13
FR1914377A FR3104881B1 (fr) 2019-12-13 2019-12-13 Dispositif de chauffage électrique haute tension de véhicule automobile et procédé de fabrication d’un tel dispositif

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021116581A1 true WO2021116581A1 (fr) 2021-06-17

Family

ID=69700171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2020/052311 WO2021116581A1 (fr) 2019-12-13 2020-12-07 Dispositif de chauffage électrique haute tension de véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel dispositif

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3104881B1 (fr)
WO (1) WO2021116581A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4333558A1 (fr) * 2022-08-31 2024-03-06 MAHLE International GmbH Chauffage ptc et procédé

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1545157A2 (fr) * 2003-12-20 2005-06-22 Eichenauer Heizelemente GmbH & Co.KG Tube et procédé pour haubanner des éléments fonctionnels dans un tel tube
FR3073037A1 (fr) * 2017-10-30 2019-05-03 Valeo Systemes Thermiques Plaque d'isolant electrique a relief d'emboitage pour module de chauffage de dispositif de chauffage pour vehicule automobile
FR3073035A1 (fr) * 2017-10-30 2019-05-03 Valeo Systemes Thermiques Tube pour dispositif de chauffage pour vehicule automobile dont une paroi laterale forme un relief

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1545157A2 (fr) * 2003-12-20 2005-06-22 Eichenauer Heizelemente GmbH & Co.KG Tube et procédé pour haubanner des éléments fonctionnels dans un tel tube
FR3073037A1 (fr) * 2017-10-30 2019-05-03 Valeo Systemes Thermiques Plaque d'isolant electrique a relief d'emboitage pour module de chauffage de dispositif de chauffage pour vehicule automobile
FR3073035A1 (fr) * 2017-10-30 2019-05-03 Valeo Systemes Thermiques Tube pour dispositif de chauffage pour vehicule automobile dont une paroi laterale forme un relief

Also Published As

Publication number Publication date
FR3104881B1 (fr) 2021-11-05
FR3104881A1 (fr) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3583825B1 (fr) Interface de connexion électrique d'un dispositif de chauffage électrique pour véhicule automobile
WO2013053807A1 (fr) Module de chauffe isolé pour dispositif de chauffage additionnel
WO2021116581A1 (fr) Dispositif de chauffage électrique haute tension de véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel dispositif
FR2826829A1 (fr) Echangeur de chaleur a barreaux chauffants contenant des elements resistifs
EP3619479B1 (fr) Module chauffant pour appareil de chauffage électrique
EP2909542B1 (fr) Dissipateur thermique, module chauffant associé et procédé d'assemblage correspondant
EP3055900A1 (fr) Dispositif de contrôle thermique pour module de batterie de véhicule automobile, à coût maîtrisé, et procédé de fabrication
WO2012084584A1 (fr) Procédé de brasage pour échangeur thermique, tube et échangeur thermique correspondants
WO2019086801A1 (fr) Tube pour dispositif de chauffage pour vehicule automobile dont une paroi laterale forme un relief
EP3278393A1 (fr) Module de batterie, notamment pour véhicule automobile, et échangeur thermique pour module de batterie correspondant
FR2901869A1 (fr) Echangeur de chaleur, en particulier pour un systeme de chauffage ou de climatisation d'un vehicule automobile
WO2021009432A1 (fr) Connecteur électrique métallique pour bande conductrice électrique souple et ensemble bande conductrice connecteur associé
FR3054403B1 (fr) Vitrage avec element electriquement conducteur et sa connexion electrique
WO2003002920A1 (fr) Echangeur de chaleur, notamment pour dispositif de climatisation de vehicule automobile
WO2023209154A1 (fr) Élément chauffant d'un corps de chauffe pour radiateur électrique centre dans un tube
FR3073038A1 (fr) Tube pour dispositif de chauffage pour vehicule automobile a relief en saillie vers l'interieur
FR3081542A1 (fr) Dispositif de chauffage pour vehicule automobile
EP3814692B1 (fr) Bloc de chauffage electrique
FR3081280A1 (fr) Module de chauffage pour dispositif de chauffage pour vehicule automobile
WO2019086802A1 (fr) Plaque d'isolant electrique a reliefs de reception d'une electrode et de corps de chauffe pour module de chauffage de dispositif de chauffage pour vehicule automobile
FR3135183A1 (fr) Corps de chauffe pour radiateur électrique
WO2024083624A2 (fr) Dispositif de régulation thermique pour refroidissement d'un organe de stockage d'énergie
FR3073036A1 (fr) Tube pour dispositif de chauffage pour vehicule automobile a relief sur une paroi laterale
FR3075338A1 (fr) Dispositif de regulation thermique a plaques pour module de batteries
FR3083301A1 (fr) Bloc de chauffage assemble par brasage

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20842264

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20842264

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1