EP3728960A1 - Dispositif de chauffage électrique avec moyens de mise à la masse - Google Patents

Dispositif de chauffage électrique avec moyens de mise à la masse

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EP3728960A1
EP3728960A1 EP18833463.5A EP18833463A EP3728960A1 EP 3728960 A1 EP3728960 A1 EP 3728960A1 EP 18833463 A EP18833463 A EP 18833463A EP 3728960 A1 EP3728960 A1 EP 3728960A1
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EP
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plate
heating
heating device
heating body
metal
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Application number
EP18833463.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Yann COUAPEL
Erwan Gogmos
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
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    • 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 invention relates to a heating device for an air conditioning unit, comprising means for earthing.
  • the invention also relates to an air conditioning unit comprising such a heating device. It will find its applications, especially in the field of motor vehicles.
  • Electric heating devices are known to be integrated in vehicle air conditioning units. These are either additional radiators, combined with heating radiators covered by a heat transfer fluid, in vehicles with a combustion engine or main radiators, in electric or hybrid vehicles.
  • Such heating devices comprise a heating body accommodating heating units provided with heating elements supplied with electric current by electrodes. For reasons of electrical safety, it may be necessary to insulate the heating elements and their feed electrodes from the outside.
  • the heating units comprise tubes within which the heating elements and their electrode are located, the inner surface of the tube being provided with an electrically insulating layer to isolate the heating elements and their electrode.
  • These heating devices comprise a distribution unit capable of controlling the current flowing in the heating units, in particular via an electronic card.
  • the mass is the conductive part of electrical equipment likely to be touched by a person, who is not normally energized but can become so in the event of insulation fault of the active parts of this equipment.
  • the present invention aims to overcome the various disadvantages mentioned above, by a heating device allowing a grounding of its metal elements by means of a simple and easy construction within the heating body and the distribution unit, and where there is no risk of interference.
  • a heating device for an air conditioning box comprising, in a conventional manner, a heating body supplied with current to heat a flow of air passing through said heating body, the heating element comprising heating elements traveled. by said current and being located in electrically insulated tubes of the heating elements, said heating elements being controlled via a distribution unit, the heating device comprising means for grounding a plurality of metal elements distributed in the heating body and the distribution unit.
  • This device is characterized principally in that the said grounding means consist of a single grounding circuit traversing the heating body and the distribution unit and formed by putting said metal elements in series by contact. direct between said metal elements.
  • the main idea of this invention is to provide a single ground circuit formed by a chain of metal elements to be grounded.
  • the metal elements are directly connected in pairs, so as to ensure electrical continuity.
  • Each metal element forms a link in the electrical chain. There is no longer any specific wiring to be done when mounting the heater, which saves considerable time.
  • the ground circuit is thus simplified, especially since it requires fewer components, and those remaining are shorter and simpler than usual.
  • the heating device comprises a metal heat dissipation plate through which the grounding circuit passes.
  • the heating device comprises an electrical connection element between the heating body and said plate.
  • the tubes are electrically connected to each other via heat sinks which are electrically conductive, the ground circuit passing successively by these tubes and heatsinks.
  • the said electrical connection element is disposed between the plate and a tube belonging to the heating body.
  • said electrical connection element is disposed between the plate and a heat sink belonging to the heating body.
  • the electrical connection element is arranged between the plate and a metal cheek belonging to the heating body and in contact with at least one heat sink:
  • the metal cheek may consist of an inter-dissipator plate, located between two adjacent dissipators, or may consist in a plate located between a dissipator and a lateral side of the frame delimiting the heating body.
  • said electrical connection element is arranged between the plate and any other conductive element of the heating body.
  • the said electrical connection element is disposed between the plate and any other conductive element electrically connected to the heating body.
  • the said electrical connection element consists of a flexible blade clip adapted to ensure electrical continuity between said plate and the heating body.
  • the clip comprises a first section adapted to hook on a flange of the plate, and a second section with the flexible blade resting on the heater.
  • - Said plate consists of a perforated plate, the first section of the clip having a free end on which is formed a shoulder which is inserted into a perforation of the plate, providing an elastic interlocking of the clip in the plate.
  • the second section has a V shape with a branch connected to the first section and a free branch corresponding to said flexible blade capable of deforming by reducing the angle of the V to exert a constant pressure against the heating body.
  • said electrical connection element consists of a metal pin passing through an orifice provided for this purpose in said plate, said pin being able to ensure electrical continuity between said plate and the heating body.
  • said electrical connection element consists of a metal part fixed on the one hand to the heating body by welding or by any other technique ensuring electrical continuity between the heating element and the metal part, and on the other hand to said plate by resilient interlocking in a groove provided for this purpose in the plate.
  • the dispensing unit comprises an electronic control board on which are attached heat-generating components, said plate being in contact with these components: these include transistors.
  • the heat sinks of the fin type, extend from the tubes and touch each other between two adjacent tubes: the grounding circuit passes through these heat sinks.
  • said plate is connected, via a metal connecting bar passing through the distribution unit, to a grounding stud arranged at the input of the distribution unit.
  • said connecting bar is overmolded in the housing, and forms an insert: this overmolding makes it possible to make part of the grounding circuit invisible, and to protect this part from the other components arranged in the housing; distribution unit. Indeed, overmolding prevents any contact of this circuit part with the other components.
  • the overmolding also makes it possible to avoid any risk of detachment of the bar because of the vibrations of the on-board heating device.
  • the bar forms an insert in the housing, which makes it possible to stiffen the protective housing. In this way, it is possible to combine both a grounding function with a protection box stiffening function, by means of a single bar. This pooling of functions also makes it possible to contribute to the compactness of the distribution unit.
  • connecting bar is made of an electrically conductive material, metal type aluminum, steel, brass.
  • said protective case is made of an electrically insulating material, of the plastic type.
  • said bar comprises:
  • the bar extends orthogonally to the plate.
  • the bar extends over substantially the entire length of the electronic card and remote from the electronic card: this avoids contact with the components attached to the electronic card.
  • the invention also relates to an air conditioning unit comprising a heating device as described above.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heating device according to the invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of FIG. 1 showing more particularly the dispensing unit according to the invention
  • FIG. 3 shows in perspective an electrical connection element between a tube of the heating body and the plate of the distribution unit
  • FIG. 4 is an enlarged view of the electrical connection element according to FIG.
  • FIG. 5 shows in perspective a ground bar connected to the plate.
  • the invention relates to an electric heater 1.
  • a heating device 1 said high voltage, that is to say intended to be supplied by a direct current (DC) or AC (AC) having a voltage greater than 60 V, especially between 60 and 1000 V, more particularly between 180 and 600 V, and / or for releasing a heating power on the air or an electric power consumption greater than 2 kW, in particular between 2 kW and 10 kW.
  • DC direct current
  • AC AC
  • Said heating device 1 comprises a heating body 2 supplied with electric power to heat a flow of air passing through said heating body 2.
  • Said heating body 2 here has a substantially parallelepipedal configuration, extending on the surface. It is intended to be positioned transversely to the flow of air to be heated. More specifically, said airflow is intended to be oriented perpendicularly to said heating body 2, that is to say perpendicularly to the plane of FIG. 1.
  • the heating body 2 comprises heating elements (not shown) traversed by said stream.
  • the heating elements are, for example, PTC resistors (for positive temperature coefficient).
  • the heating elements are located inside metal tubes 4. To avoid any electrical contact between the heating elements and the tubes 4, a layer of electrically insulating and thermally conductive material coats the inner surface of the tubes 4.
  • Each set tube 4 / heating elements form what is called a heating unit.
  • each heating unit is supplied with current independently of the others and can therefore be traversed by a different current, including its intensity, the current flowing through the other heating units.
  • the value of the current in play here is in particular the value of the average current or the effective current.
  • the heating body 2 may comprise heat sinks 13, for example fins, in thermal contact relation with the tubes 4.
  • the heat sinks 13 are positioned, in particular, between said tubes 4. For the sake of clarity, only certain heat sinks 13 extending end tubes 4 have been shown, so as not to overload Figure 1.
  • Said heating body 2 comprises a frame 5, in particular made of plastic material, accommodating said heating units and serving to hold said tubes 4.
  • the heating device 1 further comprises a distribution unit 3 able to control the current flowing in said heating body 2.
  • Said distribution unit 3 is advantageously configured to control the current supplying the heating body 2, in particular the different heating units, for example by means of controlled switches, making it possible respectively to control a current flow in each of the heating units. heated.
  • These are, in particular, transistors 12, for example of the Mosfet or IGBT type, operating in particular by width modulation pulse. These transistors 12 are particularly visible in FIG. 5, and are mounted on an electronic card 1 1 T-shaped, thus having a central axis of symmetry.
  • Said distribution unit 3 comprises a housing 8, visible in FIGS. 1, 2, 6 and 7, which completely covers said electronic card 1 1, and which comprises a connecting face 83, used for mounting and / or mechanical fixing of the
  • This housing 8 is preferably designed in a plastic material, having electrically insulating properties, and obtained by molding.
  • a heat dissipation plate 6 is provided in the heating device 1.
  • This plate 6 consists of a perforated plate, positioned in a plane parallel to the plane of the heating body 2, and located in front of the tubes 4 so that the flow of air passing through the heater body 2 also passes through this perforated plate 6.
  • this plate 6 helps to heat the air flow.
  • the plate 6 consists mainly of a body 63 perforated which extend tabs (hidden by the transistors 12 in Figure 5) adapted to come into contact with the transistors 12 so as to draw the calories emanating from the transistors 12.
  • the plate 6 heats up, via the transistors 12, and is then cooled via the air flow.
  • this grounding circuit consists of a succession of metal elements positioned in series and in direct contact two by two, and thus forming the circuit.
  • the tubes 4 as well as the dissipators 13 and the intermediate bars 14 are metallic.
  • the heatsinks 13 are all connected to a tube 4 by direct contact, and the heatsinks 13 of two adjacent tubes 4 meet and are in direct contact too, or meet at the level of an intermediate bar 14. Consequently, the entire row of tubes 4, dissipators 13, and intermediate bars 14 are in electrical contact with each other, and the grounding circuit passes through the entire tubes 4, heatsinks 13, and intermediate bars 14 of the heater body 2.
  • an electrical connection element 7 is arranged between an end tube 4 and the perforated plate 6, as illustrated in particular in FIGS. 5. This electrical connection element 7 ensures electrical continuity between the row of tubes 4 and the perforated plate 6.
  • the electrical connection element 7 consists of a clip 7 formed by:
  • a second V-shaped section 72 of which a branch 75 is connected to the first section 71, and whose free branch 74 consists of a flexible blade 74 bearing against the outer wall of the tube 4.
  • the angle of the V is dimensioned so that the flexible blade
  • the first section 71 and the second section 72 of the clip 7 comprise a branch
  • the free end of the first section 71 is provided with a shoulder 73 directed towards the inside of the staple 7, and dimensioned so as to be able to penetrate inside a perforation 61 of the perforated plate 6 so as to ensure an elastic engagement of the staple 7 in the plate 6.
  • clip 7 Any other form of clip 7 may be considered.
  • the invention is not limited to this precise form of staple 7.
  • an electrical connection element in the form of a pin fixed to the plate 6 and to the tube 4 via orifices, or else a connecting element consisting of a part clipped into a groove formed in the plate 6.
  • the connecting element can take any possible shape, as long as it connects the plate 6 to the tube 4 by providing a electrical continuity.
  • This electrical connection element is made of a metallic material.
  • the grounding circuit passes through this electrical connection element and then through the perforated plate 6.
  • the grounding circuit then continues through a metal bar 9, for example made of aluminum, steel or brass, passing over the entire electronic card 1 1 along its axis of symmetry, as is particularly visible in Figure 5.
  • This bar 9 extends orthogonally perforated plate 6.
  • the bar 9 comprises: A first end 91 fixed to the perforated plate 6
  • the first end 91 consists of a paw perpendicular to the central portion 94. It is fixed by welding for example to a central tab 64 extending from the body 63 perforated plate 6. It can be fixed by any other means to ensure electrical continuity between the perforated plate 6 and the bar 9.
  • the second end 92 has an orifice in which is bolted the stud 10 of grounding.
  • the bar 9 has a shoulder 93 located just upstream of the second end 92.
  • the grounding circuit thus ends at the pad 10.
  • this pad 10 will be connected to the vehicle body, which is the reference grounding.
  • the grounding circuit can also take the opposite path, that is to say passing through the pad, the bar, the plate, the staple, then the row of tubes / fins / intermediate bars.
  • this bar 9 is overmolded in the protective housing 8, as shown in FIG. Such overmoulding also makes it possible to position the bar 9 at a distance from the electronic card 1 1 in order to avoid any contact with the components of the card 1 1.
  • the central portion 94 and the second end 92 of the bar 9 are entirely embedded in the material of the protective housing 8.
  • the first end 91 in turn is flush with the housing 8.
  • the bar 9 thus consists of an insert, serving in particular to stiffen the housing 8.
  • the bar 9 has a consolidation function of the housing 8.
  • the stud 10 protrudes from the housing 8 of protection, in order to be accessible for its connection with the ground. In this way, there is no particular wiring to be performed within the heating device 1 to achieve the grounding of the metal elements. All the metal elements of the heating device 1 come into contact with each other, in series, so as to form a single ground circuit passing through the heating device 1.
  • the invention also relates to an air conditioning unit comprising a heating device 1 as described above.
  • Said air conditioning unit comprises a circulation body of the air flow inside which said heating device 1 is located.

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Abstract

Dispositif de chauffage (1) pour boîtier de climatisation, ledit dispositif de chauffage (1) comprenant un corps de chauffe (2) alimenté en courant pour chauffer un flux d'air traversant ledit corps de chauffe (2), le corps de chauffe (2) comprenant des éléments de chauffe parcourus par ledit courant et étant situés dans des tubes (4) isolés électriquement des éléments de chauffe, lesdits éléments de chauffe étant contrôlés via une unité de distribution (3), le dispositif de chauffage (1) comprenant des moyens de mise à la masse de plusieurs éléments métalliques répartis dans le corps de chauffe (2) et l'unité de distribution (3). Ce dispositif de chauffage (1) se caractérise en ce que lesdits moyens de mise à la masse consistent en un unique circuit de mise à la masse parcourant le corps de chauffe (2) et l'unité de distribution (3) et formé par la mise en série desdits éléments métalliques par contact direct entre lesdits éléments métalliques.

Description

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE AVEC MOYENS DE MISE A LA MASSE
Domaine de l’invention
L’invention concerne un dispositif de chauffage pour boîtier de climatisation, comprenant des moyens de mise à la masse. L’invention concerne également un boîtier de climatisation comprenant un tel dispositif de chauffage. Elle trouvera ses applications, notamment, dans le domaine des véhicules automobiles.
Etat de la technique
Il est connu des dispositifs de chauffage électrique destinés à être intégrés dans des boîtiers de climatisation de véhicule. Il s’agit soit de radiateurs additionnels, combinés avec des radiateurs de chauffage parcourus par un fluide caloporteur, dans les véhicules à moteur thermique, soit de radiateurs principaux, dans les véhicules électriques ou hybrides.
De tels dispositifs de chauffage comprennent un corps de chauffe accueillant des unités de chauffe munis d’éléments chauffants alimentés en courant électrique par des électrodes. Pour des raisons de sécurité électrique, il peut être nécessaire d’isoler les éléments chauffants et leurs électrodes d’alimentation de l’extérieur. Pour cela les unités de chauffe comprennent des tubes à l’intérieur desquels les éléments chauffant et leur électrode sont situés, la surface intérieure du tube étant dotée d’une couche isolante électriquement afin d’isoler les éléments chauffant et leur électrode.
Ces dispositifs de chauffage comprennent une unité de distribution capable de commander le courant circulant dans les unités de chauffe via notamment une carte électronique.
Plusieurs éléments appartenant aussi bien au corps de chauffe qu’à l’unité de distribution doivent nécessairement être mis à la masse par mesure de sécurité.
Pour rappel, la masse est la partie conductrice d'un matériel électrique susceptible d'être touchée par une personne, qui n'est pas normalement sous tension mais peut le devenir en cas de défaut d'isolement des parties actives de ce matériel.
Ainsi, toutes les carcasses métalliques du dispositif de chauffage doivent être reliées à la masse par sécurité. Dans les véhicules automobiles à carrosserie métallique, la carrosserie est utilisée comme masse électrique. Il est d’usage de relier chaque élément métallique du dispositif de chauffage vers un plot lui-même relié à la masse, c’est-à-dire la carrosserie dans l’exemple de l’automobile. Il s’agit notamment des éléments métalliques susceptibles d’être en contact avec du courant fort en cas de fuite de courant.
Cela implique une démultiplication des liaisons, correspondant souvent à des câbles de masse, entre chaque élément métallique et le plot. Ces liaisons vers le plot sont parfois difficiles à intégrer, vu le peu de place disponible à l’intérieur du dispositif de chauffage. Et il existe un risque d’interférence entre ces liaisons et d’autres présentes au sein du dispositif de chauffage.
Résumé de l’invention
La présente invention a pour objectif de pallier les différents inconvénients énoncés ci-dessus, par un dispositif de chauffage permettant une mise à la masse de ses éléments métalliques au moyen d’une construction simple et aisée au sein du corps de chauffe et de l’unité de distribution, et où il n’existe pas de risque d’interférence.
Ce but est atteint grâce à un dispositif de chauffage pour boîtier de climatisation comportant, de façon classique, un corps de chauffe alimenté en courant pour chauffer un flux d’air traversant ledit corps de chauffe, le corps de chauffe comprenant des éléments de chauffe parcourus par ledit courant et étant situés dans des tubes isolés électriquement des éléments de chauffe, lesdits éléments de chauffe étant contrôlés via une unité de distribution, le dispositif de chauffage comprenant des moyens de mise à la masse de plusieurs éléments métalliques répartis dans le corps de chauffe et l’unité de distribution.
Ce dispositif se caractérise à titre principal en ce que lesdits moyens de mise à la masse consistent en un unique circuit de mise à la masse parcourant le corps de chauffe et l’unité de distribution et formé par la mise en série desdits éléments métalliques par contact direct entre lesdits éléments métalliques.
L’idée principale de cette invention consiste à prévoir un unique circuit de mise à la masse, formé par une chaîne d’éléments métalliques à mettre à la masse. Dans cette chaîne, les éléments métalliques se touchent directement deux à deux, de manière à assurer la continuité électrique. Il existe ainsi un parcours d’éléments métalliques en série au sein du dispositif de chauffage, formant le circuit de mise à la masse. Chaque élément métallique forme un maillon de la chaîne électrique. Il n’existe plus aucun câblage spécifique à réaliser lors du montage du dispositif de chauffage, ce qui permet un gain de temps considérable.
Le circuit de mise à la masse est ainsi simplifié, d’autant plus qu’il nécessite moins de composants, et ceux restants sont plus courts et plus simples que d’ordinaire.
Selon les différents modes de réalisation de l’invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément :
- le dispositif de chauffage comporte une plaque métallique de dissipation de chaleur, par laquelle passe le circuit de mise à la masse.
- le dispositif de chauffage comporte un élément de liaison électrique entre le corps de chauffe et ladite plaque.
- les tubes sont reliés électriquement les uns aux autres via des dissipateurs thermiques qui sont conducteurs électriquement, le circuit de mise à la masse passant successivement par ces tubes et ces dissipateurs.
- ledit élément de liaison électrique est disposé entre la plaque et un tube appartenant au corps de chauffe.
- ledit élément de liaison électrique est disposé entre la plaque et un dissipateur thermique appartenant au corps de chauffe.
- ledit élément de liaison électrique est disposé entre la plaque et une joue métallique appartenant au corps de chauffe et en contact avec au moins un dissipateur thermique : la joue métallique peut consister en une plaque inter dissipateur, localisée entre deux dissipateurs adjacents, ou peut consister en une plaque localisée entre un dissipateur et un côté latéral du cadre délimitant le corps de chauffe.
- ledit élément de liaison électrique est disposé entre la plaque et tout autre élément conducteur du corps de chauffe.
- ledit élément de liaison électrique est disposé entre la plaque et tout autre élément conducteur relié électriquement au corps de chauffe. - ledit élément de liaison électrique consiste en une agrafe à lame flexible apte à assurer une continuité électrique entre ladite plaque et le corps de chauffe.
- l’agrafe comporte un premier tronçon apte à s’accrocher sur un rebord de la plaque, et un second tronçon avec la lame flexible en appui sur le corps de chauffe.
- ladite plaque consiste en une plaque perforée, le premier tronçon de l’agrafe comportant une extrémité libre sur laquelle est pratiqué un épaulement venant s’insérer dans une perforation de la plaque, assurant un emboîtement élastique de l’agrafe dans la plaque. le second tronçon présente une forme en V avec une branche reliée au premier tronçon et une branche libre correspondant à ladite lame flexible apte à se déformer en réduisant l’angle du V afin d’exercer une pression constante contre le corps de chauffe.
- ledit élément de liaison électrique consiste en une goupille métallique traversant un orifice prévu à cet effet dans ladite plaque, ladite goupille étant apte à assurer une continuité électrique entre ladite plaque et le corps de chauffe.
- ledit élément de liaison électrique consiste en une pièce métallique fixée, d’une part au corps de chauffe par soudage ou par toute autre technique assurant une continuité électrique entre le corps de chauffe et la pièce métallique, et d’autre part à ladite plaque par emboîtement élastique dans une rainure prévue à cet effet dans la plaque.
- l’unité de distribution comporte une carte électronique de commande sur laquelle sont fixés des composants dégageant de la chaleur, ladite plaque étant en contact avec ces composants : il s’agit notamment de transistors.
- les dissipateurs thermiques, du type ailettes, s’étendent des tubes et se touchent entre deux tubes adjacents : le circuit de mise à la masse passe par ces dissipateurs thermiques. - ladite plaque est reliée, via une barre métallique de raccordement traversant l’unité de distribution, à un plot de mise à la masse disposé en entrée de l’unité de distribution.
- ladite barre de raccordement est surmoulée dans le boîtier, et forme un insert : ce surmoulage permet de rendre invisible une partie du circuit de mise à la masse, et de protéger cette partie-là vis-à-vis des autres composants disposés dans l’unité de distribution. En effet, le surmoulage empêche tout contact de cette partie de circuit avec les autres composants. Le surmoulage permet aussi d’éviter tout risque de détachement de la barre à cause des vibrations du dispositif de chauffage embarqué. De façon avantageuse, la barre forme un insert dans le boîtier, ce qui permet de rigidifier le boîtier de protection. De cette manière, il est possible de conjuguer à la fois une fonction de mise à la masse avec une fonction de rigidification du boîtier protection, au moyen d’une unique barre. Cette mutualisation des fonctions permet de plus de contribuer à la compacité de l’unité de distribution.
- ladite barre de raccordement est conçue dans un matériau conducteur électriquement, métallique du type aluminium, acier, laiton.
- ledit boîtier de protection est conçu dans un matériau isolant électriquement, du type plastique.
- ladite barre comporte :
- une première extrémité reliée électriquement à la plaque ;
- une partie centrale surmoulée dans le boîtier ;
- une deuxième extrémité libre, surmoulée dans le boîtier, et raccordée à un plot de mise à la masse.
- la barre s’étend orthogonalement à la plaque.
- la barre s’étend sur sensiblement toute la longueur de la carte électronique et à distance de la carte électronique : cela permet d’éviter tout contact avec les composants fixés sur la carte électronique. L’invention concerne aussi un boîtier de climatisation comprenant un dispositif de chauffage tel que décrit ci-dessus.
Présentation des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d’au moins un mode de réalisation de l’invention donné à titre d’exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :
- la figure 1 illustre en perspective un dispositif de chauffage selon l’invention,
- la figure 2 est une vue agrandie de la figure 1 montrant plus particulièrement l’unité de distribution selon l’invention,
- la figure 3 montre en perspective un élément de liaison électrique entre un tube du corps de chauffe et la plaque de l’unité de distribution,
- la figure 4 est une vue agrandie de l’élément de liaison électrique selon la figure
3,
- la figure 5 montre en perspective une barre de mise à la masse reliée à la plaque.
Description détaillée
En référence à la figure 1 , l’invention concerne un dispositif de chauffage 1 électrique. Il s’agit, par exemple, d’un dispositif de chauffage 1 , dit haute tension, c’est-à-dire destiné à être alimenté par un courant continu (DC) ou alternatif (AC) présentant une tension électrique supérieure à 60 V, notamment compris entre 60 et 1000 V, plus particulièrement compris entre 180 et 600 V, et/ou permettant de dégager une puissance de chauffe sur l’air ou une puissance électrique consommée supérieure à 2 kW, notamment comprise entre 2 kW et 10 kW.
Ledit dispositif de chauffage 1 comprend un corps de chauffe 2 alimenté en courant électrique pour chauffer un flux d’air traversant ledit corps de chauffe 2.
Ledit corps de chauffe 2 présente ici une configuration sensiblement parallélépipédique, s’étendant en surface. Il est destiné à être positionné de façon transversale au flux d’air à réchauffer. Plus précisément, ledit flux d’air est destiné à être orienté perpendiculairement audit corps de chauffe 2, c’est-à-dire perpendiculairement au plan de la figure 1.
Le corps de chauffe 2 comprend des éléments de chauffe (non représentés) parcourus par ledit courant. Les éléments de chauffe sont, par exemple, des résistances à effet CTP (pour coefficient de température positif).
Les éléments de chauffe sont situés à l’intérieur de tubes 4 métalliques. Pour éviter tout contact électrique entre les éléments de chauffe et les tubes 4, une couche de matière isolante électriquement et conductrice thermiquement revêt la surface intérieure des tubes 4.
Chaque ensemble tube 4 /éléments de chauffe forme ce qu’on appelle une unité de chauffe.
Lesdites unités de chauffe sont alimentées sélectivement en courant. On entend par là que chaque unité de chauffe est alimentée en courant indépendamment des autres et peut donc être parcourue par un courant différent, notamment par son intensité, du courant parcourant les autres unités de chauffe. La valeur du courant en jeu ici est en particulier la valeur du courant moyen ou du courant efficace.
Le corps de chauffe 2 peut comprendre des dissipateurs 13 thermiques, par exemple des ailettes, en relation de contact thermique avec les tubes 4. Les dissipateurs 13 sont positionnés, notamment, entre lesdits tubes 4. Dans un souci de clarté, seuls certains dissipateurs 13 s’étendant des tubes 4 d’extrémité ont été représentés, afin de ne pas surcharger la figure 1 .
Ledit corps de chauffe 2 comprend un cadre 5, notamment en matière plastique, accueillant lesdites unités de chauffe et servant au maintien desdits tubes 4.
Des barres intermédiaires 14 sont également prévues entre les tubes 4 afin de les maintenir en position.
Préférentiellement, le dispositif de chauffage 1 comprend en outre une unité de distribution 3 apte à commander le courant circulant dans ledit corps de chauffe 2.
Ladite unité de distribution 3 est avantageusement configurée pour piloter le courant alimentant le corps de chauffe 2, en particulier les différentes unités de chauffe, par exemple à l’aide de commutateurs pilotés, permettant de contrôler respectivement une circulation de courant dans chacune des unités de chauffe. Il s’agit, notamment, de transistors 12, par exemple du type Mosfet ou IGBT, fonctionnant en particulier par modulation de largeur d’impulsions. Ces transistors 12 sont notamment visibles en figure 5, et sont montés sur une carte électronique 1 1 en forme de T, présentant donc un axe de symétrie centrale.
Ladite unité de distribution 3 comprend un boîtier 8, visible aux figures 1 , 2, 6 et 7, qui recouvre entièrement ladite carte électronique 1 1 , et qui comprend une face de connexion 83, servant au montage et/ou à la fixation mécanique du corps de chauffe 2. Ce boîtier 8 est de préférence conçu dans un matériau plastique, ayant des propriétés isolantes électriquement, et obtenu par moulage.
Lors du fonctionnement des éléments de chauffe, les transistors 12 dégagent beaucoup de chaleur. Afin d’éviter toute surchauffe au sein du boîtier 8, une plaque 6 de dissipation thermique est prévue dans le dispositif de chauffage 1. Cette plaque 6 consiste en une tôle perforée, positionnée dans un plan parallèle au plan du corps de chauffe 2, et se situant devant les tubes 4 de manière à ce que le flux d’air traversant le corps de chauffe 2 traverse également cette plaque 6 perforée. Ainsi, cette plaque 6 aide à réchauffer le flux d’air.
La plaque 6 se compose principalement d’un corps 63 perforé duquel s’étendent des pattes (cachées par les transistors 12 sur la figure 5) aptes à venir au contact des transistors 12 de manière à puiser les calories émanant des transistors 12. La plaque 6 se réchauffe ainsi, via les transistors 12, et est ensuite refroidie via le flux d’air.
Dans un tel dispositif de chauffage 1 , il est essentiel que les éléments métalliques soient mis à la masse, de manière à le sécuriser électriquement.
Pour ce faire, il existe un circuit de mise à la masse qui traverse l’intégralité du dispositif de chauffage 1 , afin que chaque élément métallique puisse y être raccordé. En particulier, ce circuit de mise à la masse se compose d’une succession d’éléments métalliques positionnés en série et en contact direct deux à deux, et formant ainsi le circuit.
Au niveau du corps de chauffe 2, les tubes 4 ainsi que les dissipateurs 13 et les barres intermédiaires 14 sont métalliques. Dans la configuration du dispositif de chauffage 1 selon invention, les dissipateurs 13 sont tous raccordés à un tube 4 par contact direct, et les dissipateurs 13 de deux tubes 4 adjacents se rejoignent et sont en contact direct également, ou se rejoignent au niveau d’une barre intermédiaire 14. Par conséquent, toute la rangée de tubes 4, de dissipateurs 13, et de barres intermédiaires 14 sont en contact électrique les uns avec les autres, et le circuit de mise à la masse passe ainsi dans l’intégralité des tubes 4, des dissipateurs 13, et des barres intermédiaires 14 du corps de chauffe 2. En sortie de cette rangée de tubes 4, de dissipateurs 13, et de barres intermédiaires 14, un élément de liaison électrique 7 est disposé entre un tube 4 d’extrémité et la plaque 6 perforée, comme illustré en particulier aux figures 2, 3 et 5. Cet élément de liaison électrique 7 assure la continuité électrique entre la rangée des tubes 4 et la plaque 6 perforée.
En relation aux figures 3 et 4, montrant un exemple possible de l’invention, l’élément de liaison électrique 7 consiste en une agrafe 7 formée par :
- un premier tronçon 71 en forme de U renversé qui vient se positionner à cheval sur le rebord 62 supérieur de la plaque 6 perforée ;
- un second tronçon 72 en forme de V, dont une branche 75 est reliée au premier tronçon 71 , et dont la branche libre 74 consiste en une lame flexible 74 venant en appui contre la paroi extérieure du tube 4.
Plus précisément, l’angle du V est dimensionné de manière à ce que la lame flexible
74 exerce une pression suffisante sur le tube 4 afin que le contact électrique soit correctement établi.
Le premier tronçon 71 et le second tronçon 72 de l’agrafe 7 comportent une branche
75 en commun.
L’extrémité libre du premier tronçon 71 est dotée d’un épaulement 73 dirigé vers l’intérieur de l’agrafe 7, et dimensionné de manière à pouvoir pénétrer à l’intérieur d’une perforation 61 de la plaque 6 perforée de manière à assurer un emboîtement élastique de l’agrafe 7 dans la plaque 6.
Tout autre forme d’agrafe 7 peut être envisagée. L’invention ne se limite pas à cette forme précise d’agrafe 7. En particulier, il est possible d’envisager un élément de liaison électrique prenant la forme d’une goupille fixée à la plaque 6 et au tube 4 via des orifices, ou encore un élément de liaison consistant en une pièce clipsée dans une rainure pratiquée dans la plaque 6. De manière générale, l’élément de liaison peut prendre toute forme possible, du moment qu’il relie la plaque 6 au tube 4 en assurant une continuité électrique.
Cet élément de liaison électrique est constitué d’un matériau métallique.
Le circuit de mise à la masse passe à travers cet élément de liaison électrique, puis à travers la plaque 6 perforée.
Le circuit de mise à la masse se poursuit ensuite au travers d’une barre 9 métallique, par exemple en aluminium, en acier ou en laiton, passant au-dessus de toute la carte électronique 1 1 selon son axe de symétrie, comme cela est notamment visible en figure 5. Cette barre 9 s’étend orthogonalement de la plaque 6 perforée.
La barre 9 comporte : • une première extrémité 91 fixée à la plaque 6 perforée
• une partie centrale 94 s’étendant sur la carte électronique 1 1
• une seconde extrémité 92 libre et raccordée à un plot 10 de mise à la masse.
Plus précisément, la première extrémité 91 consiste en une patte d’allure perpendiculaire à la partie centrale 94. Elle est fixée par soudure par exemple à une languette centrale 64 s’étendant depuis le corps 63 perforé de la plaque 6. Elle peut être fixée par tout autre moyen permettant d’assurer la continuité électrique entre la plaque 6 perforée et la barre 9.
Plus précisément encore, la seconde extrémité 92 comporte un orifice dans lequel est boulonné le plot 10 de mise à la masse. La barre 9 comporte un épaulement 93 localisé juste en amont de la seconde extrémité 92.
Le circuit de mise à la masse se termine ainsi au niveau du plot 10. Dans le cas d’un véhicule automobile par exemple, ce plot 10 sera raccordé à la carrosserie du véhicule, qui constitue la référence de mise à la masse.
Le circuit de mise à la masse peut également prendre le chemin inverse, c’est-à-dire en passant par le plot, la barre, la plaque, l’agrafe, puis la rangée de tubes/ailettes/barres intermédiaires.
Avantageusement, cette barre 9 est surmoulée dans le boîtier 8 de protection, comme illustré à la figure 1 . Un tel surmoulage permet également de positionner la barre 9 à distance de la carte électronique 1 1 afin d’éviter tout contact avec les composants de la carte 1 1 .
En particulier, la partie centrale 94 ainsi que la seconde extrémité 92 de la barre 9 sont entièrement noyées dans la matière du boîtier 8 de protection. La première extrémité 91 quant à elle est au raz du boîtier 8. Il existe une couche de matière plastique supérieure et une couche de matière plastique inférieure appartenant boîtier 8 de protection et venant prendre en sandwich la barre 9.
La barre 9 consiste ainsi en un insert, servant notamment à rigidifier le boîtier 8. Ainsi, en plus de sa fonction de mise à la masse, la barre 9 a une fonction de consolidation du boîtier 8.
Le plot 10 saille du boîtier 8 de protection, afin d’être accessible pour sa liaison avec la masse. De cette manière, il n’existe aucun câblage particulier à réaliser au sein du dispositif de chauffage 1 pour réaliser la mise à la masse des éléments métalliques. Tous les éléments métalliques du dispositif de chauffage 1 entrent en contact les uns avec les autres, en série, de manière à former un unique circuit de mise à la masse parcourant le dispositif de chauffage 1.
L’invention concerne encore un boîtier de climatisation comprenant un dispositif de chauffage 1 tel que décrit plus haut. Ledit boîtier de climatisation comprend un corps de circulation du flux d’air à l’intérieur duquel ledit dispositif de chauffage 1 est situé.
En ce qui concerne la description ci-dessus, les relations dimensionnelles optimales pour les parties de l'invention, en incluant les variations de taille, de matériaux, de formes, de fonction et de modes de fonctionnement, d'assemblage et d'utilisation, sont considérées comme apparentes et évidentes pour l'homme du métier, et toutes les relations équivalentes à ce qui est illustré dans les dessins et ce qui est décrit dans le mémoire sont censées être incluses dans la présente invention.

Claims

Revendications
1. Dispositif de chauffage 1 pour boîtier de climatisation, ledit dispositif de chauffage 1 comprenant un corps de chauffe 2 alimenté en courant pour chauffer un flux d’air traversant ledit corps de chauffe 2, le corps de chauffe 2 comprenant des éléments de chauffe parcourus par ledit courant et étant situés dans des tubes 4 isolés électriquement des éléments de chauffe, lesdits éléments de chauffe étant contrôlés via une unité de distribution 3, le dispositif de chauffage 1 comprenant des moyens de mise à la masse de plusieurs éléments métalliques répartis dans le corps de chauffe 2 et l’unité de distribution 3,
caractérisé en ce que lesdits moyens de mise à la masse consistent en un unique circuit de mise à la masse parcourant le corps de chauffe 2 et l’unité de distribution 3 et formé par la mise en série desdits éléments métalliques par contact direct entre lesdits éléments métalliques.
2. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’unité de distribution comporte une plaque 6 métallique de dissipation de chaleur, par laquelle passe le circuit de mise à la masse.
3. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte un élément de liaison électrique 7 entre le corps de chauffe 2 et ladite plaque 6.
4. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les tubes 4 sont reliés électriquement les uns aux autres via des dissipateurs 13 thermiques qui sont conducteurs électriquement, le circuit de mise à la masse passant successivement par ces tubes 4 et ces dissipateurs 13.
5. Dispositif de chauffage 1 selon l’une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que ledit élément de liaison électrique 7 est disposé entre la plaque 6 et un tube 4, ou entre la plaque 6 et un dissipateur 13 thermique, ou entre la plaque 6 et une joue métallique en contact avec au moins un dissipateur 13 thermique, ou entre la plaque 6 et tout autre élément conducteur du corps de chauffe 2, ou entre la plaque 6 et tout autre élément conducteur et relié électriquement au corps de chauffe 2.
6. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit élément de liaison électrique 7 consiste en une agrafe 7 à lame flexible 74 apte à assurer une continuité électrique entre ladite plaque 6 et le corps de chauffe 2.
7. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’agrafe 7 comporte un premier tronçon 71 apte à s’accrocher sur un rebord 62 de la plaque 6, et un second tronçon 72 avec la lame flexible 74 en appui sur le corps de chauffe 2.
8. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite plaque 6 consiste en une plaque 6 perforée, le premier tronçon 71 de l’agrafe 7 comportant une extrémité libre sur laquelle est pratiqué un épaulement 73 venant s’insérer dans une perforation 61 de la plaque 6, assurant un emboîtement élastique de l’agrafe 7 dans la plaque 6.
9. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le second tronçon 72 présente une forme en V avec une branche 75 reliée au premier tronçon 71 et une branche libre 74 correspondant à ladite lame flexible 74 apte à se déformer en réduisant l’angle du V afin d’exercer une pression constante contre le corps de chauffe 2.
10. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément de liaison électrique 7 consiste en une goupille métallique traversant un orifice prévu à cet effet dans ladite plaque 6, ladite goupille étant apte à assurer une continuité électrique entre ladite plaque 6 et le corps de chauffe 2.
1 1. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément de liaison électrique 7 consiste en une pièce métallique fixée, d’une part audit corps de chauffe 2 par soudage ou par toute autre technique assurant une continuité électrique entre le corps de chauffe 2 et la pièce métallique, et d’autre part à ladite plaque 6 par emboîtement élastique dans une rainure prévue à cet effet dans la plaque 6.
12. Dispositif de chauffage 1 selon l’une des revendications 2 à 1 1 , caractérisé en ce que l’unité de distribution 3 comporte une carte électronique 1 1 de commande sur laquelle sont fixés des composants 12 dégageant de la chaleur, ladite plaque 6 étant en contact avec ces composants 12.
13. Dispositif de chauffage 1 selon la revendication 4, caractérisé en ce que les dissipateurs 13 thermiques, du type ailettes, s’étendent des tubes 4 et se touchent entre deux tubes 4 adjacents.
14. Dispositif de chauffage 1 selon l’une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que ladite plaque 6 est reliée, via une barre 9 métallique de raccordement traversant l’unité de distribution 3, à un plot de mise à la masse disposé en entrée de l’unité de distribution 3.
15. Boîtier de climatisation comprenant un dispositif de chauffage 1 selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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