FR2954467A1

FR2954467A1 - Dispositif de chauffage electrique et appareil de chauffage correspondant

Info

Publication number: FR2954467A1
Application number: FR0906300A
Authority: FR
Inventors: Souza Stephane De; Philippe Legros
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-24
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: EP2516937A2; EP2516937B1; CN103080665B; JP2013528765A; FR2954467B1; JP5746212B2; CN103080665A; WO2011076834A3; WO2011076834A2

Abstract

L'invention concerne un dispositif de chauffage électrique pour réchauffer un flux d'air comportant un cadre (21) de forme générale sensiblement parallélépipédique avec une face d'entrée d'air et une face opposée de sortie d'air, le cadre (21) recevant un nombre prédéterminé de modules chauffants (27) électriques dans des logements (29) associés du cadre (21) destinés à être traversés par le flux d'air à réchauffer. Selon l'invention, le cadre (21) comporte sur les faces d'entrée (A) et de sortie (B) d'air du cadre (21) une pluralité de nervures (39) de renfort structurel et de guidage desdits modules chauffants (27) dans les logements (29) associés du cadre (21), lesdites nervures (39) étant orientées selon une direction oblique par rapport à la direction d'insertion (D) desdits modules chauffants (27) dans lesdits logements (29). L'invention concerne encore un appareil de chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile comprenant un tel dispositif de chauffage.

Description

-1- Dispositif de chauffage électrique et appareil de chauffage correspondant L'invention concerne un dispositif de chauffage électrique destiné à être traversé par un flux d'air à réchauffer. L'invention s'applique plus particulièrement aux appareils 5 de chauffage et/ou climatisation pour véhicules automobiles. De façon habituelle, le réchauffage de l'air destiné au chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, ainsi qu'au désembuage et au dégivrage est assuré par passage d'un flux d'air à travers un échangeur de chaleur, plus précisément par un échange de chaleur entre le flux d'air et un liquide, en général le liquide de refroidissement du 10 moteur. Cependant, ce mode de chauffage peut s'avérer inadapté ou insuffisant pour garantir un chauffage rapide et efficace de l'habitacle, notamment dans certaines situations telles que : un préconditionnement avant démarrage du moteur pour assurer un réchauffement 15 de l'habitacle, ainsi qu'un dégivrage ou désembuage, de façon télécommandée ou pré-programmée, avant utilisation du véhicule en environnement très froid, une montée très rapide souhaitée de la température dans l'habitacle, une incapacité de l'échangeur de chaleur à fournir les calories nécessaires à un réchauffage satisfaisant de l'air pour assurer les fonctions de chauffage ainsi que de 20 dégivrage et désembuage éventuels, comme cela se produit pendant un certain temps après démarrage, avec certains types de moteurs à faible déperdition thermique. Pour pallier ces inconvénients, une solution connue consiste à adjoindre à l'échangeur de chaleur un dispositif de chauffage électrique, autrement appelé radiateur électrique, disposé en aval de l'échangeur dans le conduit de circulation d'air à 25 réchauffer. Ce dispositif de chauffage électrique comporte des modules chauffants électriques disposés dans des logements d'un cadre du dispositif de chauffage de manière à être exposés directement à l'air traversant le dispositif de chauffage électrique pour réaliser un appoint de chaleur quasiment immédiat. 30 Cependant, on a constaté que le cadre recevant les modules chauffants peut TFRO758 2954467 -2- présenter une structure trop flexible pouvant altérer ou détériorer les modules chauffants. De plus, lors de l'assemblage des modules chauffants dans le cadre, on peut rencontrer des difficultés d'insertion des modules chauffants dans les logements associés 5 du cadre. L'invention a donc pour objectif un dispositif de chauffage électrique permettant de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. À cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de chauffage électrique pour réchauffer un flux d'air comportant un cadre de forme générale sensiblement 10 parallélépipédique avec une face d'entrée d'air et une face opposée de sortie d'air, le cadre recevant un nombre prédéterminé de modules chauffants électriques dans des logements associés du cadre destinés à être traversés par le flux d'air à réchauffer, caractérisé en ce que le cadre comporte sur les faces d'entrée et de sortie d'air du cadre une pluralité de nervures de renfort structurel et de guidage desdits modules chauffants 15 dans les logements associés du cadre, lesdites nervures étant orientées selon une direction oblique par rapport à la direction d'insertion desdits modules chauffants dans lesdits logements. La direction oblique des nervures permet d'éviter que les modules chauffants butent contre les nervures pendant la phases d'insertion/translation desdits modules, 20 contrairement à des nervures perpendiculaires par rapport à la direction d'insertion des modules chauffants, ce qui facilite l'assemblage du dispositif de chauffage. En outre, ces nervures obliques permettent également un renfort structurel du cadre en améliorant le comportement en torsion du cadre. Ledit dispositif de chauffage peut en outre comporter une ou plusieurs 25 caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : lesdites nervures présentent respectivement une forme générale sensiblement en « X », deux nervures de renfort et de guidage consécutives sont respectivement disposées sur la face d'entrée d'air et sur la face de sortie d'air du cadre, 30 - la distance entre deux nervures de renfort et de guidage consécutives est choisie de TFR0758 2954467 -3- manière à assurer un guidage continu desdits modules chauffants, lesdites nervures sont agencées de façon sensiblement symétriques par rapport à un axe de symétrie du cadre, lesdites nervures forment un angle compris entre 2 et 88° avec ladite direction d'insertion. L'invention concerne également un appareil de chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage électrique tel que défini précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement 10 à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue partielle schématique d'un appareil de chauffage pour véhicule automobile, la figure 2 illustre un dispositif de chauffage électrique de l'appareil de la figure 1, 15 la figure 3 représente un exemple de réalisation d'un module chauffant du dispositif de chauffage de la figure 2, la figure 4 illustre un exemple de cadre pour maintenir les modules chauffants du dispositif de chauffage de la figure 2, et la figure 5 est une vue en perspective partielle du cadre de la figure 4. 20 Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références. La figure 1 montre une partie d'un appareil de chauffage et/ou climatisation 1 de véhicule automobile, comprenant un boîtier 3 délimitant un canal 5 pour le passage du flux d'air à réchauffer. Le canal 5 amène l'air vers des bouches de chauffage et de 25 désembuage/dégivrage 7,9 pour être distribué sélectivement dans l'habitacle selon les positions de volets de mixage et de distribution 11. Le débit d'air dans le canal 5 est produit par un ventilateur 13, ou pulseur, recevant de l'air extérieur ou de l'air de circulation en provenance de l'habitacle. Le réchauffage de l'air, lorsqu'il est nécessaire, est assuré par un échangeur de chaleur à liquide éventuel 15, utilisant le liquide de 30 refroidissement du moteur comme liquide caloporteur et par un dispositif de chauffage TFRO758 2954467 -4- électrique 17, autrement appelé radiateur électrique. L'échangeur 15 et le radiateur électrique 17 sont disposés dans le canal 5, le premier étant situé en amont du second. En l'absence d'échangeur 15, le chauffage de l'air est assuré par le seul dispositif de chauffage électrique 17. 5 En référence à la figure 2, un tel dispositif de chauffage électrique 17 traversé par le flux d'air à réchauffer comprend un bloc de chauffage 19 comprenant un cadre 21 de forme générale sensiblement parallélépipédique avec deux faces opposées d'entrée et de sortie d'air, un boîtier de commande 23 du bloc de chauffage 19, autrement appelé « driver », fixé sur un côté du cadre 21, et par exemple un talon 25 formé d'une seule pièce avec le cadre 21 par moulage sur le côté du cadre 21 opposé au côté portant le boîtier de commande 23. Un tel dispositif de chauffage électrique 17 pouvant atteindre en fonctionnement des températures élevées, par exemple de l'ordre de 150°C, le cadre 21 est réalisé en un matériau, par exemple plastique, capable de supporter ces températures élevées atteintes en fonctionnement. Ce dispositif de chauffage électrique 17 peut être dans un appareil 1 mono-zone, c'est à dire qu'il permet de réchauffer l'ensemble de l'habitacle, ou encore multi-zones pour réchauffer plusieurs zones distinctes de l'habitacle, afin de séparer par exemple le côté conducteur du côté passager ou encore le désembuage et le chauffage des pieds.

Pour cela, on peut prévoir dans l'appareil 1, une séparation agencée par exemple sensiblement au milieu du cadre 21 en s'étendant parallèlement à un côté longitudinal du cadre 21 au niveau de l'axe Al et éventuellement une autre séparation agencée par exemple sensiblement au milieu du cadre 21 en s'étendant parallèlement à un côté latéral du cadre 21 au niveau de l'axe A2, pour diviser le cadre 21 par exemple en quatre portions distinctes avant gauche, avant droit, arrière gauche et arrière droit, réchauffant respectivement une zone distincte associée de l'habitacle. Le réchauffage du flux d'air est assuré par des modules chauffants 27 agencés dans des logements 29 du cadre 21 de façon à être traversés par le flux d'air à réchauffer, ces logements 29 étant délimités dans l'exemple illustré, par des parois longitudinales du cadre 21 et peuvent être intercalés entre des zones ajourées 30 du TFR0758 2954467 -5- cadre 21 pour réguler le débit d'air. Le nombre de modules chauffants 27 est déterminé en fonction de la puissance calorifique totale requise suivant l'application. Ces modules chauffants 27 sont disposés parallèlement les uns aux autres et s'étendent sur toute la longueur du cadre 21 du bloc 5 de chauffage 19, de manière à être exposés directement au flux d'air traversant le bloc de chauffage 19. Un module chauffant 27 peut comporter des éléments résistifs de type à coefficient de température positif (CTP). Ces éléments sont protégés contre des échauffements excessifs ou contre une surintensité.

10 Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 3, un module chauffant 27 comporte deux électrodes 31 qui s'étendent longitudinalement, chacune enserrant un dissipateur thermique 33 formé par exemple d'un ruban métallique plissé ou ondulé et venant en appui contre les éléments résistifs ou pierres CTP 35. Pour plus de clarté, le dissipateur thermique 33 n'est pas représenté dans son intégralité sur la figure 3. Bien 15 entendu, le dissipateur thermique 33 s'étend sur toute la longueur dans l'électrode 31. Selon une autre variante de réalisation du module chauffant 27 (non représentée), les électrodes prennent en sandwich les éléments résistifs alors que les dissipateurs thermiques formés par le ruban métallique sont placés contre les faces extérieures libres desdites électrodes. En d'autres termes, le module chauffant 27 20 comporte deux dissipateurs thermiques qui enserrent deux électrodes entre lesquelles sont placées des pierres CTP ou éléments résistifs. Les deux électrodes 31 d'un module chauffant 27 sont parcourues par l'intermédiaire de deux terminaux 37 par des potentiels électriques différents, par exemple un premier potentiel disponible dans le véhicule, tel que la tension de batterie, 25 et un second potentiel, tel que la masse. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, lorsque trois modules chauffants 27 sont prévus, on a alors une rangée de six terminaux 37 à alimenter en énergie électrique. En se référant aux figures 2, 4 et 5, on constate que le cadre 21 comporte des moyens de guidage et éventuellement des moyens de maintien des modules chauffants 30 27 dans les logements 29 du cadre 21. TFR0758 2954467 -6- Concernant les moyens de guidage, le cadre 21 comporte sur ses faces d'entrée A et de sortie B d'air une pluralité de nervures de guidage 39 par exemple de forme générale en « X », orientées selon une direction oblique par rapport à la direction d'insertion D des modules chauffants dans les logements 29 du cadre 21 représentée par 5 la flèche, en formant par exemple un angle compris entre 2 et 88°. Avec une telle orientation, le guidage des modules chauffants 27 lors de leur insertion dans le cadre 21 est facilité. De plus, ces nervures de guidage 39 assurent également un renfort structurel du cadre 21 limitant la flexibilité du cadre 21 améliorant ainsi le comportement mécanique 10 en torsion du cadre 21. On peut prévoir des nervures supplémentaires 41 perpendiculaires à la direction d'insertion D au niveau des logements 29 et/ou des zones ajourées 30 pour un renfort local du cadre 21. Les nervures 39 peuvent être disposées à la fois de part et d'autre des logements 29 du cadre 21 pour recevoir les modules chauffants 27 et de part et d'autre des zones 15 ajourées 30 du cadre 21. Lorsqu'un module chauffant 27 est inséré dans un logement 29 du cadre 21, le point de contact entre le module chauffant 27 se déplace le long de la nervure 39 au niveau du logement 29. Les nervures 39 peuvent également être disposées alternativement sur la face d'entrée d'air A et sur la face de sortie d'air B du cadre 21. Plus précisément, lorsqu'une 20 première nervure 39 est disposée sur la face d'entrée d'air A, la nervure consécutive est disposée sur la face de sortie d'air B. Dans ce cas, les nervures 39 sur les deux faces A,B opposées ne sont pas en vis-à-vis mais sont décalées de manière à équilibrer les pertes de charges. On notera que le cadre 21 et les nervures 39 forment une seule pièce unitaire 25 formé par moulage d'une matière plastique. Ainsi, lorsqu'un module chauffant 27 est inséré dans un logement 29 associé du cadre 21, par la gauche sur les figures 2 et 4 selon la direction d'insertion D, le module chauffant 27 est guidé en continu le long du logement 29 successivement par les nervures 39.

30 A cet effet, entre deux nervures 39 consécutives, plus précisément entre le TFR0758 2954467 -7- dernier point de contact P1 d'une première nervure 39 avec le module chauffant 27 inséré, et le premier point de contact de la deuxième nervure 39 consécutive, la distance d est calculée pour garantir le guidage continu du module chauffant 27 durant son insertion.

5 De plus, les nervures 39 peuvent être agencées de façon sensiblement symétriques par rapport à un ou aux deux axes Al et A2 de symétrie du cadre 21 de manière à équilibrer les pertes de charges haut/bas et/ou gauche/droite. On notera tout particulièrement que les points de croisement de trois nervures 39 en « X » consécutives ne sont pas alignés sur un même axe, ces points de croisement 10 sont donc décalés les uns par rapport aux autres dans la direction perpendiculaire à au sens d'introduction D des modules chauffants 27, c'est-à-dire dans la direction A2. On notera aussi que un ou plusieurs points de croisement de nervures 39 en « X » sont placés sur la bord qui délimite le logement 29, c'est-à-dire au droit de la paroi qui est à la frontière entre le logement et la zone ajourée 30 contiguë. On limite 15 ainsi l'impact négatif sur la perte de charge qu'un tel croisement peut créer en le superposant avec un autre élément de structure du cadre. De la même manière, un ou plusieurs points de croisement de nervures 39 en « X » sont placés au droit des pierres CTP ou éléments résistifs d'un module chauffant 27.

20 Le cadre 21 peut présenter encore d'autres moyens supplémentaires de guidage des modules chauffants 27 tels qu'une ou plusieurs saillies 43 sur les parois des logements 29 s'étendant vers l'intérieur des logements 29. En ce qui concerne les moyens de maintien des modules chauffants 27 dans le cadre 21, le cadre 21 peut présenter des crochets flexibles 45, par exemple de forme 25 générale sensiblement en « S » servant de butées flexibles contre les extrémités des modules chauffants 27. Le cadre 21 peut encore présenter des languettes flexibles 47 pour exercer une force de frottement sur le module chauffant 27. À cet effet, les languettes 47 forment un angle non nul par rapport à la direction d'insertion D des modules chauffants 27 dans les 30 logements 29. TFR0758 2954467 -8- Par ailleurs, le cadre 21 peut être fixé par exemple par clipsage au boîtier 23 et peut comporter à cet effet, des fourreaux de clipsage 51 dans lesquels s'insèrent des organes de clipsage 53 complémentaires portés par le boîtier 23. Ce boîtier de commande 23 est quant à lui réalisé dans un matériau capable de 5 supporter les températures élevées atteintes en fonctionnement du dispositif de chauffage 17 et peut être formé d'un corps de boîtier 23a et d'un couvercle 23b fixés entre eux par exemple par clipsage par le biais de moyens de clipsage 54. De plus, le boîtier 23 comporte un circuit d'alimentation électrique monté sur un support tel qu'une carte à circuit imprimé et relié à une source d'alimentation électrique 10 par l'intermédiaire de deux conducteurs métalliques 55 et 55', également appelés « bus barres », dont un premier 55 peut être mis au premier potentiel, et le second 55' au second potentiel. À titre d'exemple, le circuit d'alimentation électrique comporte des transistors électroniques (non représentés) pour autoriser ou non le passage du courant dans les modules chauffants 27.

15 En outre, des terminaux 57 reliés aux conducteurs 55,55' conduisent le courant électrique vers les terminaux 37 des modules chauffants 27 quand le transistor concerné autorise . le passage du courant. Dans l'exemple illustré dans lequel le dispositif de chauffage électrique 17 comporte trois modules chauffants 27, six terminaux 57 sont prévus pour alimenter en énergie les six terminaux correspondants 37 des modules 20 chauffants 27. À cet effet, les terminaux 37 et 57 sont connectés par exemple par soudage ou encore par clinchage obtenant alors un point de clinchage 59 lors de la connexion. De plus, le circuit d'alimentation électrique peut recevoir des informations sur la puissance à délivrer à travers un connecteur 61.

25 Par ailleurs, pour compenser le déséquilibre de pertes de charges dues aux ouvertures nécessaires pour la connexion des terminaux 37 et 57 traversées par le flux d'air à réchauffer, le talon 25 opposé au boîtier 23 peut être un talon d'équilibrage de pertes de charge présentant des ouvertures 63 destinées à être traversées par le flux d'air à réchauffer.

30 On comprend donc que la structure du cadre 21 avec les nervures 39 servant à la TFR0758 2954467 -9- fois pour le guidage des modules chauffants 27 lors de l'insertion dans le cadre 21 et pour le renfort structurel du cadre, permet de faciliter l'assemblage du dispositif de chauffage 17 et d'éviter la détérioration des modules chauffants 27 qui serait due à une trop grande flexibilité du cadre 21 maintenant les modules chauffants 27. TFRO758

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage électrique pour réchauffer un flux d'air comportant un cadre (21) de forme générale sensiblement parallélépipédique avec une face d'entrée d'air (A) et une face (B) opposée de sortie d'air, le cadre (21) recevant un nombre prédéterminé de modules chauffants (27) électriques dans des logements (29) associés du cadre (21) destinés à être traversés par le flux d'air à réchauffer, caractérisé en ce que le cadre (21) comporte sur les faces d'entrée (A) et de sortie (B) d'air du cadre (21) une pluralité de nervures (39) de renfort structurel et de guidage desdits modules chauffants (27) dans les logements (29) associés du cadre (21), lesdites nervures (39) étant orientées selon une direction oblique par rapport à une direction d'insertion (D) desdits modules chauffants (27) dans lesdits logements (29).
2. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites nervures (39) présentent respectivement une forme générale sensiblement en « X ».
3. Dispositif de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que un ou plusieurs points de croisement de nervures (39) en forme de « X » sont placés sur un bord qui délimite le logement (29) et une zone ajourée (30) contiguë.
4. Dispositif de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que un ou plusieurs points de croisement de nervures (39) en forme de « X » sont placés au droit des pierres CTP ou éléments résistifs d'un module chauffant (27).
5 Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que deux nervures (39) de renfort et de guidage consécutives sont respectivement disposées sur la face d'entrée d'air (A) et sur la face de sortie d'air (B) du cadre (21).
6. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance (d) entre deux nervures (39) de TFR0758 2954467 -11- renfort et de guidage consécutives est choisie de manière à assurer un guidage continu desdits modules chauffants (27).
7. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites nervures (39) sont agencées de 5 façon sensiblement symétriques par rapport à un axe de symétrie (A 1,A2) du cadre (21).
8. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites nervures (39) forment un angle compris entre 2 et 88° avec ladite direction d'insertion. 10
9. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre (21) et les nervures (39) forment une pièce unitaire.
10. Appareil de chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage électrique (17) 15 selon l'une quelconque des revendications précédentes. TFR0758