Brevet FR2859866A1 — publié le 20050318

L'invention concerne un élément chauffant apte à dissiper de la chaleur lorsqu'une différence de potentiel est appliquée à ses extrémités de connexion. Il s'agit en particulier d'un élément chauffant pour radiateur de 5 chauffage électrique, par exemple, un radiateur additionnel pour un dispositif de climatisation d'un véhicule automobile. On connaît déjà des éléments chauffants de type échangeurs de chaleur qui comportent des éléments résistifs. Ces derniers pouvant être des résistances à Coefficient de Thermique Positif (CTP) se présentant sous formes de blocs ou de pierres. Une technique connue consiste à utiliser ces pierres pour former des barreaux chauffants qui sont introduits dans des tubes eux-mêmes assemblés à des éléments radiants. Un inconvénient réside dans le fait que les éléments résistifs chauffants sont de petite taille et doivent être intégrés dans un support qui comprend de nombreuses pièces agencées les unes aux autres. Outre sa complexité, ce support possède l'inconvénient de devoir assurer à la fois le maintien mécanique des pierres espacées les unes des autres et également le contact électrique entre les pierres et les barres d'alimentation. De plus, l'élément chauffant doit présenter des surfaces d'échange de chaleur avec l'air ambiant, de sorte que les éléments chauffants existants présentent des ailettes ou analogues, reliées thermiquement aux éléments résistifs chauffants, ce qui complique encore sa structure. L'invention a pour but de fournir un élément chauffant remédiant substantiellement à ces inconvénients. Ce but est atteint grâce au fait qu'il comprend une pluralité de parois résistives, connectées électriquement entre elles et espacées les 30 unes des autres. Les parois peuvent avoir des faces planes et être reliées en formant un angle entre elles pour former un ou plusieurs polyèdres. Elles peuvent également avoir des sections non rectilignes et, par exemple, présenter des faces latérales concaves ou bien convexes. Autrement dit, il est possible de donner la forme que l'on souhaite aux parois, et par suite, à l'élément chauffant. Il s'agit en général de parois minces, dont l'épaisseur est par exemple comprise entre 0,2 mm et 2 mm. Les parois de l'élément chauffant selon l'invention se comportent comme des résistances électriques et sont reliées les unes aux autres tout en étant espacées les unes des autres. Cela signifie qu'il existe au moins deux parois qui ne sont pas accolées l'une à l'autre sur leur plus grande surface. Autrement dit, on peut trouver au moins deux parois qui, tout en étant connectées électriquement entre elles par l'intermédiaire d'autres parois ou conducteurs électriques, sont séparées l'une de l'autre par un espace dépourvu de matière. Il s'agit de préférence d'un espace traversant, de sorte que les surfaces de ces parois constituent des surfaces d'échange de chaleur avec le milieu ambiant. Avantageusement, l'élément chauffant comprend une pluralité d'éléments résistifs élémentaires ayant chacun au moins une paroi résistive. La juxtaposition des éléments résistifs élémentaires compose l'élément chauffant et on peut choisir qu'un élément résistif élémentaire soit intégralement formé avec une paroi résistive (dans le cas d'un élément cylindrique) ou plusieurs parois résistives. Avantageusement, les éléments résistifs élémentaires sont des cellules creuses dont les parois forment lesdites parois résistives. Ainsi, selon l'invention, l'élément chauffant est composé d'une pluralité de cellules, dont les parois sont les parois résistives de l'invention et qui, de préférence, sont creuses de part en part de manière à être ouvertes à leurs deux extrémités vers le milieu extérieur à chauffer. Les cellules peuvent également déboucher uniquement d'un seul côté, par exemple dans le cas où l'élément chauffant est accolé à une paroi d'un conduit. Avantageusement, la section droite d'une cellule est de forme polygonale. De préférence, les parois des cellules sont parallèles à une même droite génératrice, qui définit leur direction longitudinale, à laquelle leurs sections droites sont perpendiculaires. Ainsi, chaque cellule peut présenter la forme d'un prisme creux 35 dont la base est polygonale, par exemple carrée ou hexagonale, le prisme 2859866 3 étant avantageusement ouvert à sa base et à son extrémité opposée, de telle sorte que la cellule est traversante. Avantageusement, la structure de l'élément chauffant est en forme de nidd'abeilles, c'est-à-dire une structure ayant des cellules creuses analogues, accolées les unes aux autres et débouchant au moins d'un côté de l'élément chauffant, de préférence sur ses deux côtés opposés. De préférence l'élément chauffant présente une forme globale parallélépipédique, mais d'autres formes globales peuvent être aussi envisagées: par exemple des formes arrondies dans l'hypothèse où l'élément chauffant entourerait un objet à chauffer. Avantageusement, les parois résistives se comportent comme des résistances à Coefficient Thermique Positif (CTP). Les résistances à Coefficient Thermique Positif offrent un 15 avantage sur le plan de la sécurité puisqu'elles permettent par autorégulation d'éviter tout échauffement excessif. Avantageusement, les parois résistives sont formées à partir d'un matériau polymère. L'intérêt d'utiliser un polymère à la place de matériaux résistants classiques du type pierre ou bloc de céramique réside dans le fait que le polymère est moins coûteux et surtout d'une utilisation davantage modelable que ces derniers. En particulier, il est possible de lui donner à peu près n'importe quelle forme géométrique, et, par suite, de façonner les cellules creuses en forme de nid-d'abeilles selon l'invention d'une manière aisée et bon marché. Le polymère peut être, par exemple, un polymère fluoré. En outre, on ajoute généralement au polymère des substances supplémentaires afin de rendre les parois conductrices d'électricité. De préférence, le matériau ainsi formé possède les propriétés d'une résistance à Coefficient Thermique Positif. Avantageusement, le matériau polymère est chargé d'au moins un additif conférant au matériau les propriétés résistives et conductrices. Avantageusement, l'élément chauffant est réalisé par moulage. En pratique, le matériau chargé selon l'invention est moulé de façon à obtenir la forme souhaitée. Le moulage d'un élément chauffant, 2859866 4 type radiateur est très intéressant dans le cas où l'on chercherait à obtenir un élément chauffant présentant une géométrie spatiale complexe. En outre, le moulage d'un matériau polymère est une opération relativement simple et bon marché. L'invention concerne également un ensemble chauffant comprenant un élément chauffant selon l'invention et deux bornes connectées électriquement audit élément chauffant et solidaires des extrémités de connexion de ce dernier. L'élément chauffant est donc alimenté en courant électrique directement par ses extrémités de connexion, de préférence situées aux extrémités de l'élément chauffant, par l'intermédiaire de deux bornes. Une extrémité de connexion est généralement constituée par un groupe de cellules bordant l'élément chauffant à l'une de ses extrémités. Afin d'assurer un contact électrique entre les bornes et les extrémités de connexion de l'élément çhauffant et d'éviter toute coupure pouvant être causée, par exemple, par les vibrations d'un véhicule, les bornes sont solidaires des extrémités de connexion. Avantageusement, l'élément chauffant est réalisé par moulage et les bornes sont solidarisées avec les extrémités de connexion dudit 20 élément par surmoulage. Le surmoulage, qui consiste à utiliser une partie des bornes comme un insert pour le moulage de l'élément chauffant, permet de réaliser simplement et efficacement la solidarisation des bornes avec les extrémités de connexion de l'élément chauffant. Cette solution permet de s'affranchir de pièces supplémentaires que l'on rencontre habituellement dans les radiateurs: lames de contact, barres de maintien latérales, ressorts et intercalaires de maintien des pierres CTP. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation indiqués à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un élément chauffant selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective d'un élément chauffant selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; 2859866 5 - la figure 3 est une vue en perspective d'un élément chauffant selon un troisième mode de réalisation de l'invention; et - la figure 4 est une vue de face d'un ensemble chauffant selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un élément chauffant 10 selon un premier mode de réalisation. L'élément chauffant 10 présente la forme globale d'un parallélépipède de longueur L, de largeur / et de profondeur P. Il est composé d'une pluralité de cellules 12 identiques qui présentent la forme d'un polyèdre droit de section carrée s'étendant longitudinalement dans la direction de la profondeur P. Les cellules 12 sont juxtaposées les unes à coté des autres, en étant toutes parallèles à la direction de la profondeur de l'élément 10. On comprend donc, à l'aide de la figure 1, que la longueur /c des cellules 12 définit la profondeur Pde l'élément chauffant 10. Chaque cellule est constituée de quatre parois 14 latérales et perpendiculaires deux à deux de manière à présenter une section droite carrée. Les parois 14 sont identiques et présentent chacune la forme d'un parallélépipède de longueur P, de largeur C égale au côté d'une cellule et d'épaisseur E. Comme on le voit sur la figure 1, les cellules 12 sont de préférences creuses et ouvertes à leurs deux extrémités. On peut également concevoir des cellules creuses 12 ouvertes uniquement d'un seul coté. Selon l'exemple de la figure 1, deux cellules creuses 12 adjacentes peuvent avoir une paroi 14 en commun ou bien une arête commune qui correspond à l'intersection de deux parois 14 adjacentes. Dans l'élément chauffant 10, les cellules sont disposées en colonnes 16 qui s'étendent dans la direction transversale de l'élément chauffant 10. Dans chacune de ces colonnes 16, il y a le même nombre m de cellules et l'élément chauffant 10 comprend n colonnes 16 juxtaposées et parallèles entre elles. La hauteur d'une colonne 16 définit la largeur / de l'élément chauffant 10 et la longueur des n colonnes 16 définit la longueur L de l'élément chauffant 10. Les figures 2 et 3 représentent un deuxième et un troisième mode de réalisation d'un élément chauffant 10 selon l'invention. A la 2859866 6 différence de l'exemple représenté à la figure 1, la section droite d'une cellule creuse 12 est de forme hexagonale. Une autre différence par rapport à l'exemple représenté à la figure 1 réside dans le nombre de cellules creuses 12 par colonne 16: dans les exemples représentés dans les figures 2 et 3, les colonnes 16 contiennent alternativement, m et m-1 cellules creuses 12. Cela est dû à la forme hexagonale de la section droite. Dans ce cas, la largeur / de l'élément chauffant 10 est définie par la hauteur d'une colonne 16 contenant m cellules creuses 12. On va maintenant s'intéresser aux propriétés physiques des parois 14. Chaque paroi 14 est composée au moins en partie d'un matériau polymère qui peut être, par exemple, du type fluoré. De préférence, ce polymère est chargé d'additifs favorisant la conductivité du polymère. De tels additifs confèrent au polymère des propriétés de conducteur à effet CTP. C'est-à-dire que le matériau ainsi constitué est apte à dissiper de la chaleur de manière autorégulée. L'alimentation de l'élément chauffant 10 en courant électrique se fait en appliquant une différence de potentiel Ventre les extrémités de connexion 18, 20 de l'élément chauffant 10. Ces extrémités de connexion 18, 20 sont situées aux extrémités de l'élément chauffant 10. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, les extrémités de connexion 18, 20 sont formées par les cellules creuses 12 situées sur les bords de part et d'autre de la plus grande longueur L de l'élément chauffant 10 et dans l'exemple représenté sur la figure 3, les extrémités de connexion 18, 20 sont formées par les cellules creuses 12 situées sur les bords de part et d'autre de la largeur /de l'élément chauffant 10. Le principe d'augmentation de la résistance en fonction de la température provient du fait que le polymère s'échauffe et se dilate. Cette dilatation provoque un éloignement des particules conductrices, ce qui provoque une limitation du passage du courant électrique et, par suite, une augmentation de la résistance. L'effet CTP est ainsi obtenu grâce à la dilatation du polymère combinée à la conductivité électrique du matériau des particules conductrices. Bien entendu, l'homme du métier pourra réaliser des essais pour choisir le taux de particules de charges du polymère de manière à obtenir l'effet CTP désiré. Chaque paroi 14 dite résistive a une valeur de résistance. Par exemple, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, toutes les parois résistives 14 ont la même résistance R pour permettre une dissipation homogène de la chaleur. On démontre alors que la résistance équivalente de l'élément chauffant 10 est fonction du nombre de cellules creuses 12 par colonne 16 et du nombre de colonnes 16. Plus exactement, la résistance équivalente vaut: R Réquivaierce (m, n) = n x La puissance dissipée correspondante vaut: V2 Pdissipée (m, n) = R nxm Où n est le nombre de colonnes 16 et m le nombre de cellules creuses 12 par colonne 16 et V la différence de potentiel appliquée entre les 30 extrémités de connexion 18, 20 de l'élément chauffant 10. Dans le second mode de réalisation, représenté sur la figure 2, toutes les parois n'ont pas la même résistance. Dans le but d'uniformiser m 2859866 8 la puissance dissipée, on choisit, pour les deux parois 15 qui sont parallèles à la direction longitudinale de l'élément chauffant 10, une résistance de R/4 tandis que R est la résistance des autres parois résistives 14. On démontre que la résistance équivalente est: Requivacente (m, n) = R x avec: b m= +1 et n=a 1 2 Où a est le nombre de cellules creuses 12 dans la première colonne 16 et b est le nombre de colonnes 16. La puissance dissipée correspondante vaut: V2 n) Pdissipée (m, = R m+l m x 2 n+n+l + 9 5 Où Vest la différence de potentiel appliquée aux extrémités de connexion 18, 20 de l'élément chauffant 10. Dans le troisième mode de réalisation, représenté sur la figure 3, toutes les parois n'ont pas la même résistance. Dans le but d'uniformiser la puissance dissipée, on choisit, pour les deux parois 15 qui sont parallèles à la direction longitudinale de l'élément chauffant 10, une résistance de R/4 tandis que R est la résistance des autres parois résistives 14. On démontre que la résistance équivalente est: R Réquivalenee (m, n) = n x m avec: m=b+1 et n=2a Où a est le nombre de cellules creuses 12 dans la première colonne 16 et b est le nombre de colonnes 16. La puissance dissipée correspondante vaut: V2 Pdissipée (m, n) = R nxm Où Vest la différence de potentiel appliquée. aux extrémités de connexion 18, 20 de l'élément chauffant 10. De préférence, l'élément chauffant 10 est réalisé par moulage, par exemple à partir de granulés de polymère chargé. Ces granulés sont portés à haute température pour présenter la 20 viscosité souhaitée et former une pâte que l'on injecte dans un moule présentant la forme de l'élément chauffant 10. Lors de l'utilisation de l'élément chauffant 10, celui ci est intégré dans un ensemble chauffant qui comprend en outre deux bornes 22, 24. Ces bornes 22, 24, visibles sur les figures 1 à 4, sont des tiges ou des plaques métalliques reliées d'une part à un générateur de tension (non représenté ici) et d'autre part aux extrémités de connexion 18, 20 de l'élément chauffant 10. Pour assurer un contact électrique fiable entre les extrémités de 30 connexion 18, 20 et les bornes 22, 24, ces dernières sont solidarisées avec l'élément chauffant 10 par surmoulage. Comme on le voit sur la figure 4, le surmoulage des bornes 22, 24 consiste à inclure ces bornes lors de l'opération de moulage. De préférence, les bornes sont moulées directement avec le polymère en une seule fois et sans reprise. Par exemple, l'élément chauffant peut comprendre des plaquettes 21 formées dans le même matériau que les cellules et qui sont situées entre les extrémités de connexion et les bornes de manière à assurer le bon contact électrique entre les bornes et les extrémités de connexion. De telles plaquettes 21 sont schématisées sur la figure 4. Les bornes 22,24 sont donc rigidement solidarisées à l'élément chauffant 10 et on évite ainsi le risque de coupure de la liaison électrique entre les extrémités de connexion 18, 20 et les bornes 22, 24. Grâce au moulage, on peut imaginer des structures d'éléments chauffants 10 spécifiques à l'objet que l'on souhaite chauffer. Le moulage permet de concevoir facilement des éléments chauffants 10 à structure géométrique complexe. On peut également facilement calibrer la puissance thermique dissipée en choisissant la densité de cellules creuses 12 ou bien leur forme. Par exemple, cet ensemble chauffant peut être intégré dans un radiateur de chauffage électrique pour un dispositif de climatisation d'un véhicule automobile. Il peut être également utilisé dans une bouche d'aération en vue de chauffer un habitacle de véhicule ou bien, par exemple, être incorporé dans un siège automobile afin de chauffer ce dernier. 11 REVENDICATIONS 1. Élément chauffant (10) apte à dissiper de la chaleur lorsqu'une différence de potentiel est appliquée à ses extrémités de connexion (18, 20), caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de parois (14) résistives, connectées électriquement entre elles et espacées les unes des autres. 2. Élément chauffant (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'éléments résistifs élémentaires (12) ayant chacun au moins une paroi résistive (14). 3. Élément chauffant (10) selon la revendication 1 ou 2, 15 caractérisé en ce que les éléments résistifs élémentaires sont des cellules creuses (12) dont les parois (14) forment lesdites parois résistives (14). 4. Élément chauffant (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cellules (12) sont parallèles entre elles. 5. Élément chauffant (10) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la section droite d'une cellule (12) est de forme polygonale. 6. Élément chauffant (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que deux cellules (12) adjacentes ont au moins une face ou une arête commune. 7. Élément chauffant (10) selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il présente une structure en forme de nid d'abeilles . 8. Élément chauffant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les parois résistives (14) se 35 comportent comme des résistances à Coefficient Thermique Positif. 2859866 12 9. Élément chauffant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les parois résistives (14) sont formées au moins à partir d'un matériau polymère. 10. Élément chauffant (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau polymère est chargé d'au moins un additif conférant au matériau des propriétés résistives et conductrices. 11. Élément chauffant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est réalisé par moulage. 12. Ensemble chauffant comprenant un élément chauffant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, et deux bornes (22, 24) connectées électriquement audit élément chauffant (10) et solidaires des extrémités de connexion (18, 20). 13. Ensemble chauffant selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément chauffant (10) est réalisé par moulage et en ce que les bornes (22, 24) sont solidarisées avec les extrémités de connexion (18, 20) dudit élément (10) par surmoulage. 14. Radiateur de chauffage électrique pour un dispositif de climatisation d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble chauffant selon la revendication 12 ou 13.