WO2020161416A1 - Corps de chauffe pour dispositif de chauffage électrique et de circulation d'un liquide - Google Patents

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WO2020161416A1
WO2020161416A1 PCT/FR2020/050156 FR2020050156W WO2020161416A1 WO 2020161416 A1 WO2020161416 A1 WO 2020161416A1 FR 2020050156 W FR2020050156 W FR 2020050156W WO 2020161416 A1 WO2020161416 A1 WO 2020161416A1
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WO
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heating element
wound portion
heating
wound
winding
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/050156
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Inventor
Arnaud Faivre
Hocine DAOU
Laurent Decool
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/0072—Special adaptations
    • F24H1/009—Special adaptations for vehicle systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/101—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply
    • F24H1/102—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply with resistance
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material
    • H05B2203/023—Heaters of the type used for electrically heating the air blown in a vehicle compartment by the vehicle heating system

Definitions

  • the field of the present invention is that of electrical devices for heating and circulating a liquid, in particular for an installation for ventilation, heating and / or air conditioning of a passenger compartment of a motor vehicle. More particularly, the invention relates to electric heating devices used for such installations in motor vehicles, electric or hybrid, equipped with a high-voltage power supply network.
  • the heating of the air intended for the thermal treatment of the passenger compartment of a motor vehicle with a combustion engine is provided by heat exchange between a flow of air and a coolant liquid, through a heat exchanger.
  • electric heating devices which form a source of heat and in which an electric current is circulated to raise the temperature of a heating element on board this heating device.
  • the heat transfer liquid to be heated thus passes through the heating device and is brought into contact with the heating element, there is then an exchange of calories between the heating element and the heat transfer liquid intended for heating the passenger compartment, which heats up. then in turn.
  • the heating element usually consists of electrical heating means, for example one or more heating resistors. In order to obtain sufficient heating power for the desired operation, it may be necessary to multiply the heating elements in the same electric heating device.
  • the multiplication of the number of heating elements can be accompanied by constraints. Indeed, the passage of electric current within a heating element generates, in the surrounding space, a magnetic field. This phenomenon results in a local accumulation of energy in the form of magnetic flux lines. When multiple electric heating elements are present, the electric current flowing through a first heating element generates a magnetic induction field to which any neighboring heating element will be subjected.
  • the value of the mutual inductance of these heating elements depends on characteristics such as their geometry, their number of turns and their relative positions. Within an electric heating device, it is therefore necessary to reduce this mutual inductance in order to prevent any risk of magnetic contamination of the environment of the electric heating device.
  • the present invention falls within this context and aims to provide a heating body whose heating element is arranged so as to reduce or cancel the magnetic field generated by each heating element.
  • each generated magnetic field is instantly canceled, or minimized, by an opposing magnetic field of equal, or substantially equal, intensity. In this way, the magnetic fields generated overall are minimized and confined within the heating device.
  • the object of the present invention relates to a heating element for an electric heating device for a heat transfer liquid, such as glycol water, comprising a first wound portion centered on a winding axis, helical and comprising at least one turn , and a second helical wound portion comprising at least one turn, the second wound portion being connected to the first wound portion by a segment of the heating element.
  • the heating element also includes a first power end section connected to the first wound portion and a second power end section connected to the second wound portion.
  • the heating body is recognizable in that at least one turn of the second wound portion is interposed, in the direction defined by the winding axis, in one turn of the first wound portion.
  • the heating element of the present invention is intended for an electric heating device for a hybrid or electric motor vehicle and is, in particular, designed to operate with a so-called high power supply.
  • voltage generally greater than 50V.
  • heating element is meant, for example, one or more electrical resistors which may be electrically connected in series or in parallel.
  • the heating element is thus, according to a particular embodiment, a helical tubular element.
  • the heating element performs, at its first and second coiled portions, a movement combining translation and rotation about an axis so as to form a helix of specific diameter, defining the heating element.
  • this axis will be qualified as the winding axis of the portion concerned, each winding axis being specific to a wound portion.
  • the first and the second wound portion of the heating element are arranged so that the turns of the second wound portion are disposed between the turns of the first wound portion, thus adopting an interposed, or substantially interposed, configuration.
  • the interposed configuration of at least one turn of the second portion wound in a turn of the first wound portion of the heating element means that said turns are nested.
  • the second wound portion of the heating element is arranged so that at least one of its turns is longitudinally framed by two successive half-turns of the first wound portion of the same heating element.
  • the second wound portion is centered on a winding axis coincident with the winding axis of the first wound portion.
  • the two wound portions are then concentric.
  • the points of a wound portion that are furthest from the winding axis fit into a surface, called the outer surface of the wound portion.
  • the points of a wound portion closest to the winding axis are inscribed in a surface called the interior surface of the wound portion.
  • the second wound portion is arranged so that its helical path is identical, or substantially identical, to that of the first wound portion.
  • the helical paths of the various wound portions can, for example, be characterized by varying diameters.
  • the first wound portion is defined by a first diameter
  • the second wound portion is defined by a diameter, called the second diameter.
  • the first diameter, defining the first wound portion, and the second diameter, defining the second wound portion are equal.
  • all of the turns of the first and the second wound portion have the same, or substantially the same, diameter throughout the entire heating element.
  • the wound portions of the heating element are also defined by a pitch, that is to say a regular interval separating two successive turns of the same wound portion.
  • the first wound portion may have a first pitch equal to a second pitch of the second wound portion.
  • the pitch is measured along an axis parallel, or substantially parallel, to the winding axis. It corresponds to the distance separating two points included in the outer surfaces of two successive turns of the coiled portion considered.
  • the second wound portion can be arranged so that it has a second pitch smaller than the first pitch of the first wound portion and so that at least two successive turns of the second wound portion are longitudinally included between two successive turns of the first portion rolled up.
  • the value of the pitch separating two turns of the same wound portion is closely related to the value of a spacing separating two adjacent turns.
  • the distance separating a turn of the second wound portion from an adjacent turn of the first wound portion will thus be qualified as spacing. the framing. This distance is measured according to a protocol similar to that exposed for the measurement of the pitch, according to the direction defined by an axis parallel to the winding axis of the first wound portion, between points
  • the spacing existing between a turn of the first wound portion and a turn of the second wound portion must be defined so as to prevent any contact between the different portions of the wound portions.
  • the present invention can be carried out with a spacing equal to, or substantially equal to, half of the first pitch of the first wound portion.
  • the winding direction corresponds to the direction, clockwise or counterclockwise, of the displacement effected by the portion in question, moving along the winding axis, seen from the end feed sections of said heating element.
  • first wound portion we consider the displacement made from the first terminal supply section to the segment of the heating element.
  • second wound portion of the heating element is evaluated by progressing from the second terminal feed section to the segment.
  • the first wound portion extends in a first winding direction, for example counterclockwise, and the second wound portion winds in a second winding direction, identical to the first winding direction.
  • first winding direction for example counterclockwise
  • second wound portion winds in a second winding direction, identical to the first winding direction.
  • the magnetic fields generated by these electric currents will cancel each other out, thus minimizing the magnetic field overall. generated by the heating element and preventing any magnetic contamination of the environment of the heating device.
  • the present invention also comprises a heating body comprising a plurality of heating elements.
  • the heating body comprises a first heating element, having
  • the first heating element being configured to be disposed around the second heating element.
  • the second helical heating element is defined by a diameter smaller than the diameter of the first heating element, such an arrangement helping to reduce
  • the second heating element can also be configured so as to have characteristics as described above.
  • the first heating element and the second heating element can thus adopt
  • the second heating element comprises, for example, a first wound portion, centered on a winding axis and helical, this wound portion comprising at least one turn, and a second wound portion, helical, comprising at least one turn.
  • the second coiled portion of the second heating element being connected to its first coiled portion by a segment of the second heating element.
  • the second heating element includes a first power end section connected to the first wound portion and a second power end section connected to the second wound portion.
  • the second heating element is configured so that at least one turn of its second wound portion is longitudinally interposed into one turn of the first wound portion.
  • the different heating elements may be arranged in a variable manner with respect to one another. It is possible, in particular, to adopt a configuration in which the first and the second heating element are concentric, and extend around a common winding axis. In this way, the heating elements define a regular circulation space around the different heating elements when the heating body is integrated into the electric heating device.
  • the heating elements are considered to be concentric when the winding axes of the wound portion having the largest diameter for each heating element are coincident.
  • the term "concentric" will be understood to mean that all of the winding axes of the wound portions of each heating element are the same.
  • Such an arrangement of the different heating elements helps to limit the bulk resulting from the addition of heating elements in the heating body.
  • these heating elements do not come into contact with each other, either at their feed end sections or at their respective coiled portions, which remain separate from each other.
  • the winding direction of the first wound portion of the first heating element can be opposite to the winding direction of the first wound portion of the second heating element.
  • the direction of winding of the first wound portion of each heating element may be identical, for example counterclockwise, all of the first wound portions and of the second wound portions of the different heating elements then having the same direction of winding. .
  • the first and second coiled portions of the same heating element are joined by a substantially curved segment of the heating element.
  • This segment can, for example, take the form of a loop comprising two bends, the segment not fitting in the helical path of the first wound portion or of the second wound portion.
  • the heating body comprises at least two heating elements
  • these segments may have substantially identical arrangements, for example a set of two elbows framing a portion of the segment. extending in a substantially longitudinal direction.
  • the portions of the segments of the different heating elements can be arranged so as to be parallel to one another.
  • the present invention also comprises an electric heating device incorporating a heating element or a heating body as described above.
  • the electric heating device comprises at least one base, carrying the heating element or the heating body, and a box fixed to said base, the base and the box defining a chamber in which extends at least one heating element.
  • the base is preferably provided with orifices allowing the insertion and fixing, in a sealed manner, of the various heating elements.
  • said elements comprise, in their end supply sections, a non-heating zone, located at the level of their insertion seat in the base, the other zones of the heating element being, for example, all heating elements.
  • each heating element comprises a first terminal supply section and a second terminal section
  • each heating element preferably from the first and second wound portions of each heating element to the base and pass through the latter. They can also be fitted, at their free end, with a terminal allowing the connection of the heating element to the electrical system.
  • the box When the electric heating device is assembled, the box is fixed to the base, thus defining a chamber in which extend the heating element (s) of the present invention.
  • the heating element (s) are thus arranged so that the points of the outer surface of the coiled portion of the largest diameter of each heating element are equidistant, or substantially equidistant, from an inner surface of the housing.
  • the heat transfer liquid for example glycol water
  • intended to be heated by the heating element (s) will thus circulate in the chamber, between the heating element portions, and, by contact with the heating element, will rise in temperature.
  • the electric heating device comprises a heating body comprising several heating elements, for example two
  • these different heating elements extend into the chamber and from the base, said base being preferably arranged in a plane which is substantially orthogonal, or orthogonal, to the winding axis of at least one wound portion of one of the heating elements.
  • the first heating element then preferably extends over a height equal to, or substantially equal to, the height of the second heating element. This height is equal to the distance measured between the base, in which the heating elements are fixed, and a free end of the heating body, along the winding axis of the various heating elements.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heating element and the electric currents passing through it;
  • FIG. 2 is a perspective view of a heating body comprising two heating elements and the electric currents passing through it;
  • FIG. 3 is a bottom view of a heating body comprising two heating elements, illustrating the relative arrangement of the different heating elements and their end supply sections;
  • FIG. 4 is a schematic representation of an electric heating device incorporating a heating body comprising for example two heating elements;
  • FIG. 1 illustrates a heating element 3, such a heating element 3 being for example a shielded resistor.
  • the heating element 3 can be divided into distinct parts, delimited by demarcations 51, 52, 53 and 54.
  • a first end supply section 6 extending in such a manner. substantially longitudinal and rectilinear up to the demarcation 51, this first end feed section 6 continuing with a first wound portion 4, extending from the boundaries 51 to 52.
  • a second wound portion 5, extending between the boundaries 53 and 54, is attached to the first wound portion 4 by means of a segment 8, delimited by the demarcations 52 and 53.
  • This second wound portion 5 continues with a second terminal supply section 7, intended to be connected to an electrical circuit for supplying the heating element 3.
  • the second terminal supply section 7 is also disposed in a substantially longitudinal and rectilinear manner and it extends over a height substantially greater than that of the first section power supply terminal 6.
  • junctions between the first and second end feed sections 6, 7 and the first and second coiled portions 4, 5, respectively, take the form of an elbow whose angle is greater than 90 °.
  • segment 8 joining the first wound portion 4 and the second wound portion 5, has the shape of a loop comparable to a sequence of two bends.
  • a portion of segment 8 can also extend along a substantially longitudinal axis.
  • the first wound portion 4 of the heating element 3 forms a tube delimited by a helical path forming a plurality of turns, or more
  • This helical tube is comparable to a helix winding around an axis, which will be called winding axis 100.
  • This first wound portion 4 is defined by a diameter, called first diameter 400, and by a first pitch 40, both constant throughout the first wound portion 4.
  • the first diameter 400 corresponds to the diameter of a disc located in a plane orthogonal to the winding axis 100, this disc resulting from the projection of points on the surface outer portion of the wound portion on said orthogonal plane.
  • the first pitch 40 is obtained by measuring, along an axis parallel to the winding axis 100, a distance separating two successive turns of the first wound portion.
  • the distance separating two points included in the outer surfaces of two successive turns of the first wound portion 4 is measured, these two points being the points of the outer surfaces of each turn furthest from the winding axis also included in the axis parallel to the winding axis 100.
  • the second wound portion 5 of the heating element 3 adopts an arrangement similar to that of the first wound portion 4. It forms a tube, delimited by a helical path, the helix formed winding around an axis, called an axis. winding 200.
  • the second wound portion 5 is defined by a diameter, called second diameter 500, constant throughout said second wound portion 5, and a second pitch 50, also constant.
  • the second wound portion 5 has a second diameter 500 identical, or substantially identical, to the first diameter 400 of the first wound portion 4.
  • the winding axis 200 of the second wound portion 5 is thus coincident with the winding axis 100 of the first wound portion 4 and the first and second wound portion 4, 5 are concentric.
  • the first pitch 40, separating two successive turns of the first wound portion 4, and the second pitch 50, separating successive turns of the second wound portion 5, are equal or substantially equal.
  • the second wound portion 5 is thus arranged so that at least one of its turns is longitudinally disposed in a turn of the first wound portion 4. It is thus observed, by moving along the winding axis 100 from the sections terminals 6, 7 an alternation between a portion of a turn of the first wound portion 4 and a portion of a turn of the second wound portion 5.
  • At least one turn of the second wound portion 5 is arranged so that it is longitudinally equidistant from the two half-turns forming one turn of the first wound portion 4 surrounding it.
  • a distance 25 measured between a turn of the second wound portion 5 and a first half-turn of the first wound portion 4 surrounding it is equal to the distance 25 measured between this same turn of the second wound portion 5 and the second half-turn of the turn of the first wound portion 4 framing it longitudinally.
  • This spacing 25 is measured in the direction defined by an axis parallel to the winding axis 100 of the first wound portion 4, between two points respectively included in the outer surfaces of each of these turns.
  • the spacing 25 is substantially equal to half of the first pitch 40 of the first wound portion 4.
  • the first pitch 40 of the first wound portion and the second pitch 50 of the second wound portion being substantially equal in the case illustrated, this spacing 25 will also be equal to half of the second pitch 50 of the second wound portion 5.
  • the helical path thus adopted by the second wound portion 5 is similar, or substantially similar, to that adopted by the first wound portion 4, but it is longitudinally offset, along a vector of a length equal to the value of the spacing 25
  • the wound portions 4, 5 thus evolve according to their own path, so that they do not come into contact with one another but remain close so that the magnetic fields generated by the electric current passing through the one of the wound portions 4, 5, shown schematically by arrows 65, are minimized or even canceled by the magnetic fields generated by the electric current flowing in the opposite wound portion 4, 5 of the same heating element 3.
  • the direction of winding of the various wound portions 4, 5 is closely linked to the path adopted by them.
  • the winding direction of each wound portion 4, 5 is defined by being placed in a plane orthogonal to the winding axis 100 located at the level of the first and second feed end sections 6, 7 and moving along each coiled portion.
  • the heating element 3 could be considered according to many alternatives in which, for example, the second wound portion 5 has a second diameter 500 different from the first diameter 400 of the first. wound portion 4, so that the second wound portion 5 wraps around or inside the first wound portion 4.
  • the first pitch 40 and second pitch 50, respectively associated with the first and second wound portions 4, 5 may differ.
  • FIG. 2 in particular shows a heating body 1 configured to include two heating elements 9, 10.
  • a first heating element 9 corresponds to the heating element 3 as previously explained, it thus retains the characteristics detailed for FIG. 1.
  • This first heating element 9 is arranged around a second heating element 10, of helical shape.
  • This second heating element 10 is configured so that a diameter, the largest among the diameters of the wound portions 104, 105 of said second heating element 10, is on the one hand less than the smallest diameter of the first wound portion 94 and second coiled portion 95 of the first heating element 9 and on the other hand sufficiently lower to allow the first heating element 9 to surround the second heating element 10 without there being any contact between the first and the second heating elements 9, 10 .
  • the second heating element 10 has characteristics similar to those observed in the first heating element 9. It is thus composed successively of a first terminal supply section 106, of a first wound portion 104, of a segment 108, d 'a second wound portion 105 and finally a second end feed section 107. As before, the second wound portion 105 of the second heating element 10 is arranged so that at least one of its turns is
  • first and second heating elements 9, 10 An example of the relative arrangement of the first and second heating elements 9, 10 can be seen in Figures 2 and 3, the electric current flowing through each heating element being represented by arrows 65.
  • the first and second wound portions 94, 95 of the first heating element 9 have an equal or substantially equal diameter, which will be defined as being a diameter of the first heating element 600.
  • the first and second wound portions of the second heating element 10 have an equal diameter or substantially equal, which will be defined as being a diameter of the second heating element 800, the latter being less than the diameter of the first heating element 600.
  • the first and second wound portions 104, 105 of the second heating element 10 extend around a same winding axis 250, which coincides with a winding axis 1000 on which are centered the first and second wound portions 94, 95 of the first heating element 9.
  • the first and second heating elements 9, 10 thus extend in one direction
  • the first heating element 9 and the second heating element 10 are thus concentric, as illustrated in FIG. 2 or in FIG. 3, the second heating element 10 being, in this example, centered so that the existing space between the first and the second heating element 9, 10 is regular.
  • This space delimited on the one hand by the interior surfaces of the first and second wound portions 94, 95, of the first heating element 9 and on the other hand by the exterior surfaces of the first and second wound portions 104, 105 of the second heating element 10 , defines an annular zone 18 in which the heat transfer liquid can circulate.
  • values such as the pitch of the wound portions 94, 95, 104, 105 or the spacing 150 separating the turns of the first wound portions 94, 104 from the turns of the second wound portions 95, 105 may be variable depending on the configuration. desired.
  • FIG. 2 shows a heating body 1, the first heating element 9 of which has the characteristics of the heating element 3 shown in FIG. 1.
  • the second heating element 10 is, for its part, configured so that a first pitch 130 of its first wound portion 104 is equal to the second pitch 140 of its second wound portion 105, these first pitch 130 and second pitch 140 measuring the distance separating two points of the outer surfaces of two successive turns of the same wound portion 104 or 105 along an axis parallel to the winding axis 250.
  • a spacing 150 measured according to the same principle and separating a turn of the first wound portion 104 of the second heating element 10 from an adjacent turn of the second wound portion 105 of this same second heating element 10 may be equal to half of the first pitch 130 or of the second pitch 140 of any one of the wound portions 104, 105.
  • the first heating element 9, and the second heating element 10 are configured so that the pitches of the wound portions 94, 95 of the first heating element 9, as seen in Figure 1, and the first pitches 130 and second pitches 140 of the coiled portions 104, 105 of the second heating element are substantially equal. Additionally, the spacing 150 of the second heating element 10 is equal to, or substantially equal to, that observed in the first heating element 9.
  • the winding direction of the first wound portion 104 of the second heating element 10 is identical to that of its second wound portion 105.
  • first and second terminal supply sections 96, 97, 106 and 107 in a plane perpendicular to the winding axis 250, it can be seen that the first wound portion 104 of the second heating element 10 moves according to a clockwise rotation and that it is the same applies to the second coiled portion 105 of the second heating element 10.
  • the direction of winding of the first wound portions 94, 104 of the first and of the second heating element 9, 10 is opposite.
  • the first end supply sections 96, 106 of the first heating element 9 and the second heating element 10 are disposed in close proximity to each other.
  • Each first terminal feed section 96, 106 extends along a substantially vertical axis, parallel to one of the axes
  • winding of the heating body for example the winding axis 250, and extend over a substantially equal height before diverging, at a first end of each first wound portion 94, 104, in directions winding opposites.
  • the second end supply sections 97, 107 extend in longitudinal directions substantially parallel to any one of the winding axes 1000 or 250 present in the heating body 1, and therefore in a direction substantially parallel to that of the first end feed sections 96, 106.
  • the heating body 1 comprises at least two heating elements 9,
  • segments comprise two elbows framing a portion of the segments 98, 108 extending in a longitudinal direction, or substantially longitudinal direction not forming part of the helical path of the first wound portions 94, 104 or of the second wound portions 95, 105 of the first heating element 9 and the second heating element 10.
  • FIG 4 illustrates an electric heating device 2 incorporating a heating body 1, comprising two heating elements 9, 10, as previously shown in Figures 2 or 3.
  • the electric heating device 2 comprises at least one base 1 1, carrier of the two heating elements 9 and 10, and on which is fixed a housing 12.
  • the base 1 1 and the housing 12 thus define a chamber 14 in which extend, in a substantially longitudinal direction, the various heating elements 9 and 10 and in which the coolant to be heated will circulate.
  • a seal 13 of annular shape is disposed at the base of the base 11, in a receiving groove located between the base 1 1 and the housing 12.
  • Each heating element 9, 10 illustrated comprises first and second supply terminal sections 96, 97, 106, 107, which are inserted and fixed at the level of holes 16 made in the base 11. These fasteners are made in a sealed manner, so that the heat transfer liquid circulating in the chamber 15 cannot escape.
  • the first and second terminal supply sections 96, 106, 97, 107 are equipped, at their end, with a terminal 15 allowing the electrical connection of the heating body 1 to the power supply.
  • the first end feed sections 96, 106 are disposed, in the pedestal 2, close to each other. These first terminal sections
  • first end supply 96, 106 extend into the chamber 14, from the base 1 1, along a substantially longitudinal axis parallel to at least one winding axis 1000 or 250 of the heating body 1. As illustrated in FIG. 4, these first end supply sections 96, 106 extend in a direction substantially perpendicular to the base 1 1 and connect the base 1 1 to the first wound portions 94, 104 of the first and of the second heating element 9, 10.
  • the second end feed sections 97, 107 have characteristics substantially identical to those of the first end feed sections 96, 106.
  • the second end sections 97, 107 have characteristics substantially identical to those of the first end feed sections 96, 106.
  • feed 97, 107 extend from the base 1 1 to the second wound portions 95, 105 of the first and second heating element 9, 10, in a direction substantially parallel to at least one winding axis 1000 or 250.
  • the heating elements 9, 10 extend longitudinally within the chamber 14.
  • the first heating element 9, surrounding the second heating element 10 can be centered in the chamber 14 of the electric heating device 2.
  • the heating elements first and second portions coils 94, 95 of the first heating element 9 are arranged so that the points marking the vertical midpoints of their exterior surfaces are equidistant, or substantially equidistant, from the interior surface of the housing 12.
  • Such an arrangement defines a space for the circulation of the coolant liquid regular from one end of the chamber 14 to the other, thus allowing a good distribution of its volumes.
  • the present invention proposes a heating body intended for an electric heating device, this heating body being configured to reduce the magnetic fields generated by the electric heating elements of said heating body.
  • This heating body intended in particular to cooperate with a heating device and / or
  • the invention should not however be limited to the means and configurations described and illustrated here, and it also extends to any equivalent means or configuration and to any technical combination operating such means.
  • the pitch of the wound portions, their diameter or the spacing existing between different wound portions can be modified without harming the invention, insofar as the electric vehicle heating device, in fine, fulfills the same functions as those described in this document.

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Abstract

Elément chauffant (3) pour dispositif de chauffage électrique (2) d'un liquide caloporteur qui comprend une première portion enroulée (4), comprenant au moins une spire et une deuxième portion enroulée (5) constituée d'au moins une spire, caractérisé en ce que au moins une spire de la deuxième portion enroulée (5) est intercalée, selon une direction définie par un axe d'enroulement (100), dans une spire de la première portion enroulée (4). En particulier, les première et deuxième portions enroulées (4, 5) peuvent être agencées de sorte que leurs trajectoires contribuent à confiner et à minimiser les champs magnétiques générés par les courants électriques traversant chaque portion enroulée de l'élément chauffant.

Description

Corps de chauffe pour dispositif de chauffage électrique et de circulation d’un liquide
Le domaine de la présente invention est celui des dispositifs électriques de chauffage et de circulation d’un liquide, notamment pour une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d’un habitacle d’un véhicule automobile. Plus particulièrement, l’invention porte sur les dispositifs de chauffage électrique utilisés pour de telles installations dans des véhicules automobiles, électriques ou hybrides, équipés d’un réseau d’alimentation électrique haute tension.
Le chauffage de l’air destiné au traitement thermique de l’habitacle d’un véhicule automobile à moteur thermique est assuré par échange de chaleur entre un flux d’air et un liquide caloporteur, par le biais d’un échangeur thermique. Dans le cas des véhicules hybrides ou électriques, on connaît des dispositifs de chauffage électrique qui forment une source de calories et dans lesquels on fait circuler un courant électrique pour monter en température un élément chauffant embarqué dans ce dispositif de chauffage. Le liquide caloporteur à chauffer traverse ainsi le dispositif de chauffage et est mis au contact de l’élément chauffant, il s’effectue alors un échange de calories entre l’élément chauffant et le liquide caloporteur destiné au chauffage de l’habitacle, qui chauffe alors à son tour.
L'élément chauffant consiste habituellement en des moyens électriques de chauffe, par exemple une ou plusieurs résistances chauffantes. Afin d’obtenir une puissance de chauffe suffisante pour le fonctionnement souhaité, on peut être amené à multiplier les éléments chauffants dans un même dispositif de chauffage électrique.
La multiplication du nombre d’éléments chauffants peut s’accompagner de contraintes. En effet, le passage du courant électrique au sein d’un élément chauffant engendre, dans l'espace environnant, un champ magnétique. Ce phénomène se traduit par une accumulation locale d'énergie sous forme de lignes de flux magnétique. Lorsque plusieurs éléments chauffants électriques sont présents, le courant électrique passant au sein d’un premier élément chauffant génère un champ d’induction magnétique auquel tout autre élément chauffant avoisinant sera soumis. La valeur de l’inductance mutuelle de ces éléments chauffants dépend de caractéristiques telles que leur géométrie, leur nombre de spires et leurs positions relatives. Au sein d’un dispositif de chauffage électrique, il est donc nécessaire de diminuer cette inductance mutuelle afin de prévenir tout risque de contamination magnétique de l’environnement du dispositif de chauffage électrique.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à proposer un corps de chauffe dont l’élément chauffant est agencé de manière à réduire ou annuler le champ magnétique généré par chaque élément chauffant. Dans la présente invention, chaque champ magnétique généré est instantanément annulé, ou minimisé, par un champ magnétique opposé d’intensité égale, ou sensiblement égale. De la sorte, les champs magnétiques globalement générés sont minimisés et confinés au sein du dispositif de chauffage.
L’objet de la présente invention concerne un élément chauffant pour dispositif de chauffage électrique d’un liquide caloporteur, tel que de l’eau glycolée, comprenant une première portion enroulée centrée sur un axe d’enroulement, hélicoïdale et comprenant au moins une spire, et une deuxième portion enroulée hélicoïdale comprenant au moins une spire, la deuxième portion enroulée étant reliée à la première portion enroulée par un segment de l’élément chauffant. L’élément chauffant comprend également une première section terminale d’alimentation connectée à la première portion enroulée et une deuxième section terminale d’alimentation connectée à la deuxième portion enroulée. Le corps de chauffe est reconnaissable en ce que au moins une spire de la deuxième portion enroulée est intercalée, selon la direction définie par l’axe d’enroulement, dans une spire de la première portion enroulée.
Par convention, dans tout le présent document, le qualificatif « longitudinal » s’applique à la direction dans laquelle s’étend l’axe d’enroulement de la première portion enroulée. Ainsi, au moins une spire de la deuxième portion enroulée est longitudinalement intercalée dans une spire de la première portion enroulée. L’élément chauffant de la présente invention est destiné à un dispositif de chauffage électrique pour véhicule automobile hybride ou électrique et est, en particulier, conçu pour opérer avec une alimentation électrique dite de haute tension, généralement supérieure à 50V. Par élément chauffant, on entend par exemple une ou plusieurs résistances électriques qui pourront être montées électriquement en série ou en parallèle.
L’élément chauffant est ainsi, selon un mode de réalisation particulier, un élément tubulaire hélicoïdal. L’élément chauffant effectue, au niveau de sa première et de sa deuxième portion enroulée, un mouvement combinant une translation et une rotation autour d’un axe de manière à former une hélice de diamètre spécifique, définissant l’élément chauffant. Dans le cas de la présente invention, on qualifiera cet axe d’axe d’enroulement de la portion concernée, chaque axe d’enroulement étant propre à une portion enroulée.
Selon la présente invention, la première et la deuxième portion enroulée de l’élément chauffant sont agencées de sorte que les spires de la deuxième portion enroulée soient disposées entre les spires de la première portion enroulée, adoptant ainsi une configuration intercalée, ou sensiblement intercalée. Par spire, on entend un enroulement de l’hélice de la portion enroulée correspondant à une rotation complète, c’est-à-dire à une rotation de 360°, tandis qu’une demi-spire correspond à une rotation de 180°. Ainsi la configuration intercalée d’au moins une spire de la deuxième portion enroulée dans une spire de la première portion enroulée de l’élément chauffant signifie que lesdites spires sont imbriquées.
Autrement dit, la deuxième portion enroulée de l’élément chauffant est agencée de sorte qu’au moins une de ses spires soit longitudinalement encadrée par deux demi-spires successives de la première portion enroulée du même élément chauffant.
Selon une caractéristique de la présente invention, la deuxième portion enroulée est centrée sur un axe d’enroulement confondu avec l’axe d’enroulement de la première portion enroulée. Les deux portions enroulées sont alors concentriques.
En particulier, les points d’une portion enroulée les plus éloignés de l’axe d’enroulement s’inscrivent dans une surface, dite surface extérieure de la portion enroulée. De la même manière, les points d’une portion enroulée les plus proches de l’axe d’enroulement s’inscrivent dans une surface dite surface intérieure de la portion enroulée. Selon une configuration de l’invention, la deuxième portion enroulée est agencée de sorte que sa trajectoire hélicoïdale est identique, ou sensiblement identique, à celle de la première portion enroulée. Les trajectoires hélicoïdales des différentes portions enroulées peuvent, par exemple, être caractérisées par des diamètres variables. En effet, la première portion enroulée est définie par un premier diamètre et la deuxième portion enroulée est définie par un diamètre, appelé deuxième diamètre. Ces diamètres correspondent au diamètre d’un disque, situé dans un plan orthogonal à l’axe d’enroulement de la portion enroulée considérée, ce disque résultant de la projection des points de la surface extérieure de la portion enroulée sur ledit plan orthogonal.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier diamètre, définissant la première portion enroulée, et le deuxième diamètre, définissant la deuxième portion enroulée, sont égaux. Ainsi, l’ensemble des spires de la première et de la deuxièmes portion enroulée présente un diamètre identique, ou sensiblement identique, dans l’intégralité de l’élément chauffant.
Les portions enroulées de l’élément chauffant sont également définies par un pas, c’est-à-dire un intervalle régulier séparant deux spires successives d’une même portion enroulée. En particulier, la première portion enroulée peut présenter un premier pas égal à un deuxième pas de la deuxième portion enroulée. Le pas est mesuré selon un axe parallèle, ou sensiblement parallèle, à l’axe d’enroulement. Il correspond à la distance séparant deux points compris dans des surfaces extérieures de deux spires successives de la portion enroulée considérée.
Alternativement, la deuxième portion enroulée peut être agencée de sorte qu’elle présente un deuxième pas inférieur au premier pas de la première portion enroulée et de sorte qu’au moins deux spires successives de la deuxième portion enroulée soient longitudinalement comprises entre deux spires successives de la première portion enroulée.
La valeur du pas séparant deux spires d’une même portion enroulée est étroitement liée à la valeur d’un écartement séparant deux spires adjacentes. On qualifiera ainsi d’écartement la distance séparant une spire de la deuxième portion enroulée d’une spire adjacente de la première portion enroulée l’encadrant. Cette distance est mesurée selon un protocole similaire à celui exposé pour la mesure du pas, selon la direction définie par un axe parallèle à l’axe d’enroulement de la première portion enroulée, entre des points
respectivement compris dans les surfaces extérieures de chacune de ces spires.
Selon une caractéristique de l’invention, l’écartement existant entre une spire de la première portion enroulée et une spire de la deuxième portion enroulée doit être défini de manière à prévenir tout contact entre les portions différentes portions enroulées. Par exemple, la présente invention peut être réalisée avec un écartement égal, ou sensiblement égal, à la moitié du premier pas de la première portion enroulée.
On définira enfin le sens d’enroulement des différentes portions enroulées de l’élément chauffant. Le sens d’enroulement correspond au sens, horaire ou antihoraire, du déplacement effectué par la portion considérée, en évoluant le long de l’axe d’enroulement, vu depuis les sections terminales d’alimentation dudit élément chauffant. Ainsi pour la première portion enroulée on considère le déplacement effectué depuis la première section terminale d’alimentation jusqu’au segment de l’élément chauffant. Similairement on évalue le sens d’enroulement de la deuxième portion enroulée de l’élément chauffant en progressant depuis la deuxième section terminale d’alimentation jusqu’au segment.
Notamment, la première portion enroulée s’étend dans un premier sens d’enroulement, par exemple antihoraire, et la deuxième portion enroulée s’enroule dans un deuxième sens d’enroulement, identique au premier sens d’enroulement. Ainsi, lorsqu’on considère le sens du courant électrique passant à travers deux spires adjacentes, c’est-à-dire une spire de la première portion enroulée et une spire de la deuxième portion enroulée qui lui est adjacente, on constate que ces courants électriques évoluent, suivant le sens d’enroulement des différentes portions enroulées, selon des directions similaires, ou
sensiblement similaires, mais dans des sens opposés. De par la configuration particulière des première portion enroulée et deuxième portion enroulée de l’élément chauffant les champs magnétiques générés par ces courants électriques vont s’annuler, minimisant ainsi le champ magnétique globalement généré par l’élément chauffant et prévenant toute contamination magnétique de l’environnement du dispositif de chauffage.
La présente invention comprend également un corps de chauffe comprenant une pluralité d’éléments chauffants. Selon une caractéristique de l’invention le corps de chauffe comprend un premier élément chauffant, présentant des
caractéristiques telles qu’exposé précédemment, et un deuxième élément chauffant hélicoïdale, le premier élément chauffant étant configuré de manière à être disposé autour du deuxième élément chauffant. Autrement dit, le deuxième élément chauffant hélicoïdale est défini par un diamètre inférieur au diamètre du premier élément chauffant, un tel agencement contribuant à réduire
l’encombrement qui pourrait résulter de l’ajout d’un deuxième élément chauffant.
Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième élément chauffant peut également être configuré de manière à présenter des caractéristiques telles que précédemment exposée. Dans un tel corps de chauffe, le premier élément chauffant et le deuxième élément chauffant peuvent ainsi adopter des
configurations sensiblement similaires ou identiques. Autrement dit, le deuxième élément chauffant comprend, par exemple, une première portion enroulée, centrée sur un axe d’enroulement et hélicoïdale, cette portion enroulée comprenant au moins une spire, et une deuxième portion enroulée, hélicoïdale, comprenant au moins une spire. La deuxième portion enroulée du deuxième élément chauffant étant reliée à sa première portion enroulée par un segment du deuxième élément chauffant. Additionnellement, le deuxième élément chauffant comprend une première section terminale d’alimentation connectée à la première portion enroulée et une deuxième section terminale d’alimentation connectée à la deuxième portion enroulée. Comme le premier élément chauffant, le deuxième élément chauffant est configuré de sorte qu’au moins une spire de sa deuxième portion enroulée soit longitudinalement intercalée dans une spire de la première portion enroulée.
Les différents éléments chauffants pourront être disposés de façon variable l’un par rapport à l’autre. On peut, notamment, adopter une configuration dans laquelle le premier et le deuxième élément chauffant sont concentriques, et s’étendent autour d’un axe d’enroulement commun. De cette manière, les éléments chauffants définissent un espace de circulation régulier autour des différents éléments chauffants lorsque le corps de chauffe est intégré au dispositif de chauffage électrique.
Dans une telle configuration, on considère que les éléments chauffants sont concentriques lorsque les axes d’enroulement de la portion enroulée présentant le diamètre le plus grand pour chaque élément chauffant sont confondus.
Lorsque, pour chaque élément chauffant, la première portion enroulée et la deuxième portion enroulée ont des diamètres identiques, on entendra par « concentrique » le fait que l’ensemble des axes d’enroulement des portions enroulées de chaque élément chauffant sont confondus.
Un tel agencement des différents éléments chauffants contribue à limiter l’encombrement résultant de l’addition d’éléments chauffants dans le corps de chauffe. Ces éléments chauffants n’entrent néanmoins pas en contact les uns avec les autres, que ce soit au niveau de leurs sections terminales d’alimentation ou de leurs portions enroulées respectives, qui restent séparées les unes des autres.
Selon une caractéristique de l’invention, le sens d’enroulement de la première portion enroulée du premier élément chauffant peut être opposé au sens d’enroulement de la première portion enroulée du deuxième élément chauffant. Il en va ainsi de même pour les deuxièmes portions enroulées de chaque élément chauffant. Selon une alternative, le sens d’enroulement de la première portion enroulée de chaque élément chauffant peut être identique, par exemple antihoraire, l’ensemble des premières portions enroulées et des deuxièmes portions enroulées des différents éléments chauffants présentant alors un même sens d’enroulement.
Les première et deuxième portions enroulées d’un même élément chauffant sont jointes par un segment, sensiblement courbe, de l’élément chauffant. Ce segment peut, par exemple, adopter la forme d’une boucle comprenant deux coudes, le segment ne s’inscrivant pas dans la trajectoire hélicoïdale de la première portion enroulée ou de la deuxième portion enroulée.
Lorsque le corps de chauffe comprend au moins deux éléments chauffants, ces segments peuvent présenter des agencements sensiblement identiques, par exemple un ensemble de deux coudes encadrant une portion du segment s’étendant dans une direction sensiblement longitudinale. Particulièrement, les portions des segments des différents éléments chauffant peuvent être disposées afin d’être parallèles l’une à l’autre.
La présente invention comprend également un dispositif de chauffage électrique intégrant un élément chauffant ou un corps de chauffe tel que précédemment exposé. Le dispositif de chauffage électrique comprend au moins un socle, porteur de l’élément chauffant ou du corps de chauffe, et un boitier fixé sur ledit socle, le socle et le boitier délimitant une chambre dans laquelle s’étend au moins un élément chauffant.
Le socle est préférentiellement muni d’orifices permettant l’insertion et la fixation, de manière étanche, des différents éléments chauffants. Afin de prévenir la déformation du socle, porteur des différents éléments chauffants, lesdits éléments comprennent, dans leurs sections terminales d’alimentation, une zone non chauffante, située au niveau de leur siège d’insertion dans le socle, les autres zones de l’élément chauffant étant, par exemple, toutes chauffantes.
Selon la présente invention, chaque élément chauffant comprend une première section terminale d’alimentation et une deuxième section terminale
d’alimentation. Ces sections terminales d’alimentation s’étendent
préférentiellement depuis les premières et deuxièmes portions enroulées de chaque élément chauffant jusqu’au socle et traversent ce dernier. Elles peuvent également être munies, à leur extrémité libre, d’une cosse permettant la connexion de l’élément chauffant au système électrique.
Lorsque le dispositif de chauffage électrique est assemblé, le boitier vient se fixer sur le socle, délimitant ainsi une chambre dans laquelle s’étendent le ou les éléments chauffants de la présente invention. Le ou les éléments chauffants sont ainsi agencés de sorte que les points de la surface extérieure de la portion enroulée de diamètre le plus grand de chaque élément chauffant soient équidistants, ou sensiblement équidistants, d’une surface intérieure du boitier.
On définit de la sorte un espace de circulation d’un liquide caloporteur dans la chambre, un tel espace étant régulier d’un bout à l’autre de la chambre de manière à permettre une bonne répartition des volumes du liquide caloporteur.
Le liquide caloporteur, par exemple de l’eau glycolée, destiné à être chauffé par le ou les éléments chauffants, va ainsi circuler dans la chambre, entre les portions d’élément chauffant, et, par contact avec l’élément chauffant, va monter en température.
Lorsque le dispositif de chauffage électrique comprend un corps de chauffe comprenant plusieurs éléments chauffants, par exemple deux, ces différents éléments chauffants s’étendent dans la chambre et depuis le socle, ledit socle étant préférentiellement disposé dans un plan sensiblement orthogonal, ou orthogonal, à l’axe d’enroulement d’au moins une portion enroulée d’un des éléments chauffants. Le premier élément chauffant s’étend alors, de préférence, sur une hauteur égale, ou sensiblement égale, à la hauteur du deuxième élément chauffant. Cette hauteur est égale à la distance mesurée entre le socle, dans lequel sont fixés les éléments chauffants, et une extrémité libre du corps de chauffe, selon l’axe d’enroulement des différents éléments chauffants.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d’un élément chauffant et des courants électriques le traversant ;
- la figure 2 est une vue en perspective d’un corps de chauffe comprenant deux éléments chauffants et les courants électriques le traversant ;
- la figure 3 est une vue de dessous d’un corps de chauffe comprenant deux éléments chauffants, illustrant l’agencement relatif des différents éléments chauffants et de leurs sections terminales d’alimentation ;
- la figure 4 est une représentation schématique d’un dispositif de chauffage électrique intégrant un corps de chauffe comprenant par exemple deux éléments chauffants ;
La figure 1 illustre un élément chauffant 3, un tel élément chauffant 3 étant par exemple une résistance blindée. L’élément chauffant 3 peut être divisé en parties distinctes, délimitées par des démarcations 51 , 52, 53 et 54. On observe ainsi une première section terminale d’alimentation 6 s’étendant de manière sensiblement longitudinale et rectiligne jusqu’à la démarcation 51 , cette première section terminale d’alimentation 6 se poursuivant par une première portion enroulée 4, s’étendant des démarcations 51 à 52. Une deuxième portion enroulée 5, s’étendant entre les démarcations 53 et 54, est rattachée à la première portion enroulée 4 par l’intermédiaire d’un segment 8, délimité par les démarcations 52 et 53. Cette deuxième portion enroulée 5 se poursuit par une deuxième section terminale d’alimentation 7, destinée à être raccordée à un circuit électrique d’alimentation de l’élément chauffant 3. La deuxième section terminale d’alimentation 7 est, elle aussi, disposée de manière sensiblement longitudinale et rectiligne et elle s’étend sur une hauteur sensiblement supérieure à celle de la première section terminale d’alimentation 6.
Les jonctions entre les première et deuxième sections terminales d’alimentation 6, 7 et les première et deuxièmes portions enroulées 4, 5, respectivement, adoptent la forme d’un coude dont l’angle est supérieur à 90°. De façon similaire, le segment 8, joignant la première portion enroulée 4 et la deuxième portion enroulée 5, présente la forme d’une boucle comparable à un enchaînement de deux coudes. Une portion du segment 8 peut également s’étendre selon un axe sensiblement longitudinal.
La première portion enroulée 4 de l’élément chauffant 3 forme un tube délimité par une trajectoire hélicoïdale formant une pluralité de spires, ou plus
précisément une spire et une demi-spire. Ce tube hélicoïdal est assimilable à une hélice s’enroulant autour d’un axe, qu’on appellera axe d’enroulement 100. Cette première portion enroulée 4 est définie par un diamètre, appelé premier diamètre 400, et par un premier pas 40, tous deux constants dans l’entièreté de la première portion enroulée 4. Le premier diamètre 400 correspond au diamètre d’un disque situé dans un plan orthogonal à l’axe d’enroulement 100, ce disque résultant de la projection des points de la surface extérieure de la portion enroulée sur ledit plan orthogonal. Le premier pas 40 est obtenu en mesurant, selon un axe parallèle à l’axe d’enroulement 100, une distance séparant deux spires successives de la première portion enroulée. Plus précisément, on mesure la distance séparant deux points compris dans des surfaces extérieures de deux spires successives de la première portion enroulée 4, ces deux points étant les points des surfaces extérieures de chaque spire les plus éloignés de l’axe d’enroulement également compris dans l’axe parallèle à l’axe d’enroulement 100.
La deuxième portion enroulée 5 de l’élément chauffant 3 adopte un agencement similaire à celui de la première portion enroulée 4. Elle forme un tube, délimité par une trajectoire hélicoïdale, l’hélice formée s’enroulant autour d’un axe, appelé axe d’enroulement 200. La deuxième portion enroulée 5 est définie par un diamètre, appelé deuxième diamètre 500, constant dans l’ensemble de ladite deuxième portion enroulée 5, et d’un deuxième pas 50, lui aussi constant.
Dans l’exemple illustré dans la figure 1 , la deuxième portion enroulée 5 a un deuxième diamètre 500 identique, ou sensiblement identique, au premier diamètre 400 de la première portion enroulée 4. L’axe d’enroulement 200, de la deuxième portion enroulée 5 est ainsi confondu avec l’axe d’enroulement 100 de la première portion enroulée 4 et la première et la deuxième portion enroulée 4, 5 sont concentriques.
Dans l’élément chauffant 3, le premier pas 40, séparant deux spires successives de la première portion enroulée 4, et le deuxième pas 50, séparant des spires successives de la deuxième portions enroulée 5, sont égaux ou sensiblement égaux.
La deuxième portion enroulée 5 est ainsi agencée de sorte qu’au moins une de ses spires soit longitudinalement disposée dans une spire de la première portion enroulée 4. On observe ainsi, en évoluant le long de l’axe d’enroulement 100 depuis les sections terminales 6, 7 une alternance entre une portion d’une spire de la première portion enroulée 4 et une portion d’une spire de la deuxième portion enroulée 5.
Particulièrement et tel qu’illustré dans la figure 1 , au moins une spire de la deuxième portion enroulée 5 est disposée de sorte qu’elle soit longitudinalement équidistante des deux demi-spires formant une spire de la première portion enroulée 4 l’encadrant. Autrement formulé, un écartement 25 mesuré entre une spire de la deuxième portion enroulée 5 et une première demi-spire de la première portion enroulée 4 l’encadrant est égal à l’écartement 25 mesuré entre cette même spire de la deuxième portion enroulée 5 et la seconde demi-spire de la spire de la première portion enroulée 4 l’encadrant longitudinalement. Cet écartement 25 est mesuré selon la direction définie par un axe parallèle à l’axe d’enroulement 100 de la première portion enroulée 4, entre deux points respectivement compris dans les surfaces extérieures de chacune de ces spires. Notamment, dans l’exemple illustré, l’écartement 25 est sensiblement égal à la moitié du premier pas 40 de la première portion enroulée 4. Le premier pas 40 de la première portion enroulée et le deuxième pas 50 de la deuxième portion enroulée étant sensiblement égaux dans le cas illustré, cet écartement 25 sera aussi égal à la moitié du deuxième pas 50 de la deuxième portion enroulée 5.
La trajectoire hélicoïdale ainsi adoptée par la deuxième portion enroulée 5 est similaire, ou sensiblement similaire, à celle adoptée par la première portion enroulée 4, mais elle est longitudinalement décalée, selon un vecteur d’une longueur égale à la valeur de l’écartement 25. Les portions enroulées 4, 5 évoluent ainsi selon leur trajectoire propre, de sorte qu’elles n’entrent pas en contact l’une avec l’autre mais demeurent à proximité de sorte que les champs magnétiques générés par le courant électrique traversant l’une des portions enroulées 4, 5, représentés schématiquement par des flèches 65, soient minimisés voire annulés par les champs magnétiques générés par le courant électrique circulant dans la portion enroulée opposée 4, 5 du même élément chauffant 3.
Le sens d’enroulement des différentes portions enroulées 4, 5 est étroitement lié à la trajectoire adoptée par celles-ci. Dans l’élément chauffant 3 tel que représenté dans la figure 1 , on définit le sens d’enroulement de chaque portion enroulée 4, 5 en se plaçant dans un plan orthogonal à l’axe d’enroulement 100 situé au niveau des première et deuxième sections terminales d’alimentation 6, 7 et en se déplaçant le long de chaque portion enroulée.
Ainsi, lorsque qu’on évolue depuis la première section terminale d’alimentation 6, ou depuis la démarcation 51 , jusqu’à l’extrémité opposée de la première portion enroulée 4, ou jusqu’à la démarcation 52, on observe que la première portion enroulée 4 a un sens d’enroulement antihoraire. De façon similaire, en évoluant le long de la deuxième portion enroulée 5, depuis la démarcation 53 jusqu’à la démarcation 54, on constate que la deuxième portion enroulée 5 a également un sens d’enroulement antihoraire, c’est-à-dire un sens d’enroulement identique à celui de la première portion enroulée 4. Cette représentation de l’élément chauffant n’est en rien limitative, l’élément chauffant 3 pourra être envisagé selon de nombreuses alternatives dans lesquelles, par exemple, la deuxième portion enroulée 5 présente un deuxième diamètre 500 différent du premier diamètre 400 de la première portion enroulée 4, de sorte que la deuxième portion enroulée 5 s’enroule autour ou à l’intérieur de la première portion enroulée 4. De façon similaire les premier pas 40 et deuxième pas 50, respectivement associés aux première et deuxièmes portions enroulées 4, 5 pourront différer.
Il est néanmoins nécessaire de garder à l’esprit que toute configuration équivalente ou alternative ne doit pas nuire à l’invention. Pour tout agencement alternatif, basé sur des variations de diamètres des portions enroulées ou de variation des pas desdites portions enroulées, il faudra considérer le courant électrique passant à travers deux spires adjacentes et conserver une
configuration dans laquelle ces courants évoluent selon des sens opposés de sorte que les champs magnétiques qu’ils génèrent s’annulent, ou soient du moins minimisés.
La figure 2 présente en particulier un corps de chauffe 1 configuré pour comprendre deux éléments chauffants 9, 10. Un premier élément chauffant 9 correspond à l’élément chauffant 3 tel que précédemment exposé, il conserve ainsi les caractéristiques détaillées pour la figure 1. Ce premier élément chauffant 9 est agencé autour d’un deuxième élément chauffant 10, de forme hélicoïdale. Ce deuxième élément chauffant 10 est configuré de sorte qu’un diamètre, le plus grand parmi les diamètres des portions enroulées 104, 105 dudit deuxième élément chauffant 10, soit d’une part inférieur au diamètre le plus petit des première portion enroulée 94 et deuxième portion enroulée 95 du premier élément chauffant 9 et d’autre part suffisamment inférieur pour permettre que le premier élément chauffant 9 entoure le deuxième élément chauffant 10 sans qu’il n’y ait de contact entre le premier et le deuxième éléments chauffants 9, 10.
Le deuxième élément chauffant 10 présente des caractéristiques similaires à celles observées dans le premier élément chauffant 9. Il est ainsi composé successivement d’une première section terminale d’alimentation 106, d’une première portion enroulée 104, d’un segment 108, d’une deuxième portion enroulée 105 et enfin d’une deuxième section terminale d’alimentation 107. Comme précédemment, la deuxième portion enroulée 105 du deuxième élément chauffant 10 est disposée de sorte qu’au moins une de ses spires soit
longitudinalement intercalée dans une spire de la première portion enroulée 104 du deuxième élément chauffant 10.
Un exemple de l’agencement relatif des premier et deuxième éléments chauffants 9, 10 peut être observé sur les figures 2 et 3, le courant électrique traversant chaque élément chauffant étant représenté par les flèches 65. Dans l’exemple illustré, des première et deuxième portions enroulées 94, 95 du premier élément chauffant 9 présentent un diamètre égal ou sensiblement égal, qu’on définira comme étant un diamètre du premier élément chauffant 600. De même les première et deuxième portions enroulées du deuxième élément chauffant 10 présentent un diamètre égal ou sensiblement égal, qu’on définira comme étant un diamètre du deuxième élément chauffant 800, ce dernier étant inférieur au diamètre du premier élément chauffant 600. Les première et deuxième portions enroulées 104, 105 du deuxième élément chauffant 10 s’étendent autour d’un même axe d’enroulement 250, lequel est confondu avec un axe d’enroulement 1000 sur lequel sont centrées les première et deuxième portions enroulées 94, 95 du premier élément chauffant 9. Le premier et le deuxième élément chauffant 9, 10 s’étendent ainsi dans une direction
longitudinale identique, ou sensiblement identique, parallèle à au moins l’un des axes d’enroulement 1000 ou 250 et sur une hauteur sensiblement égale.
Le premier élément chauffant 9 et le deuxième élément chauffant 10 sont ainsi concentriques, tel qu’illustré à la figure 2 ou à la figure 3, le deuxième élément chauffant 10 étant, dans cet exemple, centré de manière à ce que l’espace existant entre le premier et le deuxième élément chauffant 9, 10 soit régulier. Cet espace, délimité d’une part par les surfaces intérieures des première et deuxième portions enroulées 94, 95, du premier élément chauffant 9 et d’autre part par les surfaces extérieures des première et deuxième portions enroulées 104, 105 du deuxième élément chauffant 10, définit une zone annulaire 18 dans laquelle le liquide caloporteur peut circuler.
D’autres alternatives pourront être envisagées, par exemple dans lesquelles les différents éléments chauffants 9, 10 ne sont pas concentriques, ou dans lesquelles chaque portion enroulée 94, 95, 104, 105 s’étend autour d’un axe d’enroulement distinct.
De façon similaire, des valeurs telles que le pas des portions enroulées 94, 95, 104, 105 ou l’écartement 150 séparant les spires des premières portions enroulées 94, 104 des spires des deuxièmes portions enroulées 95, 105 pourront être variables selon la configuration désirée.
Ainsi, la figure 2 présente un corps de chauffe 1 dont le premier élément chauffant 9 reprend les caractéristiques de l’élément chauffant 3 exposé dans la figure 1. Le deuxième élément chauffant 10 est, quant à lui, configuré de sorte qu’un premier pas 130 de sa première portion enroulée 104 soit égal au deuxième pas 140 de sa deuxième portion enroulée 105, ces premier pas 130 et deuxième pas 140 mesurant la distance séparant deux points des surfaces extérieures de deux spires successives d’une même portion enroulée 104 ou 105 selon un axe parallèle à l’axe d’enroulement 250. Un écartement 150, mesuré selon le même principe et séparant une spire de la première portion enroulée 104 du deuxième élément chauffant 10 d’une spire adjacente de la deuxième portion enroulée 105 de ce même deuxième élément chauffant 10, peut être égal à la moitié du premier pas 130 ou du deuxième pas 140 de l’une quelconque des portions enroulées 104, 105.
Tel que représenté, le premier élément chauffant 9, et le deuxième élément chauffant 10 sont configurés de sorte que les pas des portions enroulées 94, 95 du premier élément chauffant 9, tels que visibles sur la figure 1 , et les premier pas 130 et deuxième pas 140 des portions enroulées 104, 105 du deuxième élément chauffant sont sensiblement égaux. Additionnellement, l’écartement 150 du deuxième élément chauffant 10 est égal, ou sensiblement égal, à celui observé dans le premier élément chauffant 9.
Le sens d’enroulement de la première portion enroulée 104 du deuxième élément chauffant 10 est identique à celui de sa deuxième portion enroulée 105. En effet, lorsqu’on se positionne au niveau des premières et deuxièmes sections terminales d’alimentation 96, 97, 106 et 107 dans un plan perpendiculaire à l’axe d’enroulement 250 on constate que la première portion enroulée 104 du deuxième élément chauffant 10 évolue selon une rotation horaire et qu’il en est de même pour la deuxième portion enroulée 105 du deuxième élément chauffant 10.
De plus, dans le corps de chauffe 1 tel que représenté dans la figure 2, le sens d’enroulement des premières portions enroulées 94, 104 du premier et du deuxième élément chauffant 9, 10 est opposé. Il en va de même pour le sens d’enroulement des deuxièmes portions enroulées 95, 105 des différents éléments chauffants 9, 10. Une telle configuration ne sera néanmoins en rien limitative, et d’autres combinaisons pourront être envisagées.
Les premières sections terminales d’alimentation 96, 106 du premier élément chauffant 9 et du deuxième élément chauffant 10 sont disposées à proximité l’une de l’autre. Chaque première section terminale d’alimentation 96, 106 s’étend selon un axe sensiblement vertical, parallèle à l’un des axes
d’enroulement du corps de chauffe, par exemple l’axe d’enroulement 250, et s’étendent sur une hauteur sensiblement égale avant de diverger, au niveau d’une première extrémité de chaque première portion enroulée 94, 104, dans des sens d’enroulement opposés. Les deuxièmes sections terminales d’alimentation 97, 107 s’étendent dans des directions longitudinales sensiblement parallèles à l’un quelconque des axes d’enroulement 1000 ou 250 présents dans le corps de chauffe 1 , et donc dans une direction sensiblement parallèle à celle des premières sections terminales d’alimentation 96, 106.
Lorsque le corps de chauffe 1 comprend au moins deux éléments chauffants 9,
10, les segments 98, 108 joignant les premières portions enroulées 94, 104 aux deuxièmes portions enroulées 95, 105 présentent des agencements
sensiblement identiques. Ces segments comprennent deux coudes encadrant une portion des segments 98, 108 s’étendant selon une direction longitudinale, ou sensiblement longitudinale ne s’inscrivant pas dans la trajectoire hélicoïdale des premières portions enroulées 94, 104 ou des deuxièmes portions enroulées 95, 105 du premier élément chauffant 9 et du deuxième élément chauffant 10.
La figure 4 illustre un dispositif de chauffage électrique 2 intégrant un corps de chauffe 1 , comprenant deux éléments chauffants 9, 10, tel que précédemment exposé aux figures 2 ou 3. Le dispositif de chauffage électrique 2 comprend au moins un socle 1 1 , porteur des deux éléments chauffants 9 et 10, et sur lequel vient se fixer un boîtier 12. Le socle 1 1 et le boîtier 12 délimitent ainsi une chambre 14 dans laquelle s’étendent, selon une direction sensiblement longitudinale, les différents éléments chauffants 9 et 10 et dans laquelle le liquide caloporteur à chauffer va circuler. Afin d’assurer l’étanchéité de la chambre 14, un joint d’étanchéité 13 de forme annulaire est disposé à la base du socle 11 , dans une gorge de réception située entre le socle 1 1 et le boitier 12.
Chaque élément chauffant 9, 10 illustré comprend des première et deuxième sections terminales d’alimentation 96, 97, 106, 107, lesquelles sont insérées et fixées au niveau d’orifices 16 réalisés dans le socle 11. Ces fixations sont réalisées de manière étanche, de sorte que le liquide caloporteur circulant dans la chambre 15 ne puisse pas s’échapper. Les premières et deuxièmes sections terminales d’alimentation 96, 106, 97, 107 sont équipées, au niveau de leur extrémité, d’une cosse 15 permettant la connexion électrique du corps de chauffe 1 à l’alimentation électrique.
Les premières sections terminales d’alimentation 96, 106 sont disposées, dans le socle 2, à proximité l’un de l’autre. Ces premières sections terminales
d’alimentation 96, 106 s’étendent dans la chambre 14, depuis le socle 1 1 , selon un axe sensiblement longitudinal parallèle à au moins un axe d’enroulement 1000 ou 250 du corps de chauffe 1. Tel qu’illustré dans la figure 4, ces premières sections terminales d’alimentation 96, 106 s’étendent selon une direction sensiblement perpendiculaire au socle 1 1 et relient le socle 1 1 aux premières portions enroulées 94, 104 du premier et du deuxième élément chauffant 9, 10.
Les deuxièmes sections terminales d’alimentation 97, 107 présentent des caractéristiques sensiblement identiques à celles des premières sections terminales d’alimentation 96, 106. Les deuxièmes sections terminales
d’alimentation 97, 107 s’étendent du socle 1 1 aux deuxièmes portions enroulées 95, 105 du premier et du deuxième élément chauffant 9, 10, selon une direction sensiblement parallèle à au moins un axe d’enroulement 1000 ou 250.
Les éléments chauffants 9, 10 s’étendent longitudinalement au sein de la chambre 14. En particulier, le premier élément chauffant 9, entourant le deuxième élément chauffant 10, peut être centré dans la chambre 14 du dispositif de chauffage électrique 2. Ainsi, les première et deuxième portions enroulées 94, 95 du premier élément chauffant 9 sont disposées de sorte que les points marquant les milieux verticaux de leurs surfaces extérieures soient équidistants, ou sensiblement équidistants, de la surface intérieure du boîtier 12. Un tel agencement définit un espace de circulation du liquide caloporteur régulier d’un bout à l’autre de la chambre 14, permettant ainsi une bonne répartition de ses volumes.
On comprend à la lecture de ce qui précède que la présente invention propose un corps de chauffe destiné à un dispositif de chauffage électrique, ce corps de chauffe étant configuré pour réduire les champs magnétiques générés par les éléments chauffants, électriques, dudit corps de chauffe. Ce corps de chauffe, destiné notamment à coopérer avec un appareil de chauffage et/ou de
climatisation pour véhicule électrique ou hybride, voit la génération de champs magnétiques minimisée du fait de la configuration particulière du ou des différents éléments chauffants qu’elle comprend. Les différentes portions enroulées composant les éléments chauffants sont ainsi agencées de sorte que les courants électriques parcourant des portions enroulées adjacentes circulent selon des directions sensiblement identiques mais dans des sens opposés. Les champs magnétiques générés s’en retrouvent ainsi minimisés, voire annulés.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison technique opérant de tels moyens. En particulier le pas des portions enroulées, leur diamètre ou l’écartement existant entre différente portions enroulées peuvent être modifiés sans nuire à l’invention, dans la mesure où le dispositif de chauffage électrique pour véhicule, in fine, remplit les mêmes fonctionnalités que celles décrites dans ce document.

Claims

Revendications
1. lElément chauffant (3) pour dispositif de chauffage électrique (2) d’un liquide caloporteur comprenant une première portion enroulée (4) centrée sur un axe d’enroulement (100), hélicoïdale et comprenant au moins une spire, et une deuxième portion enroulée (5) hélicoïdale comprenant au moins une spire, la deuxième portion enroulée (5) étant reliée à la première portion enroulée (4) par un segment (8) de l’élément chauffant (3), l’élément chauffant (3) comprenant une première section terminale d’alimentation (6) connectée à la première portion enroulée (4) et une deuxième section terminale d’alimentation (7) connectée à la deuxième portion enroulée (5) caractérisé en ce que au moins une spire de la deuxième portion enroulée (5) est intercalée, selon la direction définie par l’axe d’enroulement (100), dans une spire de la première portion enroulée (4).
2. Elément chauffant (3) selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième portion enroulée (5) est centrée sur un axe d’enroulement (200) confondu avec l’axe d’enroulement (100) de la première portion enroulée (4).
3. Elément chauffant (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première portion enroulée (4) est définie par un premier diamètre (400) et la deuxième portion enroulée (5) est définie par un deuxième diamètre (500), ce premier diamètre (400) et ce deuxième diamètre (500) étant égaux.
4. Elément chauffant (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première portion enroulée (4) présente un premier pas (40) égale au deuxième pas (50) de la deuxième portion enroulée (5).
5. Elément chauffant (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première portion enroulée (4) s’enroule dans un premier sens d’enroulement, la deuxième portion enroulée (5) s’enroulant dans un deuxième sens d’enroulement, identique au premier sens d’enroulement.
6. Corps de chauffe (1 ) comprenant un premier élément chauffant (9) selon l’une quelconque des revendications précédentes, et au moins un deuxième élément chauffant (10) hélicoïdal, le premier élément chauffant (9) étant configuré de manière à être disposé autour du deuxième élément chauffant (10).
7. Corps de chauffe (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième élément chauffant (10) est configuré selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
8. Corps de chauffe (1 ) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel le premier élément chauffant (9) et le deuxième élément chauffant (10) sont concentriques et s’étendent autour d’un axe d’enroulement (250).
9. Corps de chauffe (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel le sens d’enroulement de la première portion enroulée (94) du premier élément chauffant (9) est opposé au sens d’enroulement de la première portion enroulée (104) du deuxième élément chauffant (10).
10. Dispositif de chauffage électrique (2) intégrant un élément chauffant (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 ou un corps de chauffe (1 ) selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, ledit dispositif de chauffage électrique (2) comprenant également un socle (1 1 ) porteur de l’élément chauffant (3) ou du corps de chauffe (1 ) et un boitier (12) fixé sur ledit socle (1 1 ), le socle (1 1 ) et le boitier (12) délimitant une chambre (14) dans laquelle s’étend au moins un élément chauffant (3, 9 ou 10). I
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Citations (4)

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