Brevet FR2858166A1 — publié le 20050128

Le secteur technique de la présente invention est celui des radiateurs électriques installés notamment dans un appareil de ventilation, chauffage et/ou climatisation de véhicule automobile. Il est connu d'utiliser des radiateurs électriques dans une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation pour accélérer ou augmenter l'apport thermique à l'intérieur de l'habitacle d'un véhicule automobile. Ces radiateurs sont en général constitués d'un bloc de chauffe chargé de produire et d'échanger l'énergie thermique avec un flux d'air présent dans l'installation et un module de commande dont la fonction est de contrôler et réguler le bloc de chauffe. Plus particulièrement, le bloc 15 de chauffe est constitué de barreaux qui supportent des éléments chauffants de type résistif sous forme de résistances à coefficient de température positif (ci-après CTP). L'utilisation d'éléments chauffants CTP permet en effet une autolimitation en température de sorte qu'un 20 échauffement excessif est évité. Les éléments chauffants CTP se présentent sous forme de petits blocs ou "pierres", disposés dans les barreaux chauffants ou entre deux électrodes. Des éléments radiants sont associés aux barreaux pour favoriser l'échange calorifique avec le flux 25 d'air traversant l'installation. Ces éléments radiants peuvent être des ailettes traversées par les barreaux ou encore des intercalaires par exemple sous forme de rubans métalliques plissés ou ondulés disposés entre barreaux parallèles. Les radiateurs électriques additionnels à résistance CTP fonctionnent de façon satisfaisante mais présentent l'inconvénient de nécessiter une régulation par un module de commande. Ce dernier doit gérer le bloc de chauffe en le subdivisant pour permettre, dans le cas où le flux est 35 froid, de chauffer fortement ce flux, et dans le cas où le flux d'air est tiède, de réduire la puissance en n'alimentant qu'une partie des éléments chauffants CTP. Cette fonction de régulation requiert un module électronique compliqué car il englobe de nombreux composants. La conséquence principale est que le module de commande représente une part importante du coût d'un radiateur qu'il serait bon de diminuer. Le but de la présente invention est donc de résoudre 5 les inconvénients décrits ci-dessus principalement en intégrant dans le bloc de chauffe des éléments chauffants CTP qui, à des températures intermédiaires, s'enclenchent automatiquement de manière étagée. L'invention a donc pour objet radiateur électrique 10 comprenant un bloc de chauffe contrôlé par un module de commande, ledit bloc de chauffe utilisant des éléments chauffants du type à coefficient de température positif, caractérisé en ce que au moins deux des éléments chauffants s'enclenchent selon un niveau de température différent l'un 15 par rapport à l'autre. Selon une première caractéristique de l'invention, les éléments chauffants sont maintenus au moyen de barreaux entre lesquels est installé un élément radiant de dispersion thermique. Selon une deuxième caractéristique de l'invention, les barreaux comprennent deux électrodes entre lesquels sont coincés les éléments chauffants. Selon une autre caractéristique de l'invention, le contact entre les électrodes et les éléments chauffants est 25 assuré par un ressort. Selon encore une caractéristique de l'invention, le contact entre les électrodes et les éléments chauffants est assuré par collage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, 30 les éléments chauffants sont répartis dans des barreaux distincts. Chaque barreau comprend au moins deux éléments chauffants installés côte à côte. Avantageusement, les éléments chauffants sont répartis 35 dans deux barreaux consécutifs de telle sorte que lesdits éléments chauffants sont disposés sensiblement en regard les uns par rapport aux autres. Avantageusement encore, Le nombre de barreaux est compris entre 3 et 6. Selon une caractéristique de l'invention, le radiateur électrique comprend huit éléments chauffants qui s'enclenchent chacun selon un niveau de température différent les uns des autres. Selon une autre caractéristique de l'invention, les niveaux de température s'échelonnent tous les 5 C. Selon encore une caractéristique de l'invention, le radiateur électrique objet de l'invention est intégré dans une installation de ventilation, cette dernière pouvant 10 comprendre optionnellement un échangeur de chaleur à liquide disposé en amont du radiateur électrique. Un tout premier avantage selon l'invention réside dans le fait que la régulation de la température du bloc de chauffe se fait automatiquement de manière étagée. Cet 15 étagement est la conséquence directe de l'enclenchement de certains éléments chauffants alors que les autres ne s'enclenchent pas. Un autre avantage réside dans la possibilité de simplifier le circuit électronique de commande et ainsi 20 réduire le coût du radiateur. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ciaprès à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle très schématique d'un appareil de ventilation, chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile intégrant un radiateur selon l'invention, -la figure 2 est une vue schématique d'un radiateur 30 selon l'invention, -la figure 3 est une illustration de l'évolution de la puissance par rapport à la température dans un radiateur selon l'invention. Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments 35 de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention le cas échéant. L'ensemble de la description ci-dessous utilise les termes amont et aval. Ces termes doivent s'interpréter en fonction du sens de circulation du flux d'air dans le conduit en question. La figure 1 montre une partie d'un appareil de ventilation, chauffage et/ou climatisation de véhicule 5 automobile, comprenant un boîtier 2 délimitant un canal 3 pour le passage d'air à réchauffer. Cet appareil peut être l'appareil principal de traitement thermique du véhicule habituellement installé sous la planche de bord mais il peut faire aussi l'objet d'un appareil additionnel dédié au 10 traitement thermique des places arrières ou un appareil de traitement thermique spécialement dédié à un siège du véhicule automobile. Ces trois types d'installation peuvent être équipées d'un évaporateur pour une production thermique froide. La description ci-dessous est faite à titre d'exemple en rapport avec un appareil principal de traitement thermique. Le canal 3 amène l'air vers des bouches de chauffage et de désembuage/dégivrage pour être distribué sélectivement dans l'habitacle selon les positions de 20 volets de mixage et distribution 6. Le débit d'air dans le canal 3 est produit par un ventilateur 7, ou pulseur, recevant de l'air extérieur ou de l'air de recirculation en provenance de l'habitacle. Le réchauffage de l'air, lorsqu'il est nécessaire, est assuré par un éventuel 25 échangeur de chaleur à liquide 8, utilisant le liquide de refroidissement du moteur comme liquide caloporteur et par un radiateur électrique 10. L'échangeur 8 et le radiateur électrique 10 sont disposés dans le canal 3, le premier étant situé en amont du second. En l'absence d'échangeur 8, 30 le chauffage de l'air est assuré par le seul radiateur électrique 10. Le radiateur électrique 10 peut occuper tout ou partie de la section de passage du canal 3. Dans ce dernier cas, seule une partie du flux d'air produit par le pulseur 7 35 traverse le radiateur électrique, l'autre partie étant dérivée à l'extérieur de celui-ci. Un exemple de réalisation d'un radiateur électrique 10 conforme à l'invention sera maintenant décrit en référence aux figures 2 et 3. Comme le montre la figure 2, le radiateur électrique comprend un boîtier 12, par exemple en plastique dans lequel est logé un ensemble de barreaux individuels 13. Ces barreaux 13 sont disposés parallèlement les uns aux autres 5 et s'étendent sur toute la longueur du boîtier 12, de manière à être exposés directement à l'air traversant le radiateur 10. Le contrôle du radiateur électrique 10 est assuré par un module de commande 14 monté sur une plaque 15 de circuit 10 imprimé avantageusement logé dans l'un des côtés du boîtier 12 et protégé par un capot 16. Le module de commande 14 reçoit des informations à travers un connecteur (non représenté) et est relié à une source d'alimentation du véhicule. Les barreaux 13 sont positionnés dans la zone d'échange thermique du radiateur appelée bloc de chauffe 17. En plus de ces barreaux 13, le bloc de chauffe 17 est constitué d'éléments radiants 18 favorisant la dispersion thermique, par exemple des ailettes ondulées, entre des éléments 20 chauffants 19a, 19b, 19c, 19d et le flux d'air circulant dans le canal 3. Les éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d sont des pierres céramiques du type à coefficient de température positif (CTP). Ces pierres CTP ont la particularité de 25 s'autoréguler en consommation d'intensité. En effet, à une certaine température appelée Tref, la pierre CTP augmente très nettement sa résistance et ainsi limite son besoin d'énergie électrique. La particularité réside dans le fait que les pierres CTP utilisées dans le radiateur selon 30 l'invention s'autorégulent à des niveaux de températures différents les uns par rapport aux autres. En effet, l'élément chauffant 19a augmente sa résistance à une température de référence Tref égale à 20 C, l'élément chauffant 19b augmente sa résistance à une 35 température de référence Tref égale à 15 C, l'élément chauffant 19c augmente sa résistance à une température de référence Tref égale à 10 C et l'élément chauffant 19d augmente sa résistance à une température de référence Tref égale à 5 C. Il est ici décrit un radiateur utilisant 4 éléments chauffants qui s'enclenchent à un niveau de Tref différent mais il est bien entendu que le radiateur électrique peut intégrer autant d'éléments chauffants s'enclenchant à un niveau différent que nécessaire. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, les éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d sont répartis dans des barreaux 13 distincts de manière à homogénéiser l'allure de chauffe sur l'ensemble du bloc de chauffe 17. A l'intérieur d'un barreau 13, les éléments chauffants 10 19a, 19b, 19c, 19d sont aussi répartis de manière distincte et selon un ordre qui permet d'homogénéiser le chauffage au sein même d'un barreau 13. Ainsi, on constate que les éléments chauffants 19a qui s'enclenchent tous à une température de référence égale à 15 20 C sont alignés de manière à former virtuellement une diagonale au sein du bloc de chauffe 17. Il en est de même pour les autres éléments chauffants 19b, 19c, et 19d. Chaque barreau 13 est constitué par deux électrodes 20 et 21 entre lesquels sont disposés les éléments chauffants 20 19a, 19b, 19c, 19d qui s'enclenchent selon des niveaux de température différents les uns par rapport aux autres. Le contact électrique et thermique entre ces électrodes 20, 21 et les éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d peut être assuré au moyen d'un ressort (non représenté) ou par 25 collage. Le contact thermique entre les éléments radiants 18 et les électrodes 20 ou 21 est assuré par contact sous pression, collage, soudage et plus particulièrement par brasage. Ces électrodes conduisent le courant électrique du module de commande 14 vers les éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d. Le fonctionnement du radiateur selon l'invention va être décrit ci-après en relation avec la figure 3. Le bloc de chauffe 17 qui intègre des éléments chauffants 19a, 19b, 19c, 19d qui s'enclenchent selon des niveaux de température différents les uns par rapport aux autres permet d'alléger le module de commande 14. En effet, comme une partie de la régulation est effectuée de manière intrinsèque par les éléments chauffants, le module de commande peut faire économie de certains composants électroniques de régulation comme transistors ou relais de puissance notamment. Le coût du module de commande s'en trouve ainsi réduit. Cette autorégulation est illustrée par le graphe de la figure 3. Ce graphe illustre un radiateur incluant huit éléments chauffants qui s'enclenchent chacun selon un niveau de température Tref différent selon un échelonnement 10 de 5 C en 5 C. A -20 C tous les éléments chauffants sont enclenchés et dégagent une énergie maximum vers le flux d'air. A -15 C un huitième des éléments chauffants stoppe leur consommation de courant électrique car ils ont atteint leur Tref, à 15 10 C deux huitièmes des éléments chauffants atteignent leurs Tref, à -5 C trois huitièmes des éléments chauffants cessent leurs consommations électriques. A 0 C, la moitié du corps de chauffe 17 est à l'arrêt, à +5 C seuls 3 types d'éléments chauffants dispersent une 20 énergie vers le flux d'air, à +10 C les trois-quarts des éléments chauffants sont arrêtés et à +15 C, il ne reste plus qu'un seul type d'éléments chauffants en action. Les températures ci-dessus sont données à titre indicatif sans l'apport calorifique de l'échangeur de 25 chaleur 8. L'échelonnement et le niveau de température peuvent être adaptés à une utilisation avec un échangeur de chaleur 8. Dans cette variante, l'échelonnement varie de 20 C à + 50 C. REVENDICATIONS 1. Radiateur électrique (10) comprenant un bloc de chauffe (17) contrôlé par un module de commande (14), ledit bloc de chauffe (17) utilisant des éléments chauffants (19) 5 du type à coefficient de température positif, caractérisé en ce que au moins deux des éléments chauffants (19a, 19b) s'enclenchent selon un niveau de température différent l'un par rapport à l'autre. 2. Radiateur électrique selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce que les éléments chauffants (19a, 19b, 19c, 19d) sont maintenus au moyen de barreaux (13) entre lesquels est installé un élément radiant (18) de dispersion thermique. 3. Radiateur électrique selon la revendication 2, 15 caractérisé en ce que les barreaux (13) comprennent deux électrodes (20, 21) entre lesquels sont coincés les éléments chauffants (19a, 19b, 19c, 19d). 4. Radiateur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le contact entre les électrodes (20, 20 21) et les éléments chauffants (19a, 19b, 19c, 19d) est assuré par un ressort. 5. Radiateur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le contact entre les électrodes (20, 21) et les éléments chauffants (19a, 19b, 19c, 19d) est 25 assuré par collage. 6. Radiateur électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les éléments chauffants (19a, 19b, 19c, 19d) sont répartis dans des barreaux (13) distincts. 7. Radiateur électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chaque barreau (13) comprend au moins deux éléments chauffants (19a, 19b) installés côte à côte. 8. Radiateur électrique selon l'une quelconque des 35 revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les éléments chauffants (19a, 19b, 19c, 19d) sont répartis dans deux barreaux (13) consécutifs de telle sorte que lesdits éléments chauffants sont disposés sensiblement en regard les uns par rapport aux autres. 9. Radiateur électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend entre 3 et 6 barreaux (13). 10. Radiateur électrique selon l'une quelconque des 5 revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend huit éléments chauffants qui s'enclenchent chacun selon un niveau de température différent les uns des autres. 11. Radiateur électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que les niveaux de température 10 s'échelonnent tous les 5 C. 12. Installation de ventilation caractérisée en ce qu'elle intègre un radiateur électrique (10) selon l'une des revendications précédentes. 13. Installation de ventilation selon la revendication 15 12 dans laquelle est installé un échangeur de chaleur à liquide (8) disposé en amont du radiateur électrique (10).