FR3073038A1

FR3073038A1 - Tube pour dispositif de chauffage pour vehicule automobile a relief en saillie vers l'interieur

Info

Publication number: FR3073038A1
Application number: FR1760228A
Authority: FR
Inventors: Erwan Gogmos; Yann Couapel
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-05-03

Abstract

L'invention concerne un tube (22) pour dispositif de chauffage (10) pour véhicule automobile, comprenant sur au moins une partie de sa longueur, une section (30) entourant un trou central (38), la section (30) ayant deux parois principales (32) et deux parois latérales (34), au moins l'une des parois principales (32) ayant aux moins un relief (40) en saillie vers l'intérieur du tube (22). L'invention se rapporte aussi à un module de chauffage comprenant un tel tube (22) et à un dispositif de chauffage comprenant une pluralité de tels modules de chauffage.

Description

La présente invention concerne un tube pour dispositif de chauffage pour véhicule automobile, notamment pour dispositif de chauffage à haute tension pour véhicule automobile électrique ou hybride. L’invention se rapporte également à un module de chauffage pour dispositif de chauffage pour véhicule automobile comportant un tel tube, et à un dispositif de chauffage pour véhicule automobile comprenant une pluralité de tels modules.

Il est connu de munir un véhicule automobile d’un dispositif de chauffage. Un tel dispositif de chauffage peut notamment être mis en œuvre pour chauffer de l’air avant qu’il ne pénètre dans l’habitacle du véhicule automobile.

Dans le cadre des véhicules automobiles électriques, en particulier, il est connu de mettre en œuvre un dispositif de chauffage dit « à haute tension ». Un tel dispositif de chauffage est classiquement alimenté par une tension comprise entre 100 V et 1000 V.

Ce dispositif de chauffage peut notamment être intégré à une unité de chauffage, ventilation et climatisation (dite «unité HVAC » de l’anglais «heating, ventilation and air-conditioning »). Dans ce cas, le dispositif de chauffage est par exemple disposé en aval du cœur de chauffage du liquide de refroidissement.

Un tel dispositif de chauffage comprend classiquement des unités de chauffage, reçues chacune dans un tube, les tubes étant en contact avec des plaques et/ou des ailettes visant à améliorer l’échange thermique avec l’air à chauffer. Chaque unité de chauffage comprend par exemple un ou plusieurs corps de chauffe, alimenté/s électriquement par deux électrodes, l’ensemble du/des corps de chauffe et des deux électrodes étant recouvert par des plaques isolantes électriques. Le corps de chauffe est par exemple une pierre en matériau à résistance à coefficient de température positif (ou PTC, de l’anglais « positive température coefficient »).

Pour la fabrication du dispositif de chauffage, il est donc nécessaire que chaque tube soit suffisamment haut pour permettre l’insertion à l’intérieur d’une unité de chauffage. Toutefois, à la fin du procédé de fabrication, il est nécessaire que la hauteur initiale du tube ait été réduite afin de prendre en sandwich l’unité de chauffage, ceci afin de permettre, notamment, des contacts électriques corrects entre les électrodes et le ou les corps de chauffe.

Pour ce faire, il est connu de presser le tube selon la direction de sa hauteur.

Cependant, un tel pressage s’avère difficile à contrôler pour permettre la prise en sandwich de l’unité de chauffage dans le tube, sans endommager les composants de cette unité de chauffage.

En outre, l’unité de chauffage est susceptible de bouger à l’intérieur du tube entre son insertion et le moment du pressage du tube.

Un but de l’invention est de proposer un tube pour dispositif de chauffage pour véhicule automobile, notamment destiné à recevoir une unité de chauffage et, le cas échéant, à être relié thermiquement à des ailettes ou des plaques d’échange thermique, permettant de faciliter la fabrication d’un dispositif de chauffage pour véhicule automobile.

À cet effet, l’invention propose un tube pour dispositif de chauffage pour véhicule automobile, comprenant sur au moins une partie de sa longueur, une section entourant un trou central, la section ayant deux parois principales et deux parois latérales, au moins l’une des parois principales ayant aux moins un relief en saillie vers l’intérieur du tube.

Ainsi, avantageusement, le ou les reliefs en saillie sont adaptés à limiter voire à empêcher les mouvements d’une unité de chauffage à l’intérieur du tube, en particulier entre l’instant où l’unité de chauffage est insérée dans le tube et l’instant où le tube est pressé pour maintenir l’unité de chauffage serrée entre des parois du tube, notamment entre les parois principales du tube.

Le procédé de fabrication d’un dispositif de chauffage incluant un tel tube s’en trouve simplifié.

De préférence, le tube pour dispositif de chauffage pour véhicule automobile selon l’invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

chaque paroi principale a au moins un relief en saillie vers l’intérieur du tube, les reliefs étant de préférence disposés de manière symétrique par rapport à un axe central du tube ;

chaque paroi principale a au moins deux reliefs en saillie vers l’intérieur du tube, les reliefs en saillie étant de préférence disposés symétriquement par rapport à un plan médian commun aux deux parois principales ; et chaque relief est une nervure.

Selon un autre aspect, l’invention se rapporte à un module de chauffage pour dispositif de chauffage pour véhicule automobile comprenant, une unité de chauffage et un tube tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons, l’unité de chauffage étant reçue dans le tube de chauffage, le ou les reliefs en saillie vers l’intérieur du tube coopérant avec l’unité de chauffage pour limiter voire empêcher les mouvements de l’unité de chauffage dans le tube, notamment selon une direction transversale par rapport au tube.

L’unité de chauffage peut comprendre au moins un corps de chauffe, deux électrodes en contact avec le ou les corps de chauffe, et deux couches d’isolant électrique, chaque couche d’isolant électrique s’étendant entre une électrode respective et une paroi principale ou latérale respective.

Chaque couche d’isolant électrique peut être formée par une plaque d’isolant électrique.

Le ou les corps de chauffe peuvent être des pierres à résistance à coefficient de température positif.

L’invention se rapporte aussi à un dispositif de chauffage pour véhicule automobile comprenant une pluralité de modules de chauffage tels que décrits ci-avant dans toutes leurs combinaisons, et des ailettes d’échange thermique fixées sur les tubes.

Le dispositif de chauffage peut comprendre en outre une unité électronique de commande reliée électriquement aux électrodes pour commander l’alimentation électrique desdites électrodes.

Selon encore un autre aspect, l’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un dispositif de chauffage pour véhicule automobile comprenant les étapes consistant à :

i) Fournir au moins un tube tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons ;

ii) Fournir une unité de chauffage ;

iii) Insérer l’unité de chauffage dans le tube ; et iv) Presser le tube.

Avantageusement, du fait de la présence du ou des reliefs en saillie vers l’intérieur du tube, les déplacements de l’unité de chauffage sont limités voire empêchés entre les étapes iii) et iv).

Selon des modes de réalisation particulier, le procédé selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

le procédé comprend une étape de fixation d’ailettes d’échange thermique sur les parois principales du tube, cette étape étant de préférence mise en œuvre après l’étape iv) ;

l’unité de chauffage comprend un corps de chauffe, deux électrodes et deux couches d’isolant entre chaque électrode et une paroi du tube ;

le corps de chauffe est une pierre à résistance à coefficient de température positif ;

les couches d’isolant sont formées par des plaques d’isolant ; et l’étape i) consiste à extrader le tube, le ou les reliefs en saillie étant de préférence réalisés sous forme de nervures réalisées durant l’extrusion.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels :

les figures 1 et 2 représentent schématiquement une vue en coupe selon la ligne de coupe I-I et une vue de côté, respectivement, d’un exemple de dispositif de chauffage pour véhicule automobile ;

la figure 3 illustre un détail de la figure 1 ; et les figures 4 à 7 représentent en coupe transversale, différents exemples de modules pouvant être mis en œuvre dans le dispositif de chauffage pour véhicule automobile illustré aux figures 1 à 3.

Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires, ayant une fonction identique ou analogue, portent les mêmes références. La description de leur structure et de leur fonction n’est donc pas systématiquement reprise.

Les figures 1 et 2 montrent un exemple de dispositif de chauffage 10 à haute tension pour véhicule automobile respectivement en vue en coupe selon la ligne de coupe I-I de la figure 2, et en vue de côté. Un tel dispositif de chauffage 10 est en particulier mis en œuvre dans les véhicules automobiles électriques et hybrides. Un tel dispositif de chauffage 10 est par exemple alimenté par un courant électrique dont la tension est comprise entre 100 V et 1000 V.

Un tel dispositif de chauffage 10 comprend une pluralité de modules de chauffage 12 en contact avec des ailettes 14 d’échanges thermiques, le tout étant ici enfermé entre deux plaques 16 d’un boîtier du dispositif de chauffage 10. Les modules de chauffage 12 sont superposés les uns par rapport aux autres, selon une direction d’empilement Y. Deux jeux d’ailettes 14 s’étendant entre chaque couple de modules de chauffage 12 voisins, un jeu d’ailettes 14 étant en contact avec un module de chauffage 12 respectif. Les modules de chauffage 12 s’étendent principalement selon une direction longitudinale X. La direction longitudinale X des modules de chauffage 12 est ici perpendiculaire à la direction Y d’empilement des modules de chauffage 12. Dans l’exemple illustré, chaque module de chauffage 12 est alimenté électriquement par un câble électrique 18 respectif. L’alimentation électrique des modules de chauffage peut être réalisée au moyen d’une unité électronique de commande 19.

Un module électrique 12 est plus particulièrement visible sur la figure 3, illustrant le détail A de la figure 1.

Le module électrique 12 comprend essentiellement une unité de chauffage 20 reçue dans un tube 22. Plus précisément, l’unité de chauffage 20 comporte, dans l’exemple illustré, un corps de chauffe 24, enserré entre deux électrodes 26, et deux plaques 28 d’isolant électrique enserrant l’ensemble formé par le corps de chauffe 24 et les deux électrodes 26. Par plaque, on entend ici tout corps autoportant présentant une dimension nettement réduite par rapport à ses deux autres dimensions. Notamment, une dimension (son épaisseur) d’une plaque est cinq fois, de préférence dix fois, inférieure à ses autres dimensions (sa largeur et sa longueur).

Le corps de chauffe 24 est par exemple une pierre en matériau à résistance à coefficient de température positif. Ainsi, la résistance du corps de chauffe 24 augmente avec la température de ce corps de chauffe 24.

Les plaques 28 d’isolant électrique sont de préférence en un matériau bon conducteur de la chaleur, afin de permettre un échange de chaleur important entre le corps de chauffe 24 et l’air à chauffer entourant les tubes 22. Par exemple, les plaques 28 d’isolant électrique sont en l’un parmi l’alumine ou un matériau céramique ayant les propriétés décrites ci-dessus. L’utilisation de plaques 28 d’isolant électrique permet également une mise en place facilitée de l’isolant électrique autour de l’ensemble formé par le corps de chauffe 24 et les électrodes 26.

Les électrodes 26 peuvent également être réalisées sous forme de plaques. Ceci permet notamment une plus grande facilité de manipulation de ces électrodes 26 avant leur mise en place dans un tube 22. Les électrodes 26 peuvent notamment être en l’un parmi l’aluminium, du cuivre, du laiton.

Chaque tube 22 est par exemple en l’un parmi l’aluminium, le cuivre, le laiton. Chaque tube 22 peut être en un unique matériau ou peut être réalisé en différents matériaux, le tube pouvant alors être réalisé par assemblage de portion ou morceaux distincts.

Un tube 22 est maintenant décrit plus en détail. La figure 4 illustre la section transversale 30 du tube 22 de la figure 3, avant son installation dans le dispositif de chauffage 10 et avant un pressage réalisé afin que le tube 22 n’enserre l’unité de chauffage 20. Le tube 22 peut être de section transversale 30 constante sur sensiblement toute sa longueur. En variante, cependant, le tube 22 est de section transversale variable sur sa longueur. Le tube 22 est par exemple réalisé par extrusion.

Tel qu’illustré à la figure 4, la section transversale 30 du tube 22 comprend essentiellement deux parois principales 32 et deux parois latérales 34. Les deux parois latérales 34 sont ici légèrement bombées vers l’extérieur du tube. Chaque intersection de deux parois latérale 34 et principale 32 consécutives forme des sommets 36.

Ici, les sommets 36 définissent une forme de rectangle. Par conséquent, la section 30 du tube 22 est considérée comme étant globalement rectangulaire. Les parois principales 32 sont en effet, vues en section, plus longues que les parois latérales 34.

Les parois principales 32 peuvent être de même dimension, comme dans l’exemple illustré.

Alternativement, les parois principales 32 sont, vues en section, de longueurs différentes. Dans ce cas, la section du tube a une forme globalement trapézoïdale, les sommets 36 formant un trapèze.

Les parois latérales 34 sont de préférence sensiblement de même dimension.

Tels qu’illustrés, les quatre sommets 36 sont arrondis.

La section 30 entoure un trou 38 central recevant l’unité de chauffage 20.

Cependant, dans l’exemple de la figure 4, la section 30 du tube 22 a un relief 40 en saillie par rapport à l’une des parois principale 32 vers l’intérieur du tube 22. Comme cela est visible sur la figure 4, ce relief 40 permet de limiter voire d’empêcher les mouvements de l’unité de chauffage 20 à l’intérieur du tube 22. Ce relief 40 permet ainsi un meilleur maintien en position de l’unité de chauffage 20 dans le tube 22, notamment entre l’insertion de l’unité de chauffage 20 dans le tube 22 et le pressage du tube 22, visant à maintenir l’unité de chauffage 20 par serrage entre deux parois du tube 22, notamment entre les deux parois principales 32.

Avantageusement, le relief 40 est venu de matière avec la paroi 32 du tube 22 par rapport à laquelle il fait saillie dans le trou 38. Notamment, la paroi 32, de préférence l’ensemble des parois 32, 34, et le relief 40 sont réalisés simultanément par extrusion. Le relief 40 peut ainsi s’étendre sur toute la longueur du tube 22 ou sur une partie seulement de la longueur du tube 22. Notamment, le relief 40 peut s’étendre uniquement au voisinage des extrémités longitudinales du tube 22.

Le relief 40 peut avoir toute section adaptée. Notamment, la section du relief 40 peut être carrée, rectangulaire, trapézoïdale, en forme de demi-disque. D’autres formes sont accessibles à l’homme de l’art.

L’exemple de la figure 5 diffère de celui de la figure 4, essentiellement en ce que deux reliefs 40 s’étendent depuis une même paroi, ici une même paroi principale 32. Les reliefs 40 sont espacés d’une distance légèrement supérieure à la largeur du module de chauffage 20. Ainsi, les mouvements transversaux, selon la direction Z, du module de chauffage 20 à l’intérieur du tube 22 sont limités. En adaptant la distance entre les deux reliefs 40, il est possible de limiter encore ces mouvements transversaux voire de les empêcher.

Sur l’exemple de la figure 6, la section 30 du tube 22 a quatre reliefs 40. Deux reliefs 40 s’étendent depuis une première paroi principale 32, de manière similaire à l’exemple de la figure 5. Cependant, ici, deux autres reliefs 40 s’étendent depuis une deuxième paroi principale 32, opposée à la première paroi principale 32. Les deux autres reliefs 40 et leurs dispositions sont également sensiblement identiques à l’exemple de la figure 5.

Les quatre reliefs sont aussi disposés de manière symétrique par rapport à un plan P médian des parois principales.

L’intérêt principale des quatre reliefs 40 est de permettre de limiter les mouvements transversaux de l’unité de chauffage 20, selon la direction Z, même si ces mouvements transversaux s’accompagnent de mouvements verticaux, selon la direction Y d’empilement des module de chauffage 12.

Enfin, la figure 7 illustre un dernier exemple où un unique relief 40 s’étend depuis chaque paroi principale 32. Les deux reliefs 40 ainsi obtenus sont disposés symétriquement par rapport à l’axe longitudinale C du tube 22. Un tel exemple présente un compromis entre le nombre de reliefs 40 à réaliser, qui complexifient le tube 22 et donc augmente son coût, et l’efficacité des reliefs 40 qui se traduit essentiellement par une limitation des mouvements transversaux de l’unité de chauffage 20, selon la direction Z.

Le dispositif de chauffage 10 peut être réalisé en mettant en œuvre le procédé suivant.

Tout d’abord on fournit un ou plusieurs tubes 22, selon l’un des exemples décrits précédemment. De tels tubes peuvent notamment être réalisés par extrusion. Dans ce cas, il est intéressant que chaque tube 22 présente une section sensiblement constante sur toute sa longueur. Toutefois, il est possible que les tubes 22 présentent une section variable sur leurs longueurs. De même, les reliefs 40 décrits précédemment peuvent être réalisés par extrusion. Dans ce cas, en particulier, les reliefs 40 peuvent s’étendre continûment sur sensiblement toute la longueur des tubes 22. Alternativement, ces reliefs 40 peuvent être discontinus. Les reliefs 40 peuvent notamment s’étendre uniquement sur des portions de la longueur des tubes 22. Les reliefs 40 peuvent être venus de matière avec l’une des parois du tube 22 ou avec plusieurs parois du tube 22. Alternativement, les reliefs 40 peuvent être rapportés sur le tube 22.

Les ailettes 14 d’échange thermique peuvent être fixées aux tubes avant ou après que ceux-ci ne soient déformés. Les ailettes 14 sont fixées aux tubes 22, par exemple, par brasage.

On peut noter ici que la forme des ailettes 14 d’échange thermique est quelconque. On peut ainsi notamment choisir une forme des ailettes 14 particulière, permettant par exemple d’accroître les échanges thermiques avec l’air à chauffer.

On insère ensuite les unités de chauffage 20 dans les tubes 22. À ce stade, la hauteur hl du tube 22 est telle que la hauteur du trou 38 à l’intérieur des tubes est supérieure à la hauteur des unités de chauffage 20 pour faciliter l’insertion de ces unités de chauffage.

Cependant, du fait de la présence du ou des reliefs 40, les mouvements de l’unité de chauffage 20 dans le tube 22 sont limités. Ceci est particulier le cas pour les mouvements transversaux de l’unité de chauffage dans le tube 22.

On presse ensuite les tubes 22. Les tubes 22 peuvent être pressés et déformés les uns après les autres ou sensiblement simultanément. Il est cependant préférable, dans ce dernier cas, de prévoir des moyens d’absorber les variations de hauteur des tubes 22, ceci afin de limiter les risques de détachement des ailettes 14 d’échange thermique des tubes 22. Le pressage des tubes 22 permet de limiter la hauteur des tubes 22 à une valeur h2 telle que les parois principales 32 des tubes 22 enserrent les unités de chauffage 20 reçues, comme illustré à la figure 3.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.

En particulier, le dispositif de chauffage 10 décrit est un dispositif de chauffage de l’air. Cependant, il peut également s’agir d’un dispositif de chauffage d’eau ou de tout autre fluide.

Claims

REVENDICATIONS

1. Tube (22) pour dispositif de chauffage (10) pour véhicule automobile, comprenant sur au moins une partie de sa longueur, une section (30) entourant un trou central (38), la section (30) ayant deux parois principales (32) et deux parois latérales (34), au moins l’une des parois principales (32) ayant aux moins un relief (40) en saillie vers l’intérieur du tube (22).
2. Tube selon la revendication 1, dans lequel chaque paroi principale (32) a au moins un relief (40) en saillie vers l’intérieur du tube (22), les reliefs (40) étant disposés de manière symétrique par rapport à un axe central (C) du tube (22).
3. Tube selon la revendication 1, dans lequel chaque paroi principale (32) a au moins deux reliefs (40) en saillie vers l’intérieur du tube (22), les reliefs (40) en saillie étant disposés symétriquement par rapport à un plan médian (P) commun aux deux parois principales (32).
4. Tube selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque relief (40) est une nervure.
5. Module de chauffage (12) pour dispositif de chauffage pour véhicule automobile comprenant, une unité de chauffage (20) et un tube (22) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, l’unité de chauffage (20) étant reçue dans le tube de chauffage (22), le ou les reliefs (40) en saillie vers l’intérieur du tube (22) coopérant avec l’unité de chauffage (20) pour limiter voire empêcher les mouvements de l’unité de chauffage (20) dans le tube (22), notamment selon une direction transversale par rapport au tube (22).
6. Module de chauffage selon la revendication 5, dans lequel l’unité de chauffage (20) comprend au moins un corps de chauffe (24), deux électrodes (26) en contact avec le ou les corps de chauffe (24), et deux couches (28) d’isolant électrique, chaque couche (28) d’isolant électrique s’étendant entre une électrode (26) respective et une paroi principale (32) ou latérale (34) respective.
7. Module de chauffage selon la revendication 6, dans lequel chaque couche d’isolant électrique est formée par une plaque (28) d’isolant électrique.

5
8. Module de chauffage selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le ou les corps de chauffe (24) sont des pierres à résistance à coefficient de température positif.
9. Dispositif de chauffage (10) pour véhicule automobile comprenant une
10 pluralité de modules de chauffage (12) selon l’une des revendications 5 à 8, et des ailettes (14) d’échange thermique fixées sur les tubes (22).

10. Dispositif de chauffage selon la revendication 9, le dispositif de chauffage (10) comprenant en outre une unité électronique de commande (19) reliée
15 électriquement aux électrodes (26) pour commander l’alimentation électrique desdites électrodes (26).