WO2003009645A1 - Dispositif de chauffage electrique, notamment pour une installation de chauffage de vehicule automobile - Google Patents

Dispositif de chauffage electrique, notamment pour une installation de chauffage de vehicule automobile Download PDF

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WO2003009645A1 PCT/FR2002/002374 FR0202374W WO03009645A1 WO 2003009645 A1 WO2003009645 A1 WO 2003009645A1 FR 0202374 W FR0202374 W FR 0202374W WO 03009645 A1 WO03009645 A1 WO 03009645A1
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Noureddine Nadir
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Definitions

  • Electric heating device in particular for a motor vehicle heating installation.
  • the invention relates to air heating installations, in particular for motor vehicles.
  • the heating of the air intended for heating the passenger compartment of a motor vehicle with an internal combustion engine, as well as for demisting and defrosting, is ensured by heat exchange between an air flow and a engine coolant.
  • Such a device generally uses resistive elements with a positive temperature coefficient (PTC). These elements, due to the strong increase in their electrical resistance from a temperature threshold (Curie point), give the heating device the ability to self-regulate as a function of the temperature, which avoids excessive heating. potentially dangerous.
  • PTC resistors are usually in the form of blocks or stones which are arranged in bars. Each bar comprises a plurality of stones spaced from one another and fed in parallel between two electrodes. One of the electrodes may consist of a tube enclosing the bar, while the other electrode is in the form of a metal strip introduced into the bar and isolated from the wall of the tube.
  • heating bars are arranged in a support frame and are in contact with radiant elements such as spacers arranged between the bars or fins which extend transversely with respect to the bars and are crossed by them.
  • radiant elements such as spacers arranged between the bars or fins which extend transversely with respect to the bars and are crossed by them.
  • the switching of the power supply of the bars is ensured by means of components such as power transistors, ( ⁇ ux these are provided with radiators exposed to the air flow passing through the ifis ositifrde heating.
  • the aim of the invention is to simplify the production of a metric heating device having an integrated control electronics, in particular p-tr to reduce the cost thereof compared to the devices of the prior art.
  • an electric heating device comprising m "plurality of heating bars each having reactive elements arranged in parallel between two electrical conductors lying along the bar, an electronic circuit with components ⁇ power for switching the power supply to bars ⁇ ; es means of dissipation of the heat produced by the components "placed on an air flow passing through the heating device, the electrical circuit with the power components being supported by a heat dissipation plate mounted directly on the heating bars, t at the end of these, each heating rod comprising m tube containing the resistive elements, the heat dissipation plate * being mounted at one end of the tubes of the ch j fe ⁇ ts bars, device in which the tube constitutes one of the letric conductors in contact with the resistive elements of the bar.
  • the heat dissipation plate carrying the electronic circuit ègretégré in the heating device in the manner of a radiatsi ⁇ nté element on the heating bars.
  • the electronic circuit is carried by a printed circuit plate supported by the heat dissipation plate. At least one of the electrical conductors extending along each bar passes through the heat dissipation plate and the printed circuit board to be connected thereto.
  • FIG. 1 is a partial sectional view in elevation of an embodiment of a heating device according to the invention.
  • FIG. 2 is a partial sectional view along the plane II-II of Figure 1;
  • FIG. 3 is a detail view showing an alternative embodiment of the heating device of Figure 1; and - Figure 4 is an electrical diagram of the heating device of Figure 1.
  • FIGS 1 and 2 schematically show a heating device according to the invention for example for an air heating installation for a motor vehicle.
  • the heating device comprises several heating bars 10 (three are shown in FIG. 1, but their number may be greater).
  • the heating bars are associated with radiant elements in the form of fins 12.
  • the bars 10 extend transversely with respect to the fins 12 by being forcibly engaged in passages formed in the fins, so that good thermal contact is established between the bars 10 and the fins 12.
  • the bars 10 and fins 12 are mounted inside a frame 14.
  • the bars 10 each comprise a tube 100 of flattened shape in which are arranged resistive elements 102 spaced from one another along the tube 100.
  • the resistive elements 102 for example PTC stones, are clamped between an internal wall of the tube 100 and an electrode 104 extending along the tube 100, inside the latter.
  • the tube 100 is made of an electrically conductive metal, for example aluminum.
  • the electrode 104 is in the form of a metal strip, for example also made of aluminum.
  • An electrical insulator 106 is interposed between the electrode 104 and the internal wall of the tube 100 opposite to that in contact with the resistive elements 102.
  • the electrical supply of the resistive elements of the bars 10 is ensured by means of an electronic circuit 20.
  • This comprises a printed circuit board 200 mounted on a heat dissipation plate 202 with the interposition of an insulating layer 204.
  • the layer 204 is made of an electrically insulating but heat conducting material in the form of a sheet, for example a paper loaded with glass.
  • the printed circuit board 200 is fixed to the heat dissipation plate 202, for example by screw-nuts 203, or by bolting.
  • the heat dissipation plate 202 for example made of alumina, is mounted on the ends of the bars 10.
  • the plate 202 and the fins 12 are engaged at their ends in housings formed in opposite uprights of the frame 14.
  • the plate 202 has passages 206 in which the ends of the tubes 100 are force fitted and / or fixed by screw-nuts.
  • end portions 108 of the tubes 100 having passed through the passages 206 are cut and folded on the side of the plate 202 opposite to that where the bars 10 are located and are secured to the plate 202 for example by welding.
  • the plate 202 is hollowed out around the passages 206 to accommodate the parts 108 of the tubes 100.
  • This assembly can confer better resistance to vibrations at the connection between the bars 10 and the plate 202.
  • a good electrical and thermal connection is established between the bars 10 and the plate 202. This is connected to a reference potential (mass or potential + V as supplied for example by a motor vehicle battery) to which the tubes 100 and the fins 12 are consequently carried.
  • the electrodes 104 of the bars 10 are extended beyond the end of the latter connected to the plate 202 and pass through the passages 206 as well as passages formed through the insulating layer 204 as well as the printed circuit plate 200. ends 104a of the electrodes 104 protruding above the plate 200 are connected to the circuits thereof by welding, for example on connecting lugs 201.
  • the plate 200 carries components 208 which ensure the switching of the electrical supply of the bars 10 by selectively connecting the electrodes 104 to a supply terminal (not shown) brought to a potential + V for example the positive potential provided by a motor vehicle battery.
  • a protective cover 216 can cover the circuit 20 by being fixed on the plate 202.
  • FIG. 4 shows the electrical circuit of the heater.
  • the components 208 for example power transistors, are controlled by a control unit 210 to connect the electrodes 104 to the potential + v and supply the resistive elements 102.
  • the control unit 210 comprises a microprocessor connected by a bus interface to a data bus 212. The latter receives, in a known manner, control signals produced by a central air conditioning control unit as a function of needs expressed or detected in electric heating. According to these needs, one or more heating bars are controlled.
  • the heat produced by the electronic circuit 20, in particular the power transistors 208 is removed by the plate.
  • the dissipation plate 202 is exposed to the air flow passing through the heating device (arrows F in FIG. 2). In this way, a contribution is made both to the desired reheating of this air flow and to the necessary cooling of the components 208.
  • the bars 10 are devoid of resistive elements in the immediate vicinity of the ends connected to the plate 202 .
  • Another advantage of the device described above lies in the simplicity and the minimum cost of the electrical connection between the bars 10 and the electronic circuit 20.
  • the electrical supply conductors of the resistive elements of the bars may be constituted by two electrodes housed in the tubes 100 and passing through the heat dissipation plate 202, the insulator 204 and the printed circuit board 200 to be connected to it, for example in the same way as the electrode 104 of the embodiment of FIGS. 1 and 2.

Landscapes

  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)

Abstract

Le dispositif de chauffage électrique, notamment pour le chauffage de véhicule automobile, comprend des barreaux chauffants (10) avec des éléments résistifs (102) disposés en parallèle entre deux conducteurs électriques s'étendant le long du barreau, un circuit électronique (20) avec des composants de puissance (208) pour la commutation de l'alimentation électrique des barreaux, et des moyens (202) de dissipation de la chaleur produite par les composants exposés à un flux d'air traversant le dispositif de chauffage, le circuit électronique (20) avec les composants de puissance (208) étant supporté par une plaque de dissipation de chaleur (202) montée directement sur les barreaux chauffants (10), à une extrémité de ceux-ci, chaque barreau chauffant (10) comportant un tube (100) contenant les éléments résistifs, la plaques de dissipation de chaleur étant montée à une extrémité des tubes des barreaux chauffants, dispositif dans lequel le tube constitue l'un des conducteurs électriques en contact avec les éléments résistifs du barreau.

Description

Dispositif de chauffage électrique, notamment pour une installation de chauffage de véhicule automobile.
Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne les installations de chauffage d'air, en particulier pour des véhicules automobiles.
De façon bien connue, le réchauffage de l'air destiné au chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile à moteur thermique, ainsi qu'au désembuage et au dégivrage, est assuré par échange de chaleur entre un flux d'air et un liquide de refroidissement du moteur.
Il est connu également qu'au démarrage et pendant un certain laps de temps suivant le démarrage, les calories véhiculées par le liquide de refroidissement du moteur peuvent être insuffisantes pour assurer un chauffage rapide et efficace de l'habitacle. Cela est observé plus particulièrement avec certains types de moteur et présente un réel inconvénient par temps très froid car non seulement la température interne de l'habitacle ne peut être élevée rapidement, mais en outre les fonctions de dégivrage et désembuage ne peuvent être assurées efficacement. Pour remédier à ces inconvénients, il a été proposé de monter un dispositif de chauffage électrique complémentaire dans le flux d'air dirigé vers l'habitacle, immédiatement en aval de l'échangeur de chaleur parcouru par le liquide de refroidissement du moteur.
Un tel dispositif utilise généralement des éléments résistifs à coefficient de température positif (CTP). Ces éléments, du fait de la forte augmentation de leur résistance électrique à partir d'un seuil de température (point de Curie), confèrent au dispositif de chauffage la capacité de s'autoréguler en fonction de la température, ce qui évite tout échauffement excessif potentiellement dangereux. Les résistances CTP se présentent habituellement sous forme de blocs ou pierres qui sont disposés dans des barreaux. Chaque barreau comprend une pluralité de pierres espacées les unes des autres et alimentées en parallèle entre deux électrodes. L'une des électrodes peut être constituée par un tube enfermant le barreau, tandis que l'autre électrode se présente sous forme d'une bande métallique introduite dans le barreau et isolée de la paroi du tube. Plusieurs barreaux chauffants sont disposés dans un cadre support et sont en contact avec des éléments radiants tels que des entretoises disposées entre les barreaux ou des ailettes qui s'étendent transversalement par rapport aux barreaux et sont traversées par ceux-ci. Afin de réduire le câblage nécessaire à la commande des barreaux chauffants, notamment lorsque ceux-ci sont commandés individuellement de façon sélective pour ajuster la puissance délivrée par le dispositif de?chauffage, il a été proposé dans le document EP 0901 311 de loger cette électronique de commande sur le cadre dans lequel sont montés les terreaux chauffants. La commutation de l'alimentation des barreaux estassurée au moyen de composants tels que des transistors de puissance, (^ux-ci sont munis de radiateurs exposés au flux d'air traversant le ifis ositifrde chauffage.
Objet et réstmide l'invention
L'iiaention a pour but de simplifier la réalisation d'un dispositif de chauffage Métrique ayant une électronique de commande intégrée, notamment p-tr en réduire le coût par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. Ceiit est atteint grâce à un dispositif de chauffage électrique comprenant m» pluralité dé barreaux chauffants ayant chacun des éléments r ϋtifs disposés en parallèle entre deux conducteurs électriques s&πdant le long du barreau, un circuit électronique avec des composants ^puissance pour la commutation de l'alimentation électrique des barreau^; es moyens de dissipation de la chaleur produite par les composants «posés à un flux d'air traversant le dispositif de chauffage, le circuit électrαϋ e avec les composants de puissance étant supporté par une plaque dissipation de chaleur montée directement sur les barreaux chauffants, t απe extrémité de ceux-ci, chaque barreau chauffant comportant m tube contenant les éléments résistifs, la plaque de dissipation * chaleur étant montée à une extrémité des tubes des barreaux chjfeπts, dispositif dans lequel le tube constitue l'un des conducteurs letriques en contact avec les éléments résistifs du barreau.
Aiif la plaque de dissipation de chaleur portant le circuit électronique ϋtègre dans le dispositif de chauffage à la manière d'un élément radiatsiσnté sur les barreaux chauffants. Selon une particularité du dispositif de chauffage, le circuit électronique est porté par une plaque de circuit imprimé supportée par la plaque de dissipation de chaleur. Au moins l'un des conducteurs électriques s'étendant le long de chaque barreau traverse la plaque de dissipation de chaleur et la plaque de circuit imprimé pour être raccordé à celle-ci.
Ainsi, le raccordement électrique entre les barreaux chauffants et le circuit électrique est-il très simplifié.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après à titre indicatif, mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en coupe et en élévation d'un mode de réalisation d'un dispositif de chauffage conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en coupe selon le plan ll-ll de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue de détail montrant une variante de réalisation du dispositif de chauffage de la figure 1 ; et - la figure 4 est un schéma électrique du dispositif de chauffage de la figure 1.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Les figures 1 et 2 montrent schématiquement un dispositif de chauffage conforme à l'invention destiné par exemple à une installation de chauffage d'air pour un véhicule automobile.
Le dispositif de chauffage comprend plusieurs barreaux chauffants 10 (trois sont montrés sur la figure 1 ,mais leur nombre peut être plus grand). Les barreaux chauffants sont associés à des éléments radiants sous forme d'ailettes 12. Les barreaux 10 s'étendent transversalement par rapport aux ailettes 12 en étant engagés à force dans des passages formés dans les ailettes, de sorte qu'un bon contact thermique est établi entre les barreaux 10 et les ailettes 12. Les barreaux 10 et ailettes 12 sont montés à l'intérieur d'un cadre 14. Les barreaux 10 comportent chacun un tube 100 de forme aplatie dans lequel sont disposés des éléments résistifs 102 espacés les uns des autres le long du tube 100.
Les éléments résistifs 102, par exemple des pierres CTP sont serrées entre une paroi interne du tube 100 et une électrode 104 s'étendant le long du tube 100, à l'intérieur de celui-ci. Le tube 100 est en un métal conducteur de l'électricité, par exemple en aluminium. L'électrode 104 est sous forme d'une bande métallique, par exemple également en aluminium. Un isolant électrique 106 est interposé entre l'électrode 104 et la paroi interne du tube 100 opposée à celle en contact avec les éléments résistifs 102.
L'alimentation électrique des éléments résistifs des barreaux 10 est assurée au moyen d'un circuit électronique 20. Celui-ci comporte une plaque de circuit imprimé 200 montée sur une plaque de dissipation de chaleur 202 avec interposition d'une couche isolante 204. La couche 204 est en un matériau isolant électrique mais conducteur thermique sous forme de feuille, par exemple un papier chargé de verre. La plaque de circuit imprimé 200 est fixée à la plaque 202 de dissipation de chaleur, par exemple par vis-écrous 203, ou par boutrolage. La plaque de dissipation de chaleur 202, par exemple en alumine est montée sur les extrémités des barreaux 10. La plaque 202 et les ailettes 12 sont engagées à leurs extrémités dans des logements formés dans des montants opposés du cadre 14.
Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la plaque 202 présente des passages 206 dans lesquels les extrémités des tubes 100 sont emmanchées à force et/ou fixées par vis-écrous.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, des parties d'extrémité 108 des tubes 100 ayant traversé les passages 206 sont découpées et rabattues sur le côté de la plaque 202 opposé à celui où se trouvent les barreaux 10 et sont solidarisées à la plaque 202 par exemple par soudage. La plaque 202 est évidée autour des passages 206 pour loger les parties 108 des tubes 100. Ce montage peut conférer une meilleure tenue aux vibrations à la liaison entre les barreaux 10 et la plaque 202. Dans les deux modes de réalisation ci-dessus, une bonne liaison électrique et thermique est établie entre les barreaux 10 et la plaque 202. Celle-ci est reliée à un potentiel de référence (masse ou potentiel +V tel que fourni par exemple par une batterie de véhicule automobile) auquel les tubes 100 et les ailettes 12 sont par conséquent portés. Les électrodes 104 des barreaux 10 sont prolongées au-delà de l'extrémité de ceux-ci reliée à la plaque 202 et traversent les passages 206 ainsi que des passages formés à travers la couche isolante 204 ainsi que la plaque de circuit imprimé 200. Les extrémités 104a des électrodes 104 faisant saillie au-dessus de la plaque 200 sont reliées aux circuits de celles-ci par soudage par exemple sur des pattes de liaison 201.
La plaque 200 porte des composants 208 qui assurent la commutation de l'alimentation électrique des barreaux 10 en reliant de façon sélective les électrodes 104 à une borne d'alimentation (non représentée) portée à un potentiel +V par exemple le potentiel positif fourni par une batterie de véhicule automobile. Un capot de protection 216 peut recouvrir le circuit 20 en étant fixé sur la plaque 202.
La figure 4 montre le circuit électrique du dispositif de chauffage. Les composants 208, par exemple des transistors de puissance, sont commandés par une unité de commande 210 pour relier les électrodes 104 au potentiel +v et alimenter les éléments résistifs 102. L'unité de commande 210 comprend un microprocesseur relié par une interface de bus à un bus de données 212. Ce dernier reçoit de façon connue des signaux de commande produits par une unité centrale de commande de climatisation en fonction de besoins exprimés ou détectés en chauffage électrique. Selon ces besoins, un ou plusieurs barreaux chauffants sont commandés.
La chaleur produite par le circuit électronique 20, notamment les transistors de puissance 208 est évacuée par la plaque.
La plaque de dissipation 202 se trouve exposée au flux d'air traversant le dispositif de chauffage (flèches F de la figure 2). De la sorte, une contribution est apportée à la fois au réchauffage souhaité de ce flux d'air et au refroidissement nécessaire des composants 208. De préférence, les barreaux 10 sont dépourvus d'éléments résistifs au voisinage immédiat des extrémités reliées à la plaque 202. Un autre avantage du dispositif décrit ci-avant réside dans la simplicité et le coût minimal de la connexion électrique entre les barreaux 10 et le circuit électronique 20.
On notera toutefois que les conducteurs électriques d'alimentation des éléments résistifs des barreaux pourront être constitués par deux électrodes logées dans les tubes 100 et traversant la plaque de dissipation de chaleur 202, l'isolant 204 et la plaque de circuit imprimé 200 pour être reliés à celle-ci, par exemple de la même manière que l'électrode 104 du mode de réalisation des figures 1 et 2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de chauffage électrique comprenant une pluralité de barreaux chauffants (10) ayant chacun des éléments résistifs (102) disposés en parallèle entre deux conducteurs électriques s'étendant le long du barreau, un circuit électronique (20) avec des composants de puissance (208) pour la commutation de l'alimentation électrique des barreaux, et des moyens (202) de dissipation de la chaleur produite par les composants exposés à un flux d'air traversant le dispositif de chauffage, le circuit électronique (20) avec les composants de puissance (208) étant supporté par une plaque de dissipation de chaleur (202) montée directement sur les barreaux chauffants (10), à une extrémité de ceux-ci, chaque barreau chauffant (10) comportant un tube (100) contenant les éléments résistifs (102), la plaque de dissipation de chaleur (202) étant montée à une extrémité des tubes (100) des barreaux chauffants, caractérisé en ce que le tube (100) constitue l'un des conducteurs électriques en contact avec les éléments résistifs (102) du barreau (10).
2. Dispositif de chauffage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la plaque de dissipation de chaleur (202) comporte des passages (206) dans lesquels les extrémités des tubes (100) sont engagées.
3. Dispositif de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les extrémités des tubes (100) sont emmanchées à force dans lesdits passages.
4. Dispositif de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les extrémités des tubes (100) sont fixées dans lesdits passages par vis-écrous.
5. Dispositif de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que des parties d'extrémité (108) des tubes (100) sont rabattues sur la plaque de dissipation de chaleur (202) du côté de celle-ci opposé à celui où se trouvant les barreaux chauffants (10).
6. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit électronique est porté par une plaque de circuit imprimé (200) supportée par la plaque de dissipation de chaleur (202).
7. Dispositif de chauffage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un isolant électrique (204) sous forme de feuille est interposé entre la plaque de circuit imprimé (200) et la plaque de dissipation de chaleur (202).
8. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'au moins l'un (104) des conducteurs électriques s'étendant le long de chaque barreau (10) traverse la plaque de dissipation de chaleur (202) et la plaque de circuit imprimé (200) pour être raccordé à celle-ci.
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