Brevet FR2801467A1 — publié le 20010525

L'invention concerne un dispositif de chauffage électrique, en particulier pour un véhicule à moteur, comportant plusieurs éléments chauffants qui sont groupés pour constituer un bloc chauffant qui est tenu dans un cadre et peut être parcouru par un fluide à chauffer, et un dispositif de commande présen- tant, pour la commande des éléments chauffants, plusieurs composants de commande à refroidir, disposés en une rangée à côté ou à l'intérieur du bloc chauffant. Des appareils de chauffage de ce type, comportant plusieurs élé- ments chauffants regroupés pour constituer un bloc chauffant, s'emploient par exemple dans les véhicules à moteur pour chauffer l'air introduit dans l'habi- tacle du véhicule. Dans le document de publication DE 197 38 318 AI et dans la demande de brevet allemand plus ancienne, non prépubliée, n 199 25 757 sont décrits des appareils de chauffage de ce type qui peuvent s'employer comme chauf- fage auxiliaire dans un véhicule à moteur pour donner un chauffage rapide de I'habitacle du véhicule lors d'un départ à froid. Les appareils de chauffage qui y sont décrits présentent plusieurs éléments chauffants à coefficient de température positif, en forme de ruban, qui sont regroupés pour constituer un bloc chauffant et sont disposés à une certaine distance l'un de l'autre, des nervures ondulées, thermiquement conductrices étant placées entre eux. L'air à chauffer parcourt le bloc chauffant dans les espaces intermédiaires offerts par les nervures ondulées. Le bloc chauffant est tenu dans un cadre sur lequel est également rapporté un dispositif de commande comportant plusieurs compo- sants de commande sous forme de transistors de puissance dont chacun commande un élément chauffant à coefficient de température positif associé ou un groupe associé d'éléments chauffants à coefficient de température positif. Dans le cas de ces appareils de chauffage, les transistors de puissance sont fixés sur le côté, opposé au bloc chauffant, d'une branche du cadre ou sont disposés à l'intérieur du cadre de façon qu'ils soient fixés sur des parties associées du bloc chauffant ou sur une face intérieure du cadre. Ils sont refroi- dis par le flux d'air à chauffer, des radiateurs appropriés pouvant être indivi- duellement associés aux différents transistors de puissance. À la base de l'invention se trouve comme problème technique la mise à disposition d'un appareil de chauffage du type mentionné au début qui pré- sente une disposition avantageuse des composants de commande, à refroidir, servant à la commande des éléments chauffants, de façon que ces composants de commande puissent être très activement refroidis et/ou conviennent pour un mode avantageux de commande des éléments chauffants. L'invention résout ce problème par la mise à disposition d'un appareil de chauffage qui se caractérise premièrement par le fait qu'aux composants de commande à refroidir est associée une nervure ondulée de refroidissement qui s'étend le long de la rangée de composants de commande et à laquelle ils sont reliés avec conduction thermique ou deuxièmement par le fait que les compo- sants de commande à refroidir sont électriquement raccordés, par un raccord o passe le courant électrique de chauffage, à un ruban conducteur de liaison commun qui est électriquement relié à une réglette de contacts qui s'étend perpendiculairement au ruban conducteur de liaison le long d'une zone latérale du bloc et à laquelle sont raccordés en commun les éléments chauffants. Dans le cas du chauffage électrique présentant les premières caractéristi- ques, les composants de commande à refroidir se trouvent près ou à l'intérieur du bloc chauffant et, de façon caractéristique, peuvent être refroidis par une nervure ondulée de refroidissement commune, associée, à laquelle ils sont reliés avec conduction thermique. La nervure ondulée de refroidissement est capable d'évacuer efficacement la chaleur provenant des composants de com- mande qui chauffent en service, ce pour quoi elle peut par exemple être expo- sée à une partie du fluide en écoulement comme l'air, que doit chauffer l'appareil de chauffage. De cette façon les composants de commande peuvent se refroidir efficacement sans qu'il soit impérativement nécessaire en plus qu'ils soient eux-mêmes exposés à un fluide à refroidir et/ou qu'un propre radiateur soit associé à chacun d'eux. Dans une extension avantageuse de l'invention, la rangée de composants de commande, à refroidir, situés l'un à côté de l'autre s'étend le long d'une zone latérale du bloc chauffant. Le bloc chauffant lui-même et donc la struc- ture en canal qu'il offre pour le fluide, à réchauffer, qui le parcourt reste de ce fait non influencés par la disposition des composants de commande à refroidir. Dans une forme de réalisation de l'invention, la nervure ondulée de refroidissement est disposée à I'intérieur du cadre du bloc chauffant et elle est thermiquement découplée d'avec le bloc chauffant par un ruban d'isolant thermique inséré entre eux. Lorsque le bloc chauffant est constitué de rubans chauffants à coefficient de température positif et de nervures ondulées insérées entre eux, le ruban d'isolant thermique et la nervure ondulée de refroidisse- ment peuvent se raccorder directement à cette structure de bloc chauffant avec des avantages correspondants en technique de fabrication et en réalisation. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les composants de commande à refroidir sont, de façon favorable en technique de fabrication, logés dans des évidements d'une réglette de fixation disposée sur la face intérieure du cadre. Dans le cas de l'appareil de chauffage électrique présentant les deuxièmes caractéristiques, les composants de commande à refroidir sont, de façon carac- téristique, électriquement raccordés en commun, par un raccord o passe le courant de chauffage, à un ruban conducteur de liaison qui, de son côté, est électriquement relié à une réglette de contacts qui court le long d'une zone latérale du bloc, voisine, et à laquelle sont raccordés en commun les éléments chauffants. Dans cette configuration, tous les éléments chauffants sont donc parcourus de la même façon par le courant électrique, la totalité du courant électrique de chauffage résultant de la somme des différents flux de courant de chauffage que peuvent commander les composants de commande électrique- ment raccordés en parallèle au ruban conducteur de liaison. La mesure consistant à relier en commun les composants de commande au ruban conducteur de liaison est de préférence combinée avec la mesure consistant à associer aux composants de commande une nervure ondulée de refroidissement selon l'un des modes que l'on vient de décrire. Dans une autre forme de réalisation de l'invention concernant ce point, le ruban conducteur de liaison est constitué d'un matériau thermiquement conducteur et la disposi- tion des composants de commande, du ruban conducteur de liaison et de la nervure ondulée de refroidissement est choisie de façon que les composants de commande à refroidir soient reliés, avec conduction thermique, à la nervure ondulée de refroidissement par l'intermédiaire du ruban conducteur de liaison. Le ruban conducteur de liaison peut en particulier y être disposé, du côté approprié de la nervure ondulée de refroidissement, sous forme d'un élément de terminaison latéral de la structure du bloc chauffant. Une forme de réalisation avantageuse de l'invention est représentée sur les dessins et décrite ci-dessous. - La Figure 1 est une vue de dessus d'un appareil de chauffage électrique comportant un bloc chauffant présentant plusieurs éléments chauffants à coefficient de température positif et des nervures ondulée situées entre eux; et - La Figure 2 est une vue en coupe selon la ligne!l-11 de la Figure 1. L'appareil de chauffage électrique représenté sur les Figures peut en particulier s'employer dans un véhicule à moteur comme chauffage auxiliaire pour chauffer l'air à amener dans l'habitacle du véhicule aussi longtemps que ne suffit pas dans ce but la chaleur émise par le circuit de chauffage et refroi- dissement d'un moteur thermique habituellement employé comme mécanisme d'entraînement dans le véhicule à moteur. L'appareil de chauffage présente un bloc chauffant 1 qui est regroupé à partir de plusieurs éléments chauffants électriques empilés l'un au-dessus de l'autre à une certaine distance, sous forme d'éléments chauffants à coefficient de température positif 2, en forme de ruban et de nervures ondulées 3 insérées entre eux. Le bloc chauffant i de forme rectangulaire, est tenu dans un cadre rectangulaire qui l'entoure et présente quatre parties de cadre 4a, 4b, 4c, 4d dont trois sont réalisées par des branches de cadre 4a, 4b, 4c, en forme de U en coupe, leur côté ouvert orienté vers l'extérieur, et la quatrième l'est par une traverse de cadre fermé 4d. À peu près à mi-hauteur de l'empilement du bloc chauffant, deux rubans chauffants à coefficient de température positif 2 voisins, sont tenus écartés à une certaine distance l'un de l'autre par, au lieu d'un nervure ondulée, un ruban élastique 5 présentant une pluralité de languettes élastiques opposées s'écartant l'une de l'autre. Le ruban élastique 5 sert ainsi à donner une structure de bloc chauffant sans jeu, compensant élastiquement des tolérances de fabrication. Il est prévu électriquement conducteur de même que les nervures ondulées 3. Aux rubans chauffants à coefficient de température positif 2 est associé un dispositif de commande constitué d'un circuit logique de commande d'un circuit électronique de puissance. Le circuit électronique de puissance com- porte, comme composants de commande à refroidir, plusieurs, dans l'exemple représenté quatre, transistors de puissance 6a, 6b, 6c, 6d dont chacun est logé dans un évidement correspondant 7a, 7b, 7c, 7d d'une réglette de fixation 8 en plastique. La réglette de fixation 8 est rapportée sur la face intérieure de la branche 4c du cadre, supérieure sur la Figure 1. Le circuit électronique de commande se trouve sur une platine de commande 9 que l'on peut voir schématiquement sur la Figure 2. La platine de commande 9 présente des trous de contact dans lesquels les transistors de puissance 6a à 6d sont enfichés par des broches de contact 10 qui y sont prévues et dont on peut voir l'une sur la vue en coupe de la Figure 2 et sont, de ce fait, mis en contact avec le circuit électronique de commande. Grâce à la liaison par enfichage entre les transistors de puissance 6a à 6d et la platine 9 et à la fixation des transistors de puissance 6a à 6d dans les évidements 7a à 7d de la réglette de fixation 8, la platine 9 est simultanément tenue dans une zone latérale arrière appropriée sur le bloc chauffant! ou son cadre 4a à 4d. Les transistors de puissance 6a à 6d ont leur assise sur un ruban conducteur de liaison l 1 commun, qui court le long de la face intérieure de la réglette de fixation 8, et qui est constitué de préférence de cuivre, de façon telle que chacun de ces transistors est électriquement raccordé, par un raccord o passe le courant de chauffage, au ruban conducteur de liaison commun 1 1. Le ruban conducteur de liaison commun 1 1 se prolonge sur une face frontale, au-delà des dimensions du bloc chauffant, et s'étend, par un prolongement approprié, à travers la traverse 4d du cadre. Par le prolongement il est relié en extrémité, avec conduction électrique, à une réglette de contacts 12. La réglette de contacts 12 s'étend parallèlement au plan de la traverse 4d du cadre, le long du côté correspondant du bloc chauffant 1, à petite distance de celui-ci et sert au raccordement commun des rubans chauffants à coefficient de température positif 2 à un premier potentiel de tension de chauffage, par exemple un potentiel de tension négatif. Du côté opposé, les rubans chauffants à coefficient de température positif 2 sont électriquement raccordés à la branche 4b, en forme de U, du cadre qui s'y trouve et, par son intermédiaire, peuvent être soumis à un second potentiel de tension de chauffage, différent du premier, par exemple un potentiel de tension positif. Le second potentiel de tension peut s'appliquer directement à cette branche 4b, en forme de U du cadre ou à l'une des deux autres branches 4a, 4c du cadre qui sont mécani- quement reliées, avec conduction électrique, à cette branche 4b du cadre. Comme on peut le voir sur la Figure 1, les éléments chauffants à coeffi- cient de température positif 2 sont montés électriquement en parallèle entre la réglette de contact 12 et la branche opposée 4b, en forme de U, du cadre. Dans ce but, chaque élément chauffant à coefficient de température positif 2 comporte, de façon connue en soi, deux rubans de tôle 12a, 12b qui sont tenus à une certaine distance par un matériau isolant 1 3, les éléments chauf- fants à coefficient de température positif, qui interviennent pour le chauffage, étant disposés dans des évidements du matériau isolant, entre les deux rubans de tôle 12a, 12b. Chacun des deux rubans de tôle 12a, 12b a un contact électrique avec la nervure ondulée 3, électriquement conductrice, qui le jouxte. Il suffit donc, pour l'alimentation en tension de chacun des rubans chauffants à coefficient de température positif 2 ou des différents éléments à coefficient de température positif d'un ruban chauffant à coefficient de température positif 2, de mettre en contact l'un des deux rubans de tôle 1 2a, 12b du ruban chauffant à coefficient de température positif 2 avec la réglette de contact 12 ou avec la branche opposée 4d du cadre, et ceci de façon que chacun des rubans chauffants à coefficient de température positif 2 qui se suivent selon la direction d'empilement du bloc soit, par un ruban de tôle, alternativement relié à la branche 4b du cadre et à la réglette de contacts 12. De ce fait, I'un des deux rubans de tôle 12a, 12b d'un ruban chauffant à coefficient de température positif 2 est en permanence, par mise en contact direct, soumis au potentiel de la réglette de contacts 12 ou de la branche opposée 4b du cadre, tandis que la mise en contact de l'autre ruban de tôle se fait par l'intermédiaire de la nervure ondulée qui le jouxte et du ruban de tôle du ruban chauffant à coefficient de température positif voisin correspondant qui est voisin de l'autre côté de cette nervure ondulée et qui de son côté est directement relié à la branche 4b du cadre ou à la réglette de contacts 12. Grâce à une commande appropriée des transistors de puissance 6a à 6d par l'intermédiaire du circuit logique de commande correspondant, on peut régler le courant de chauffage nécessaire pour obtenir chaque fois la puissance de chauffage désirée. Chacun des transistors de puissance 6a à 6d laisse passer une partie du courant de chauffage, que l'on peut commander, d'un raccord correspondant d'une source de courant de chauffage au ruban conducteur de liaison 1 1 et donc à la réglette de contacts 12 qui répartit régulièrement sur les différents rubans conducteurs à coefficient de température positif 2 le courant de chauffage globalement amené par l'intermédiaire des quatre transistors de puissance 6a à 6d montés en parallèle. Pour refroidir les transistors de puissance 6a à 6d, qui chauffent en service, est prévue une nervure ondulée de refroidissement commune 1 5 qui est disposée sur la face intérieure du ruban conducteur de liaison I 1, constitué d'un matériau thermiquement conducteur, de façon que la chaleur produite dans les transistors de puissance 6a à 6d puisse être évacuée par l'intermédiaire du ruban conducteur de liaison 1 1 et de la nervure ondulée de refroidissement 15. La nervure ondulée de refroidissement 1 5 est séparée du bloc chauffant proprement dit 1 par un ruban d'isolant thermique 16 réalisé sous forme d'un ruban chauffant factice en ce sens que sa forme et sa structure correspondent à celle du ruban chauffant à coefficient de température positif 2 à l'exception qu'il ne contient pas les éléments à coefficient de température positif qui interviennent pour le chauffage. Cette réalisation présente l'avantage que le ruban d'isolant thermique 16 et la nervure ondulée de refroidissement 1 5 se raccordent de façon uniforme, sur le bloc chauffant 1, avec les rubans chauffants à coefficient de température positif 2 et les nervures ondulées 3 qui se suivent et que le ruban de tôle, orienté vers le ruban d'isolant thermique 16, du ruban chauffant à coefficient de température positif 2 extérieur, voisin, peut être mis sous contact par l'intermédiaire de la nervure ondulée 3 située entre eux et du ruban de tôle, qui jouxte cette nervure ondulée, du ruban d'isolant thermique 16, sans que par ailleurs le ruban d'isolant thermique 16 s'échauffe lui-même activement. En option, le second ruban de tôle, qui jouxte la nervure ondulée de refroidissement 1 5, du ruban " factice " 16 peut disparaître. Il suffit alors que la nervure ondulée de refroidissement 1 5 évacue dans le flux d'air à chauffer, que traversent cette nervure ondulée de refroidis- sement ainsi que les autres nervures ondulées 3 du bloc chauffant 1, la chaleur émise par les transistors de puissance 6a à 6d. En variante, le ruban d'isolant 16 peut également être concçu sous forme d'un ruban chauffant à coefficient de température positif actif, la nervure ondulée de refroidissement 1 5 devant alors reprendre en outre la chaleur provenant de ce ruban chauffant à coef- ficient de température positif et l'évacuer dans le flux d'air qu'elle traverse. Dans une autre forme de réalisation, formant variante à l'exemple de réalisation, représenté, de l'invention, on peut prévoir que les transistors de puissance 6a à 6d ne sont pas couplés, avec conduction thermique, à la nervure ondulée de refroidissement 1 5 par l'intermédiaire du ruban conduc- teur de liaison 1 1, qui sert simultanément de liaison électrique commune, mais directement ou par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs éléments thermique- ment conducteurs, spécialement prévus dans ce but. En outre, dans une réalisation variante de l'invention, la réglette de contacts 12 peut disparaître et, à sa place, peut être prévue une autre liaison électrique des rubans chauffants à coefficient de température positif 2 aux transistors de puissance 6a à 6d, par exemple sous forme de liaisons électriques individuelles entre chaque fois l'un des transistors de puissance 6a à 6d et un ou plusieurs rubans chauffants à coefficient de température positif 2 qui lui soient associés. Dans une autre forme de réalisation variante de l'invention, les compo- sants de commande à refroidir sont disposés en une rangée, parallèlement aux axes longitudinaux des rubans chauffants à coefficient de température positif, non pas comme dans l'exemple des Figures 1 et 2, mais à l'intérieur du bloc chauffant 1, par exemple à nouveau ensemble avec une réglette de fixation associée, c'est-à-dire que la rangée des composants de commande forme une couche intérieure de l'empilement de blocs chauffants, comme c'est le cas dans l'exemple de réalisation des Figures 1 et 2 par exemple pour les rubans élastiques 5. Dans une autre variante de l'invention, en plus du ruban " factice " 16 de l'exemple de réalisation des Figures 1 et 2, peuvent, selon chaque fois besoin, être prévus à l'intérieur du bloc chauffant un ou plusieurs autres rubans a factices " de même genre, par exemple pour obtenir une répartition déterminée de la puissance de chauffage sur le bloc chauffant ou pour limiter de façon commandée sa puissance de chauffage. Une disposition de la rangée des composants de commande à refroidir et/ou d'un ruban " factice " à l'intérieur du bloc chauffant, par exemple dans la zone médiane correspondant à la couche du ruban élastique 5 dans l'exemple des Figures 1 et 2, peut, entre autres, pour le cas d'application d'une régulation de l'air dite distincte à droite et à gauche pour les appareils de climatisation pour des habitacles de véhicule, être avantageuse pour chauffer individuellement avec le bloc chauffant, divisé de cette façon en deux5 parties, l'air du côté conducteur d'une part et du côté voisin du conducteur d'autre part. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. Appareil de chauffage électrique, en particulier pour un véhicule à moteur, comportant: - plusieurs éléments chauffants (2) qui sont groupés pour constituer un bloc chauffant (1) qui est tenu dans un cadre (4a à 4d) et peut être parcouru par un fluide à chauffer, et - un dispositif de commande présentant, pour la commande des éléments chauffants, plusieurs composants de commande (6a à 6d) à refroidir, disposés en une rangée à côté ou à l'intérieur du bloc chauffant, caractérisé par le fait qu'aux composants de commande (6a à 6d) à refroidir est associée une nervure ondulée de refroidissement (15) qui s'étend le long de la rangée de composants de commande et à laquelle ils sont reliés avec conduction thermique. 2. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1, caractérisé en outre par le fait que les composants de commande (6a à 6d) à refroidir sont disposés le long d'une zone latérale du bloc. 3. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en outre par le fait que la nervure ondulée de refroidissement (1 5) est disposée à l'intérieur du cadre (4a à 4d) et qu'elle est thermiquement découplée d'avec le bloc chauffant (1) par un ruban d'isolant thermique (1 6). 4. Appareil de chauffage électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en outre par le fait que les composants de commande (6a à 6d) à refroidir sont logés dans des évidements (7a à 7d) d'une réglette de fixation (8). 5. Appareil de chauffage électrique, en particulier selon l'une des revendications 1 à 4, comportant: - plusieurs éléments chauffants (2) qui sont groupés pour constituer un bloc chauffant (1) qui est tenu dans un cadre (4a à 4d) et peut être parcouru par un fluide à chauffer, et - un dispositif de commande présentant, pour la commande des éléments chauffants, plusieurs composants de commande (6a à 6d) à refroidir, disposés en une rangée à côté ou à l'intérieur du bloc chauffant, caractérisé par le fait que les composants de commande (6a à 6d) à refroidir sont électriquement raccordés, par un raccord o passe le courant électrique de chauffage, à un ruban conducteur de liaison commun (1 1) qui est électri- quement relié à une réglette de contacts (1 2) qui s'étend perpendiculairement au ruban conducteur de liaison le long d'une zone latérale du bloc et à laquelle sont raccordés en commun les éléments chauffants (2). 6. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 5, caractérisé en outre par le fait que le ruban conducteur de liaison (1 1) est constitué d'un matériau thermiquement conducteur et que les composants de commande (6a à 6d) à refroidir sont reliés à la nervure ondulée de refroidissement (1 5) avec conduction thermique.