ES2378664T3

ES2378664T3 - Dispositivo de calentamiento eléctrico, en especial para aparato de calefacción y/o climatización de vehículo

Info

Publication number: ES2378664T3
Application number: ES03740586T
Authority: ES
Inventors: Frédéric PIERRON; Gilbert Terranova; Olivier Colette; Christophe Marange
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2012-04-16
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: EP1493304B1; US20060222346A1; EP1493304A1; CN100581303C; FR2838599B1; AU2003260317A1; FR2838599A1; US7200327B2; JP2005522826A; US20050175328A1; WO2003086018A1; CN1656850A; ATE542392T1

Abstract

Dispositivo de calentamiento eléctrico que comprende un radiador (10) eléctrico para calentar el aire que le atraviesa, comprendiendo el citado radiador una carcasa (12), al menos un elemento resistivo montado en la carcasa y constituido por al menos una cinta (22) metálica en zigzag que está situada de manera que quede expuesta directamente al aire que atraviesa la carcasa, y un circuito (30) de control de la alimentación eléctrica del o de los elementos resistivos unido a una fuente de alimentación, caracterizado por que el radiador (10) eléctrico comprende un conjunto de módulos (20) calefactores individuales situados en paralelo los unos a los otros en la carcasa (12) y de forma que queden expuestos directamente al aire que atraviesa la carcasa, comprendiendo cada módulo (20) calefactor una cinta metálica plisada u ondulada (22), un interruptor (25) electrónico controlado por el circuito (30) de control destinado a impedir de forma selectiva la alimentación eléctrica de la cinta (22) metálica y un soporte (40) aislante de la electricidad que comprende un perfil (45) destinado a alojar y a sujetar en su sitio a la citada cinta (22) metálica y que integra un soporte (50) metálico de conexión unido a la fuente de alimentación eléctrica que permite la alimentación eléctrica de la cinta (22) metálica.

Description

Dispositivo de calentamiento electrico, en especial para aparato de calefacci6n y/o climatizaci6n de vehfculo

Antecedentes del invento

El invento se refiere a un dispositivo de calentamiento electrico que comprende un radiador electrico atravesado por el aire a calentar y, en particular, atravesado por al menos una parte de un flujo de aire producido por un generador de flujo de aire, tal como un soplador o ventilador.

Mas concretamente, el campo de aplicaci6n del invento es el de los aparatos de calefacci6n y/o climatizaci6n de vehfculos, en especial de turismos, vehfculos industriales y vehfculos pesados.

De manera habitual, el recalentamiento del aire destinado al calentamiento del habitaculo de un vehfculo autom6vil, asf como al desempanado y el desescarchado, esta garantizado por el paso de un flujo de aire a traves de un intercambiador de calor recorrido por el lfquido de refrigeraci6n del bloque motor.

Este modo de calentamiento puede resultar inadaptado o insuficiente en varias situaciones, como por ejemplo:

acondicionamiento previo antes del arranque del motor para garantizar un recalentamiento del habitaculo, asf como un desescarchado o desempanado, de forma remota o pre-programada, antes de la utilizaci6n del vehfculo en ambiente muy frfo,

aumento muy rapido deseado de la temperatura en el habitaculo,

incapacidad del intercambiador de calor para proporcionar las calorfas necesarias para un recalentamiento satisfactorio del aire para garantizar las funciones de calentamiento asf como de desescarchado o desempanado eventuales, como se produce durante un cierto tiempo despues del arranque, con ciertos tipos de motores de bajas perdidas termicas.

Para paliar estos inconvenientes, una soluci6n conocida, entre otras, consiste en anadir al intercambiador de calor un radiador electrico situado en el conducto de circulaci6n de aire a recalentar aguas abajo del intercambiador. El funcionamiento del radiador electrico es activado de forma temporal, hasta que el intercambiador de calor pueda garantizar por sf solo el calentamiento del aire de la forma requerida.

De forma habitual, un radiador electrico complementario de este tipo utiliza elementos resistivos en forma de resistencias de coeficiente de temperatura positivo (CTP). La utilizaci6n de resistencias CTP permite en efecto una autolimitaci6n en la temperatura de salida de manera que se evita un calentamiento excesivo. Las resistencias CTP se presentan en forma de pequenos bloques o "piedras", situados en barras calefactoras, entre dos electrodos. A las barras calefactoras estan asociados elementos radiantes para favorecer el intercambio de calor con el flujo de aire que atraviesa el radiador. Estos elementos radiantes pueden ser aletas atravesadas por las barras o incluso piezas intermedias por ejemplo con forma de cintas metalicas plisadas u onduladas situadas entre barras paralelas. En concreto, estos radiadores electricos son conocidos de los documentos DE 199 25 757 y DE 197 38 318.

Los radiadores electricos adicionales con resistencias CTP funcionan de forma satisfactoria pero tienen el inconveniente de tener un precio de adquisici6n elevado debido al coste de las resistencias CTP, al numero de piezas constitutivas, al tiempo de montaje necesario y a la sensibilidad a la corrosi6n de los electrodos de alimentaci6n de las resistencias CTP.

Objeto y resumen del invento

El invento tiene por objetivo proporcionar un radiador electrico para un aparato de calefacci6n o de climatizaci6n de vehfculo o, de una forma mas general, para un aparato de calefacci6n de cualquier tipo de habitaculo, que tenga un coste competitivo en comparaci6n con los radiadores electricos de resistencias CTP y que presente una arquitectura simplificada en comparaci6n con estos ultimos, permitiendo al mismo tiempo una optimizaci6n de los intercambios termicos con el aire a recalentar.

Otro objetivo del presente invento es limitar el numero de piezas del radiador, facilitando asf su montaje y reduciendo los costes de fabricaci6n.

Estos objetivos se consiguen gracias a un dispositivo de calentamiento que comprende un radiador electrico para calentar el aire que le atraviesa, comprendiendo dicho radiador una carcasa, al menos un elemento resistivo montado dentro de la carcasa y constituido por al menos una cinta metalica en zigzag que esta situada de manera que quede expuesta directamente al aire que atraviesa la carcasa, y un circuito de control de alimentaci6n electrica del elemento o de los elementos resistivos unido a una fuente de alimentaci6n, caracterizado por que el radiador electrico comprende un conjunto de m6dulos calefactores individuales situados en paralelo los unos a los otros dentro de la carcasa y de manera que queden expuestos directamente al aire que atraviesa la citada carcasa, comprendiendo cada m6dulo calefactor una cinta metalica plisada u ondulada y un interruptor electr6nico controlado por el circuito de control destinado a impedir selectivamente la alimentaci6n electrica de la cinta metalica, y caracterizado por que cada m6dulo calefactor comprende ademas un soporte aislante de la electricidad que comprende a su vez un perfil destinado a alojar

y a sujetar en su sitio a la citada cinta metalica, y que integra un soporte metalico de conexi6n unido a la fuente de alimentaci6n que permite la alimentaci6n electrica de la cinta metalica.

Ventajosamente, el perfil presenta unas alas entre las cuales estan sujetas lateralmente las crestas de las ondulaciones y separaciones para mantener una cierta regularidad del paso de la cinta metalica ondulada o plisada.

Cada m6dulo calefactor comprende al menos un elemento de protecci6n termica y electrica, expuesto directamente al aire que atraviesa el m6dulo calefactor y en serie con la cinta metalica.

El elemento de protecci6n comprende al menos una conexi6n termofusible en serie con una cinta metalica.

Preferentemente, el elemento de protecci6n comprende una lamina elastica y una conexi6n termofusible conformada mediante una soldadura entre un extremo de la cinta metalica y un extremo de la lamina elastica, siendo solidario el otro extremo de la lamina elastica al soporte y estando conectado electricamente ese otro extremo de la lamina elastica a un borne.

La soldadura de la conexi6n termofusible presenta un punto de fusi6n adecuado a un lfmite superior de temperatura y puede estar formada por una soldadura eutectica.

Ventajosamente, la lamina elastica esta expuesta directamente al aire que atraviesa el m6dulo calefactor y en citada la lamina elastica estan conformadas aberturas con forma de persiana.

La lamina elastica presenta una secci6n menor o igual y una resistividad mayor o igual a las de la cinta metalica.

El interruptor electr6nico esta integrado en el soporte metalico de conexi6n a traves de pistas conformadas por el citado soporte metalico y en dicho soporte metalico estan conformadas unas alas que facilitan la disipaci6n de calor del interruptor electr6nico por el aire que atraviesa el m6dulo calefactor.

El extremo de la lamina elastica solidario al soporte se puede soldar de forma permanente al borne de conexi6n, electricamente independiente del soporte metalico de conexi6n, permitiendo asf la uni6n electrica de la cinta o de la lamina elastica a un borne externo o conductor electrico.

Preferentemente, cada m6dulo calefactor comprende ademas al menos una protecci6n de tipo reversible o rearmable unida de forma directa o indirecta a la cinta metalica que impide un calentamiento excesivo. Esta protecci6n puede ser un captador o detector termico que envfa una informaci6n al circuito de control, relativa a la temperatura de la cinta metalica o de la lamina elastica, con el fin de que el circuito de control corte la alimentaci6n electrica en el caso de un calentamiento excesivo.

El captador o detector termico esta unido termicamente a la lamina elastica y comprende un elemento un elemento elegido de entre una resistencia CTN, una resistencia CTP, un bimetal y un interruptor polimerico con efecto CTP.

Ventajosamente, la lamina elastica posee un efecto CTP garantizando asf la funci6n de captador termico.

Cada m6dulo calefactor puede presentar una potencia de calentamiento comprendida entre 0 y 500 W y preferentemente entre 300 W y 400 W.

La carcasa comprende un conjunto de alveolos destinados a alojar y a sujetar en su sitio a cada m6dulo calefactor con la ayuda tambien de una tapa.

El circuito de control puede comprender medios de variaci6n de la potencia proporcionada por el radiador mediante la modulaci6n de la tensi6n de alimentaci6n suministrada a cada m6dulo calefactor, por ejemplo mediante la tecnica de modulaci6n de anchura de impulsos, lo cual permite hacer variar la potencia de forma continua o cuasi-continua.

Ventajosamente, los diferentes m6dulos calefactores comprenden cintas metalicas que tienen resistencias sensiblemente identicas.

Preferentemente, cada cinta metalica de cada m6dulo calefactor presenta un paso de ondulaci6n de longitud comprendida entre 1,8 mm y 6 mm; una amplitud pico a pico entre crestas de ondulaciones comprendida entre 5 mm y 20 mm; una anchura comprendida entre 5 mm y 20 mm; y un espesor comprendido entre 50 µm y 250 µm y preferentemente entre 80 µm y 180 µm.

Cada cinta metalica es un material elegido de entre una aleaci6n de hierro y una aleaci6n de cobre.

Tambien preferentemente, la aleaci6n de cobre es una aleaci6n elegida entre el CuNi30, el CuNi45 y el CuNi18Zn20.

Ventajosamente, el material es una aleaci6n que presenta un efecto de resistencia de coeficiente de temperatura positivo.

De acuerdo con una realizaci6n preferente, en cada cinta estan conformadas aberturas con forma de persianas. Las persianas comprenden aletas que forman un angulo comprendido entre 20° y 35° con respecto al plano de la cinta.

Ventajosamente, cada cinta esta provista de un revestimiento aislante electrico y/o de protecci6n contra la corrosi6n.

Cada cinta metalica presenta un perfil elegido de entre un perfil sinusoidal, un perfil triangular, un perfil rectangular y un perfil trapezoidal. De acuerdo con una realizaci6n preferente, el dispositivo de calentamiento comprende ademas un generador de flujo de aire, caracterizado por que los interruptores electricos controlados por el circuito de control impiden la alimentaci6n electrica de los m6dulos calefactores cuando el caudal de aire que atraviesa el radiador es menor que un valor mfnimo, con el fin de garantizar una protecci6n contra un calentamiento excesivo.

De acuerdo con una particularidad del dispositivo de calentamiento, el generador de flujo de aire comprende un soplador caracterizado por que se proporcionan medios para proporcionar al circuito de control una senal representativa de la velocidad de giro del soplador para impedir la alimentaci6n electrica de los m6dulos calefactores cuando la velocidad de giro del soplador es menor que un umbral predeterminado.

El invento tiene tambien por objeto un aparato de calefacci6n o climatizaci6n de vehfculo autom6vil que utiliza un dispositivo de calentamiento tal como el definido mas adelante en este documento.

En un aparato de calefacci6n o climatizaci6n de este tipo, el radiador del dispositivo de calentamiento puede estar situado dentro de un canal de circulaci6n de aire aguas abajo de un eventual intercambiador de calor lfquido-lfquido.

De acuerdo con una particularidad del aparato de calefacci6n o climatizaci6n, el radiador electrico puede estar alojado cerca de una boca de salida de aire.

Breve descripci6n de los dibujos

Se comprendera mejor el invento con la lectura de la descripci6n que se hace a continuaci6n, a modo indicativo pero no limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la figura 1 es una vista parcial muy esquematica de un aparato de calefacci6n para vehfculos autom6viles;

las figuras 2 y 3 son vistas en perspectiva de una realizaci6n de un radiador electrico para un dispositivo de calentamiento de acuerdo con el invento;

las figuras 4 y 5 son vistas en perspectiva de un m6dulo calefactor del radiador de las figuras 2 y 3;

la figura 6 es una vista de detalle parcial de un perfil del m6dulo calefactor de las figuras 4 y 5;

la figura 7 es una vista en planta parcial del radiador electrico de las figuras 2 y 3;

las figuras 8 y 9 son vistas de detalle parciales que muestran variantes de realizaci6n de una conexi6n termofusible de protecci6n del radiador contra un calentamiento excesivo;

la figura 10 es una vista de detalle parcial que muestra una protecci6n reversible ademas de la conexi6n termofusible de protecci6n de la figura 8;

la figura 11 es una vista en perspectiva de una carcasa de un radiador electrico de las figuras 2 y 3;

las figuras 12 y 13 son vistas de detalle parciales que muestran el posicionamiento de un m6dulo calefactor del radiador de las figuras 2 y 3;

la figura 14 es una vista en planta parcial, a escala ampliada, de una cinta metalica con persiana para un m6dulo calefactor de las figuras 4 y 5 (en el estado no plisado);

la figura 15 es una vista en secci6n segun el plano XV-XV de la figura 14;

la figura 16 es una realizaci6n de un esquema electrico de un radiador de un dispositivo de calentamiento de acuerdo con el invento; y

la figura 17 ilustra de forma muy esquematica otra realizaci6n de un aparato de calefacci6n y/o climatizaci6n que utiliza un dispositivo de calentamiento de acuerdo con el invento.

Descripci6n detallada de las realizaciones

La figura 1 muestra una parte de un aparato de calefacci6n de vehfculo autom6vil, que comprende una carcasa 2 que delimita un canal 3 para el paso de aire a recalentar. El canal 3 conduce al aire hacia bocas de calentamiento y de desempanado/desescarchado para que sea distribuido de forma selectiva por el interior del habitaculo segun las posiciones de las valvulas 6 de mezclado y distribuci6n. El caudal de aire del canal 3 es producido por un ventilador 7, o soplador, que recibe aire exterior o aire de recirculaci6n procedente del habitaculo. El recalentamiento del aire, cuando es necesario, esta garantizado por un intercambiador 8 de calor lfquido-lfquido eventual, que utiliza el lfquido de refrigeraci6n del motor como lfquido refrigerante, y por un radiador 10 electrico. El intercambiador 8 y el radiador 10 electrico estan situados dentro del canal 3, estando situado el primero aguas arriba del segundo. En ausencia de intercambiador 8, el calentamiento del aire esta garantizado s6lo por el radiador 10 electrico.

El radiador 10 electrico puede ocupar toda la secci6n de paso del canal 3 o parte de ella. En este ultimo caso, s6lo una parte del flujo de aire producido por el soplador 7 atraviesa el radiador electrico, siendo la otra parte derivada hacia el exterior de este.

En concreto, un modo de montaje de un radiador electrico en un aparato de calefacci6n y climatizaci6n se describe en la solicitud de patente francesa n° 01 09 076 de la solicitante.

Se describira ahora, haciendo referencia a las figuras 2 a 15, un ejemplo de realizaci6n de un radiador 10 electrico de acuerdo con el invento.

Como muestran las figuras 2 y 3, el radiador 10 electrico comprende una carcasa 12, por ejemplo de plastico, en la cual esta alojado un conjunto de m6dulos 20 calefactores individuales. Los m6dulos 20 calefactores individuales estan situados en paralelo los unos a los otros y se extienden sobre toda la longitud de la carcasa 12, de manera que queden expuestos directamente al aire que atraviesa dicha carcasa.

El control del radiador 10 electrico esta garantizado por un circuito 30 de control montado en una placa 31 de circuito impreso ventajosamente alojada en uno de los lados de la carcasa 12 y protegida por una cubierta 33.

El circuito 30 de control recibe informaciones a traves de un conector 37 y esta unido a una fuente de alimentaci6n a traves de los conductores 35 electricos o a traves del conector.

Como muestran las figuras 4 y 5, cada m6dulo 20 calefactor individual comprende preferentemente una cinta 22 metalica, plisada u ondulada y un interruptor o conmutador 25 electr6nico, por ejemplo en forma de transistor de potencia. El interruptor 25 electr6nico es controlado por el circuito 20 de control para impedir de forma selectiva la alimentaci6n electrica de la cinta 22 metalica.

Ventajosamente, los diferentes m6dulos calefactores comprenden cintas 22 metalicas que tienen resistencias sensiblemente identicas y una potencia de calentamiento comprendida entre 0 y 500 W y preferentemente entre 300 W y 400 W.

El m6dulo 20 calefactor individual comprende un soporte 40 aislante de la electricidad que comprende a su vez un perfil 45 rfgido destinado a alojar y a sujetar en su sitio a una misma cinta continua.

El perfil 45, como muestra la figura 6, tiene una secci6n en forma de H y presenta alas 45a, 45b entre las cuales se sujetan lateralmente las crestas de las ondulaciones. Asf, la cinta continua esta situada en dos filas, que serpentean alrededor de las caras laterales del perfil 45. La cinta 22 esta vuelta o curvada en un extremo del perfil 45. Como variante, la cinta puede estar formada por dos segmentos soldados en el extremo del perfil 45.

El perfil 45 integra separaciones 46 que permiten colocar la cinta 22 y mantener una cierta regularidad del paso de ondulaci6n de la cinta.

Asf, el soporte 40 aislante participa en la sujeci6n, en el guiado y en el anclaje de forma mecanica de la cinta 22 metalica.

Sin embargo, la cinta 22 se puede fijar al perfil 45 mediante uni6n adhesiva de las crestas de las ondulaciones a dicho perfil con el fin de limitar las vibraciones generadoras de ruido.

La alimentaci6n electrica de la cinta se realiza por medio de un soporte 50 metalico de conexi6n conductor de la electricidad, por ejemplo de cobre o de una de sus aleaciones. El soporte 50 metalico de conexi6n se integra en el soporte 40 aislante por sobremoldeo o por otros procedimientos conocidos.

El interruptor 25 electr6nico esta integrado en el soporte 50 metalico de conexi6n a traves de pistas, no representadas, formadas por este soporte metalico.

Ademas, en el soporte 50 metalico estan recortadas alas 52 disipadoras y bornes 54 de conexi6n. Las alas 52 disipadoras facilitan la disipaci6n de calor del interruptor electr6nico mediante el aire que atraviesa el m6dulo 20 calefactor individual, mientras que los bornes 54 de conexi6n unen este m6dulo calefactor individual al circuito 30 de control.

Como se explicara mas adelante, la protecci6n del radiador contra un calentamiento excesivo esta garantizada por el circuito 30 de control y por los interruptores 25 electr6nicos. No obstante, para una seguridad maxima, se proporciona una protecci6n suplementaria contra un calentamiento excesivo del radiador por medio de al menos un elemento de protecci6n termica y electrica en cada m6dulo calefactor individual. Este elemento de protecci6n debe estar conectado en serie con la cinta metalica y, preferentemente, debe estar expuesto directamente al aire que atraviesa el m6dulo calefactor.

Las figuras 7 y 8 muestran un ejemplo de un elemento de protecci6n constituido por una lamina 57 elastica y una conexi6n 58 termofusible conformada por una soldadura entre un extremo de la cinta 22 metalica y un extremo de la lamina 57 elastica. El otro extremo de la lamina 57 elastica esta fijado, por ejemplo, mediante una soldadura

permanente a un borne 56 de conexi6n que es solidario al soporte 40 de la cinta 22 metalica. El borne 56 de conexi6n une la cinta 22 a un conductor 35 electrico y es electricamente independiente del soporte 50 metalico de conexi6n.

La composici6n de la soldadura utilizada para la conexi6n electrica se elige de manera que esta soldadura posea un punto de fusi6n preciso a una temperatura que representa un lfmite superior de temperatura admisible. Este lfmite se fija de manera que la protecci6n por apertura de la conexi6n termofusible sea la que actua en ultimo lugar. A modo de ejemplo, la conexi6n 58 termofusible puede estar formada por una soldadura eutectica tal que su temperatura de fusi6n sea de aproximadamente 165°C.

En efecto, esta protecci6n tiene el objetivo de proteger las piezas de plastico del radiador electrico de cualquier deformaci6n o inflamaci6n. Es una protecci6n ultima y se activa en el caso de un fallo de la electr6nica debido por ejemplo a un cortocircuito.

Debido a la pretensi6n elastica ejercida sobre la lamina 57 elastica, la fusi6n de la conexi6n termofusible permite una recuperaci6n de la citada lamina 57 elastica y, por lo tanto, una apertura franca de la conexi6n.

Al estar expuesta directamente al aire que atraviesa el radiador, la lamina 57 elastica participa en parte en el calentamiento del aire.

Ademas, la lamina 57 elastica presenta una secci6n menor o igual y una resistividad mayor o igual que la de la cinta 22 metalica. Por consiguiente, la densidad de la corriente a traves de la lamina 57 elastica es mayor que la que atraviesa la cinta 22 y, por lo tanto, la lamina 57 elastica se calienta mas rapido que la cinta 22.

Dicho de otra manera, el gradiente termico de la lamina 57 elastica es mayor que el de la cinta 22 y por lo tanto la lamina elastica es mas sensible a los cambios de temperatura.

En las cercanfas de la conexi6n termofusible, la lamina 57 elastica presenta una temperatura mayor que la de la cinta 22 compensando asf cualquier diferencia de temperatura a lo largo de la cinta 22.

El material constitutivo de la lamina elastica asf como su forma y su dimensi6n se eligen en funci6n de la conductividad electrica y termica necesarias para satisfacer una protecci6n 6ptima.

El material se puede elegir de entre metales de gran resistividad electrica, como una aleaci6n de cobre, tal como por ejemplo el CuNi30. La lamina elastica puede tener una anchura de aproximadamente 10 mm, un espesor de aproximadamente 100 Im, una longitud comprendida entre 15 mm y 30 mm y una resistencia menor o igual que 10 mO.

Ademas, en la lamina elastica pueden estar conformadas aberturas (no representadas) con forma de persianas aumentando asf su sensibilidad termica en caso de un caudal de aire pequeno.

Todas estas caracterfsticas hacen que el elemento de protecci6n reaccione de forma bastante rapida a cualquier calentamiento excesivo del radiador para diferentes caudales de flujo de aire a traves del radiador. La protecci6n es valida cuando se produce un descenso progresivo del flujo de aire o cuando se produce un corte brutal del flujo de aire.

Ademas, el elemento de protecci6n de la figura 8 puede actuar como fusible en caso de cortocircuito de la cinta metalica con un potencial electrico exterior.

La figura 9 muestra que una conexi6n 58 termofusible tambien se puede conformar mediante el corte de una cinta 22 y la uni6n por soldadura de sus tramos por medio de una soldadura adaptada.

La figura 10 muestra que se puede utilizar una protecci6n reversible o rearmable unida de forma directa o indirecta a cada cinta metalica, contra un calentamiento excesivo definido por una temperatura menor que la correspondiente al punto de fusi6n de la conexi6n termofusible.

Esta protecci6n reversible puede estar constituida por un captador o detector termico que envfa una informaci6n al circuito de control, relativa a la temperatura de la cinta metalica o de la lamina elastica con el fin de que dicho circuito de control corte la alimentaci6n electrica en caso de un calentamiento excesivo.

Preferentemente, el captador o detector 61 termico esta unido termicamente, por ejemplo mediante una cola 63 o resina termica, a la lamina 57 elastica.

El captador o detector termico puede ser de tipo conocido por sf mismo, tal como un bimetal que tenga un umbral de apertura adaptado, una resistencia CTP, una resistencia CTN, o un interruptor polimerico de efecto CTP unido de forma directa o indirecta a la cinta metalica.

Ventajosamente, la lamina elastica puede poseer un efecto CTP garantizando asf la funci6n de captador termico.

Las figuras 11 a 13 ademas de las figuras 2 a 6 muestran el montaje de los m6dulos 20 calefactores individuales dentro de la carcasa 12.

En efecto, la carcasa es rectangular comprendiendo paredes 13 longitudinales que definen entre sf un conjunto de alveolos 14. A modo de ejemplo, la figura 11 muestra tres alveolos, destinados a alojar y a sujetar en su sitio a tres

m6dulos 20 calefactores individuales. Por supuesto, este numero no es de ninguna manera limitativo y podra ser diferente.

Cada m6dulo 20 calefactor esta colocado en el alveolo 14 de la carcasa 12 por medio de los bordes o crestas de la cinta 22 metalica contra las paredes 13 longitudinales.

En un lado transversal de la carcasa 12, cada pared 13 longitudinal termina en una vuelta o reborde 15 transversal que se encastra en una entalla 23 correspondiente conformada en un extremo de cada soporte 40 del m6dulo 20 calefactor individual. Esto garantiza un acoplamiento sin errores y un posicionamiento correcto del m6dulo 20 calefactor individual y de sus componentes, en particular del interruptor electr6nico. Igualmente, al nivel del mismo lado transversal, estan conformadas muescas 19 para ajustar el posicionamiento de los m6dulos 20 calefactores individuales.

El lado transversal opuesto comprende entallas 16 destinadas a alojar a los extremos de los perfiles 45 de los m6dulos 20 calefactores individuales.

Ademas, la carcasa puede comprender travesanos centrales para rigidizar dicha carcasa y para sostener mejor a los m6dulos 20 calefactores individuales.

En la carcasa 12 se encaja una tapa 39 que comprende aberturas de mismas formas y dimensiones que los alveolos 14. En efecto, las paredes longitudinales externas de la carcasa 12 comprenden ranuras 18 destinadas a alojar a clips o grapas 71 conformados en la tapa 39.

La cara interior de la tapa 39 comprende un sistema de fijaci6n y de posicionamiento de m6dulos calefactores, identico o simetrico al de la carcasa, como se muestra en la figura 13.

La carcasa 12 y la tapa delimitan mediante sus alveolos y aberturas correspondientes la secci6n de paso del aire a traves de las cintas 22 metalicas y los interruptores 25 electr6nicos. Asf, el flujo de aire es calentado por las cintas refrigerando al mismo tiempo los interruptores electr6nicos.

La carcasa 12, la tapa 39 y la cubierta 33, asf como los perfiles 45 de los m6dulos 20 calefactores, se fabrican de un material aislante de la electricidad, por ejemplo un material plastico capaz de soportar la temperatura maxima alcanzada en servicio, es decir, una temperatura que pueda ir hasta 150°C. Materiales plasticos utilizables son por ejemplo los PBT, PPS, PPA, PA66, PA6, eventualmente reforzados por fibras de vidrio. La carcasa 12 puede ser moldeada de una sola pieza.

Los conductores 35 electricos se fijan en la carcasa 12 por remachado o pueden ser engarzados o encajados a presi6n en la tapa 39 y la carcasa 12. Como variante, los conductores 35 electricos pueden estar integrados en la carcasa por sobremoldeo.

Los conductores 35 electricos pueden tener filetes de rosca para fijar bornes 73 de potencia de la alimentaci6n electrica mediante un sistema de tuercas 41.

Por otro lado, el radiador electrico comprende medios 61 de fijaci6n y de guiado para facilitar su montaje e integraci6n en un aparato de calefacci6n y climatizaci6n.

Ademas, el radiador electrico comprende un cord6n de estanqueidad para limitar las perdidas aerodinamicas entre el canal que conduce el aire a calentar y el entorno exterior.

Las cintas 22 metalicas tienen sus caras principales situadas sensiblemente paralelas a la direcci6n de circulaci6n del flujo de aire a traves de la carcasa 12, para limitar la perdida de carga debida al paso del aire por el radiador electrico. Con el fin de aumentar el intercambio termico entre las cintas y el flujo de aire al cual estan directamente sometidas, en las cintas se pueden conformar eventualmente persianas 26 (mostradas unicamente en las figuras 14 y 15). Las persianas 26 se realizan por corte de las aletas 26a y deformaci6n de estas ligeramente hacia el exterior del plano de las cintas.

Las persianas permiten aumentar el rendimiento del intercambio termico gracias a las turbulencias creadas al nivel de los alveolos de las aletas 26a. El angulo entre las aletas y el plano de la cinta esta comprendido preferentemente entre 20° y 35° con el fin de obtener un buen compromiso entre la eficacia buscada de las aletas y la perdida de carga que estas inducen por aumento de la resistencia aerodinamica.

Las cintas 22 estan preferentemente revestidas de una capa que tiene una funci6n de aislamiento electrico, por ejemplo un barniz aislante o una resina como por ejemplo una resina epoxi, que puede tener tambien eventualmente una funci6n de protecci6n contra la corrosi6n.

El material constitutivo de las cintas 22 asf como sus formas y dimensiones se eligen en funci6n de un cierto numero de restricciones o caracterfsticas como la resistencia electrica necesaria para satisfacer las necesidades de potencia, la resistividad, la viabilidad, los parametros geometricos del radiador electrico, etc.

El material se puede elegir entre metales de gran resistividad electrica susceptibles de ser conformados en forma de laminas, en las cuales se pueden cortar y plisar bandas para conformar las cintas 22. En concreto, tales metales son

aleaciones de hierro o de cobre que contienen concretamente nfquel, y/o estano. Preferentemente, el material de las cintas esta constituido por CuNi30, CuNi45, o CuNi18Zn20. Ventajosamente, estas aleaciones pueden tener un efecto de resistencia de coeficiente de temperatura positivo.

Las cintas metalicas pueden tener formas sinusoidales, triangulares, rectangulares, o trapezoidales.

Las formas y dimensiones de una cinta 22 pueden venir dictadas por diferentes consideraciones.

El espesor de la cinta debe ser suficiente para permitir el trabajado industrial de la lamina metalica, pero permanecer limitado para no generar una resistencia aerodinamica demasiado grande. Se prefiere un valor de espesor comprendido aproximadamente entre 50 Im y 250 Im.

El paso o periodo de ondulaci6n de una cinta plisada no debe ser demasiado pequeno para no generar una resistencia aerodinamica demasiado grande. Por el contrario, una vez superado un cierto valor, un paso demasiado grande penaliza la superficie de intercambio termico sin aportar una ventaja sensible en terminos de disminuci6n de resistencia aerodinamica, es decir, de disminuci6n de perdida de carga entre las dos caras del radiador. Se prefiere un valor de paso comprendido entre aproximadamente 1,8 mm y 6 mm.

La anchura asf como la altura o amplitud pico a pico entre ondulaciones dependen del espacio disponible para el radiador electrico. Por otro lado, la anchura de la cinta debe ser suficiente para garantizar una resistencia mecanica de la cinta pero dicha anchura debe permanecer limitada para evitar una congesti6n demasiado grande. Se prefiere un valor de anchura comprendido entre aproximadamente 5 mm y 20 mm.

La altura no debe ser demasiado pequena para no favorecer una resistencia aerodinamica elevada. Por el contrario, esta altura debe ser limitada para conservar una rigidez y una resistencia suficientes de la cinta. Se prefiere un valor de altura h comprendido entre aproximadamente 5 mm y 20 mm.

La longitud de una cinta plisada, es decir, la longitud del perfil, depende del espacio disponible para el radiador electrico. En un aparato de calefacci6n de vehfculo autom6vil, esta longitud es normalmente de una a varias decenas de cm.

Asf, la arquitectura basica del radiador electrico esta conformada por la asociaci6n de un conjunto de m6dulos calefactores individuales y estandar. En efecto, cada m6dulo calefactor comprende todas las funciones que le permiten ser independiente de los otros m6dulos, es decir, comprende una cinta, un soporte de cinta, un interruptor electr6nico y al menos un elemento de protecci6n termica. Ademas, la parte de electr6nica de potencia de los m6dulos esta disociada de la electr6nica de control, permitiendo asf estandarizar los m6dulos calefactores.

La figura 16 es un esquema electrico del radiador que ilustra un circuito 30 de control, interruptores 25a, 25b, 25c electr6nicos y cintas 22a, 22b, 22c metalicas de acuerdo con el invento.

El circuito 30 de control recibe a traves del conector 37 una informaci6n, por ejemplo de tipo l6gico, transportada por un bus 60 de datos y representativa del nivel de potencia P calorffica demandado. El circuito 30 esta ademas unido a un bus de energfa formado por un conductor 62a al potencial de red +Vr disponible en el vehfculo, por ejemplo la tensi6n de la baterfa, y por un conductor 62b conectado al potencial de referencia (masa). Como variante, al circuito 30 se le puede suministrar energfa a traves del conector 37 y entonces se podra omitir su conexi6n con el conductor 62a.

En el ejemplo de la figura 16, las cintas son tres. Un borne de cada cinta esta unido al conductor 62b a traves de su conmutador correspondiente mientras que el otro borne de cada cinta esta unido al conductor 62a a traves de la conexi6n 58 termofusible y de la lamina 57 elastica. Ademas, al nivel de cada lamina 57 elastica esta montado un detector 61 termico unido al circuito de control. Asf, cada detector termico envfa una informaci6n al circuito de control, relativa a la temperatura de la lamina elastica asociada.

En el caso de un calentamiento excesivo provocado por una evacuaci6n insuficiente de las calorfas producidas, por ejemplo cuando el caudal de aire que atraviesa un m6dulo calefactor es inferior a un valor mfnimo, el interruptor electr6nico correspondiente, controlado por el circuito 30 de control, prohfbe la alimentaci6n electrica del m6dulo calefactor.

Por otro lado, de forma conocida, se puede enviar al circuito 30 de control una senal representativa de la velocidad de giro del soplador para impedir la alimentaci6n electrica de los m6dulos calefactores individuales cuando la velocidad de giro del soplador es menor que un umbral predeterminado.

Es posible hacer variar la potencia de manera continua o cuasi-continua modulando la tensi6n de alimentaci6n electrica de las cintas metalicas o al menos de una de ellas. La modulaci6n se puede realizar de forma conocida mediante modulaci6n de anchura de impulsos (PWM), cortandose la tensi6n Vr para ser enviada a las cintas metalicas en forma de un tren de impulsos en el cual la relaci6n entre la anchura y el periodo de los impulsos es variable. Una alimentaci6n simultanea modulada del conjunto de las cintas metalicas permite, cualquiera que sea el nivel de potencia P, repartir de forma homogenea la emisi6n calorffica en toda la secci6n de paso del aire en el radiador electrico.

El dispositivo de calentamiento electrico de acuerdo con el invento puede ser implementado en aparatos de calefacci6n y/o climatizaci6n diferentes a los de la figura 1.

De esta forma, la figura 17 muestra un aparato de calefacci6n y/o climatizaci6n para vehfculo autom6vil que se distingue del de la figura 1 en que el radiador 10 no esta situado cerca del intercambiador de calor 8, sino en las proximidades inmediatas de una salida del aparato de calefacci6n unida por un conducto 4 a una boca 4a de desempanado/desescarchado. Un radiador de acuerdo con el invento tambien se podrfa montar en las proximidades de

5 la boca 4a de desempanado/desescarchado, como se muestra mediante la referencia 10', o en las proximidades de una boca 5a de calentamiento del habitaculo unida al canal 3 por un conducto 5 como se muestra mediante la referencia 10''.

Ademas, la figura 17 muestra que un radiador 10 de acuerdo con el invento puede estar integrado en un dispositivo de climatizaci6n de vehfculo autom6vil que comprende en el canal 3 un evaporador de un circuito 9 de refrigeraci6n, aguas

10 arriba del intercambiador de calor 8, ocupando en este ejemplo s6lo una parte de la secci6n del canal.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Dispositivo de calentamiento electrico que comprende un radiador (10) electrico para calentar el aire que le atraviesa, comprendiendo el citado radiador una carcasa (12), al menos un elemento resistivo montado en la carcasa y constituido por al menos una cinta (22) metalica en zigzag que esta situada de manera que quede expuesta directamente al aire que atraviesa la carcasa, y un circuito (30) de control de la alimentaci6n electrica del o de los elementos resistivos unido a una fuente de alimentaci6n,

caracterizado por que el radiador (10) electrico comprende un conjunto de m6dulos (20) calefactores individuales situados en paralelo los unos a los otros en la carcasa (12) y de forma que queden expuestos directamente al aire que atraviesa la carcasa, comprendiendo cada m6dulo (20) calefactor una cinta metalica plisada u ondulada (22), un interruptor (25) electr6nico controlado por el circuito (30) de control destinado a impedir de forma selectiva la alimentaci6n electrica de la cinta (22) metalica y un soporte (40) aislante de la electricidad que comprende un perfil (45) destinado a alojar y a sujetar en su sitio a la citada cinta (22) metalica y que integra un soporte (50) metalico de conexi6n unido a la fuente de alimentaci6n electrica que permite la alimentaci6n electrica de la cinta (22) metalica.
2.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 1, caracterizado por que el perfil (45) presenta alas (45a, 45b) laterales entre las cuales estan sujetas lateralmente las crestas de las ondulaciones y separaciones (46) para mantener una cierta regularidad del paso de la cinta (22) metalica ondulada o plisada.
3.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que el m6dulo (20) calefactor comprende al menos un elemento de protecci6n termica y electrica, expuesto directamente al aire que atraviesa el m6dulo calefactor y en serie con la cinta (22) metalica.
4.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 3, caracterizado por que el elemento de protecci6n comprende al menos una conexi6n (58) termofusible en serie con una cinta (22) metalica.
5.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 3, caracterizado por que el elemento de protecci6n comprende una lamina (57) elastica y una conexi6n (58) termofusible formada por una soldadura entre un extremo de la cinta (22) metalica y un extremo de la lamina (57) elastica, siendo el otro extremo de la lamina elastica solidario al soporte (40) y estando este otro extremo conectado electricamente a un borne 56.
6.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado por que la soldadura de la conexi6n (58) termofusible presenta un punto de fusi6n adecuado a un lfmite superior de temperatura.
7.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 6, caracterizado por que la soldadura de la conexi6n (58) termofusible esta formada por una soldadura eutectica.
8.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 7, caracterizado por que la lamina (57) elastica esta expuesta directamente al aire que atraviesa el m6dulo (20) calefactor y por que en la lamina (57) elastica estan conformadas aberturas en forma de persianas.
9.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que la lamina (57) elastica presenta una secci6n menor o igual a la de la cinta (22) metalica.
10.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado por que la lamina (57) elastica presenta una resistividad mayor o igual que la de la cinta (22) metalica.
11.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el interruptor (25) electr6nico esta integrado en el soporte (50) metalico de conexi6n a traves de las pistas conformadas por el citado soporte.
12.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11, caracterizado por que en el soporte (50) metalico de conexi6n estan conformadas alas (52) que facilitan la disipaci6n de calor del interruptor (25) electr6nico por el aire que atraviesa el m6dulo (20) calefactor.
13.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizado por que el extremo de la lamina (57) elastica solidario al soporte (40) aislante esta soldado de manera permanente al borne (56) de conexi6n independiente electricamente del soporte (50) metalico de conexi6n permitiendo asf la conexi6n electrica de la cinta o de la lamina elastica a un borne externo o conductor (35) electrico.
14.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que cada m6dulo (20) calefactor comprende ademas al menos una protecci6n (61) de tipo reversible o rearmable unida de forma directa o indirecta a la cinta (22) metalica que impide un calentamiento excesivo.
15.Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 14, caracterizado por que la protecci6n (61) reversible es un captador o detector termico que envfa una informaci6n al circuito (30) de control, relativa a la temperatura de la cinta

(22) metalica o de la lamina (57) elastica con el fin de que el circuito (30) de control corte la alimentaci6n electrica en el caso de un calentamiento excesivo.
16.Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 15, caracterizado por que el captador o detector termico esta termicamente unido a la lamina (57) elastica.
17.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 y 16, caracterizado por que el captador o detector termico comprende un elemento elegido de entre una resistencia CTN, una resistencia CTP, un bimetal y un interruptor polimerico de efecto CTP.
18.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 16, caracterizado por que ademas la lamina

(57) elastica posee un efecto CTP garantizando asf la funci6n de captador termico.
19.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado por que cada m6dulo (20) calefactor presenta una potencia de calentamiento comprendida entre 0 y 500W y preferentemente entre 300W y 400W.
20.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado por que la carcasa (12) comprende un conjunto de alveolos (14) destinados a alojar y a sujetar en su sitio a cada m6dulo (20) calefactor.
21.Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 20, caracterizado por que la carcasa (12) aloja a una tapa (39).
22.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado por que el circuito (30) de control comprende medios de variaci6n de la potencia proporcionada por el radiador mediante la modulaci6n de la tensi6n de alimentaci6n enviada a cada m6dulo (20) calefactor.
23.Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 22, caracterizado por que el circuito (30) de control comprende medios de variaci6n de la potencia proporcionada mediante modulaci6n de anchura de impulsos.
24.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado por que los diferentes m6dulos (20) calefactores comprenden cintas (22) metalicas que tienen resistencias sensiblemente identicas.
25.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado por que cada cinta (22) metalica de cada m6dulo (20) calefactor presenta un periodo de ondulaci6n de longitud comprendida entre 1,8 mm y 6 mm.
26.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado por que cada cinta (22) metalica de cada m6dulo calefactor presenta una amplitud pico a pico entre crestas de ondulaciones comprendida entre 5 mm y 20 mm.
27.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, caracterizado por que cada cinta (22) metalica de cada m6dulo calefactor tiene una anchura comprendida entre 5 mm y 20 mm.
28.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, caracterizado por que cada cinta (22) metalica de cada m6dulo calefactor tiene un espesor comprendido entre 50 Im y 250 Im y preferentemente de entre 80 Im y 180 Im.
29.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 28, caracterizado por que cada cinta (22) metalica de cada m6dulo calefactor es de un material elegido de entre una aleaci6n de hierro y una aleaci6n de cobre.
30.Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 29, caracterizado por que la aleaci6n de cobre es una aleaci6n elegida de entre el CuNi30, el CuNi45 y el CuNi18Zn20.
31.Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 29, caracterizado por que el material es una aleaci6n que presenta un efecto de resistencia a coeficiente de temperatura positivo.
32.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 31, caracterizado por que aberturas en forma de persianas (26) estan conformadas en cada cinta (22).
33.Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 32, caracterizado por que las persianas (26) comprenden aletas (26a) que forman un angulo comprendido entre 20° y 35° con respecto al plano de la cinta (22).
34.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 33, caracterizado por que cada cinta (22) esta provista de un revestimiento aislante electrico y/o de protecci6n contra la corrosi6n.
35.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 33, caracterizado por que cada cinta (22) metalica presenta un perfil elegido de entre un perfil sinusoidal, un perfil triangular, un perfil rectangular y un perfil trapezoidal.
36.Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, que comprende ademas un generador (7) de flujo de aire, caracterizado por que los interruptores (25) electr6nicos controlados por el circuito (30) de control impiden la alimentaci6n electrica de los m6dulos (20) calefactores cuando el caudal de aire que atraviesa el radiador

(10) es menor que un valor mfnimo, con el fin de garantizar una protecci6n contra un calentamiento excesivo.
37.Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 36, en el cual el generador (7) de flujo de aire comprende un soplador (3), caracterizado por que se proporcionan medios para proporcionar al circuito (30) de control una senal representativa de la velocidad de giro del soplador para impedir la alimentaci6n electrica de los m6dulos calefactores cuando la velocidad de giro del soplador es menor que un umbral predeterminado.
38.Aparato de calefacci6n o climatizaci6n para vehfculo autom6vil, caracterizado por que comprende un dispositivo de calentamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 37.
39.Aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 38, caracterizado por que comprende un radiador electrico situado aguas aval de un intercambiador de calor de lfquido en un canal de circulaci6n de aire.
40.Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 38 y 39, caracterizado por que el radiador electrico esta situado en las cercanfas de una boca de salida de aire.