Brevet FR2878316A1 — publié le 20060526

Titre de l'invention Dispositif de chauffage électrique, notamment pour appareil de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation de véhicule. Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un dispositif de chauffage électrique pour chauffer un flux d'air produit par un générateur de flux d'air, tel qu'un pulseur ou ventilateur. Le domaine d'application de l'invention est plus particulièrement celui des appareils de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation de véhicules, notamment véhicules automobiles de tourisme, utilitaires et poids lourds. De façon habituelle, le chauffage de l'air destiné au chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, ainsi qu'au désembuage et au dégivrage est assuré par passage d'un flux d'air à travers un échangeur de chaleur parcouru par le liquide de refroidissement du bloc-moteur. Ce mode de chauffage peut s'avérer inadapté ou insuffisant dans plusieurs situations telles que: - préconditionnement avant démarrage du moteur pour assurer un réchauffement de l'habitacle, ainsi qu'un dégivrage ou désembuage, de façon télécommandée ou pré-programmée, avant utilisation du véhicule en environnement très froid, - montée très rapide souhaitée de la température dans l'habitacle, - incapacité de l'échangeur de chaleur à fournir les calories nécessaires à un réchauffage satisfaisant de l'air pour assurer les fonctions de chauffage ainsi que de dégivrage et désembuage éventuels, comme cela se produit pendant un certain temps après démarrage, avec certains types de moteurs à faible déperdition thermique. Pour pallier ces inconvénients, une solution connue, entre autres, consiste à adjoindre à l'échangeur de chaleur un dispositif de chauffage électrique disposé en aval de l'échangeur dans le conduit de circulation d'air à réchauffer. Le fonctionnement du dispositif de chauffage électrique est commandé de façon temporaire, jusqu'à ce que l'échangeur de chaleur puisse seul assurer le chauffage de l'air de la façon requise. De façon habituelle, un dispositif de chauffage électrique complémentaire utilise des éléments résistifs montés dans un boîtier et alimentés à travers des interrupteurs électroniques. En effet, un tel dispositif de chauffage électrique est décrit notamment dans la demande de brevet français n 2 838 599 de la déposante. Ce dispositif de chauffage électrique comporte un boîtier ayant une pluralité de modules chauffants exposés à un flux d'air. Chaque module chauffant comprend un ruban métallique et un interrupteur électronique destiné à interdire sélectivement l'alimentation électrique du ruban métallique. Une fois que le dispositif de chauffage électrique est monté sur l'appareil de chauffage et/ou climatisation HVAC , une partie du dispositif de chauffage électrique comportant le circuit de commande des modules chauffants dépasse du boîtier du HVAC et par conséquent encombre l'habitacle de l'automobile sachant que le volume de cette partie peut représenter environ un quart du volume total du dispositif de chauffage électrique. Objet et résumé de l'invention L'invention a pour but de fournir un dispositif de chauffage électrique pour appareil de chauffage et/ou de climatisation de véhicule qui présente une architecture simple et peu encombrante dans son montage sur le HVAC tout en permettant une optimisation des échanges thermiques avec de l'air à réchauffer. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de chauffage électrique pour chauffer un flux d'air comportant un boîtier ayant une pluralité d'éléments chauffants, une pluralité d'interrupteurs électroniques agissant sélectivement sur ladite pluralité d'éléments chauffants, et un circuit de commande assurant la commande de ladite pluralité d'éléments chauffants (20) via ladite pluralité d'interrupteurs électroniques, lesdites pluralités d'éléments chauffants et d'interrupteurs électroniques étant montées dans une zone du boîtier traversée par le flux d'air, et en sorte que le circuit de commande est monté également dans la zone du boîtier traversée par le flux d'air. Ainsi, lorsque le dispositif de chauffage électrique est monté sur le HVAC, le volume de la partie qui dépasse du boîtier du HVAC est très réduit. Selon un aspect de l'invention, le boîtier comporte des moyens de connexions d'alimentation électrique et de commande, disposés en dehors de ladite zone du boîtier traversée par le flux d'air. Ainsi, toute la partie électrique et électronique est intégrée entre les éléments chauffants et ne reste à l'extérieur que la connectique de 20 commande et de puissance. Selon un autre aspect de l'invention, la pluralité d'éléments chauffants correspond à une pluralité de modules chauffants individuels disposés parallèlement les uns aux autres dans le boîtier. Selon encore un autre aspect de l'invention, ladite zone traversée par le flux d'air comporte une pluralité d'alvéoles longitudinales destinées à accueillir la pluralité d'interrupteurs électroniques, la pluralité de modules chauffants, et le circuit de commande. Selon une particularité de l'invention, le circuit de commande et la pluralité d'interrupteurs électroniques sont montés dans une alvéole centrale. Les modules chauffants peuvent être montés dans des alvéoles de part et d'autre de l'alvéole centrale. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de commande et la pluralité d'interrupteurs électroniques sont montés sur une carte électronique disposée parallèlement au flux d'air. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le circuit de commande et la pluralité d'interrupteurs électroniques sont montés sur une carte électronique disposée perpendiculairement au flux d'air. Chaque module chauffant est connecté à un interrupteur 10 électronique correspondant. Avantageusement, chaque module chauffant comporte: -des résistances CTP disposées dans un barreau chauffant, et -un premier élément radiant monté sur une face du barreau chauffant et un second élément radiant monté sur l'autre face du barreau chauffant. Les premier et second éléments radiants sont disposés entre des première et seconde plaques métalliques respectivement. La première plaque métallique en contact avec le premier élément radiant est connectée à l'interrupteur électronique correspondant et la seconde plaque métallique en contact avec le second élément radiant est connectée à la masse. Selon une variante, chaque module chauffant comporte un élément résistif de forme ondulée et un support électriquement isolant. Avantageusement, chaque module chauffant comporte en outre au moins un élément de protection thermique. L'invention vise aussi un appareil de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation pour véhicule automobile comportant un dispositif de chauffage selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ciaprès, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue partielle très schématique d'un appareil de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation pour véhicule automobile; - la figure 2 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de chauffage électrique selon l'invention; - la figure 3 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation du dispositif de chauffage électrique selon la figure 2; - la figure 4 est une vue en perspective d'un boîtier du dispositif de chauffage électrique de la figure 3; - la figure 5 est une variante de la figure 3; - la figure 6 est un schéma électrique du dispositif de chauffage électrique selon l'invention; - la figure 7 est une vue en perspective d'un module chauffant du dispositif de chauffage électrique selon l'invention; et - la figure 8 est une variante de la figure 7. Description détaillée des modes de réalisation La figure 1 montre une partie d'un appareil de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation de véhicule automobile, comprenant un boîtier 2 délimitant un canal 3 pour le passage d'air à réchauffer. Le canal 3 amène l'air vers des bouches de chauffage et de désembuage/dégivrage 4, 5 pour être distribué sélectivement dans l'habitacle selon les positions de 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 et/ou de l'air de recirculation en provenance de l'habitacle. Le réchauffage de l'air, lorsqu'il est nécessaire, est assuré par un échangeur de chaleur 8, utilisant le liquide de refroidissement du moteur comme liquide caloporteur et par un dispositif de chauffage électrique 10. L'échangeur 8 et le dispositif de chauffage électrique 10 sont disposés dans le canal 3, le premier étant de préférence situé en amont du second. En l'absence d'échangeur 8, le chauffage de l'air est assuré par le seul dispositif de chauffage électrique 10. Le dispositif de chauffage 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 1 produit par le pulseur 7 traverse le dispositif de chauffage électrique, l'autre partie étant dérivée à l'extérieur de celui- ci. Un exemple de réalisation d'un dispositif de chauffage électrique 10 conforme à l'invention sera maintenant décrit en référence aux figures 2 à 8. Comme le montre la figure 2, le dispositif de chauffage électrique 10 comporte un boîtier 11 ayant une pluralité d'éléments chauffants 13, une pluralité d'interrupteurs électroniques 15, par exemple sous forme de transistors de puissance agissant sélectivement sur la pluralité d'éléments chauffants 13, et un circuit de commande 17 assurant la commande de la pluralité d'éléments chauffants 13 via la pluralité d'interrupteurs électroniques 15. Ces pluralités d'éléments chauffants 13 et d'interrupteurs électroniques 15 sont montées dans une zone du boîtier traversée par le flux d'air 1 produit par le pulseur 7, c'est-à-dire que cette zone du boîtier se trouve dans le canal 3 pour le passage d'air à réchauffer. Conformément à l'invention, le circuit de commande 17 est monté également dans la zone du boîtier traversée par ce flux d'air 1. En outre, le dispositif de chauffage électrique 10 comporte des moyens de connexions 19 d'alimentation électrique et de commande, comprenant des bus barres 21 et un connecteur 23, disposés en dehors de la zone du boîtier traversée par le flux d'air 1. Ainsi, toute la partie électrique et électronique 15, 17 est intégrée dans le boîtier 11 avec les éléments chauffants 13 et ne reste à l'extérieur que la connectique 19 de commande et de puissance. De ce fait, lorsque le dispositif de chauffage électrique 10 est monté sur le HVAC, seulement la connectique 19 de commande et de puissance qui ne présente pas un grand volume dépasse du boîtier 2 délimitant le canal 3 du HVAC. La figure 3 illustre un autre mode de réalisation du dispositif de chauffage électrique 10 selon l'invention, où la pluralité d'éléments chauffants 13 correspond à une pluralité de modules chauffants 113 individuels, disposés parallèlement les uns aux autres dans le boîtier 11, plus spécifiquement dans la zone traversée par le flux d'air 1 de manière à être exposés directement à cet air traversant le boîtier 11. Le fait d'utiliser de modules chauffants 113 individuels permet de standardiser les éléments chauffants 13 facilitant ainsi la fabrication et la 15 maintenance de ces modules. La figure 4 montre que la zone du boîtier 11 traversée par le flux d'air 1 comporte une pluralité d'alvéoles 27 longitudinales destinées à accueillir la pluralité d'interrupteurs électroniques 15, la pluralité de modules chauffants 113, et le circuit de commande 17. En effet, le boîtier 11 correspond à un cadre de forme rectangulaire comportant des parois longitudinales 29 qui définissent entre elles un ensemble d'alvéoles 27. A titre d'exemple, la figure 4, montre trois alvéoles 27, destinées à accueillir et à maintenir en place deux interrupteurs électroniques 15, deux modules chauffants 113, et le circuit de commande 17. Bien entendu, ce nombre n'est nullement limitatif et pourra être différent. Ainsi, comme le montre l'exemple de la figure 3, le circuit de commande 17 et les interrupteurs électroniques 15 peuvent être montés sur une même carte électronique 31 dans une alvéole 27 centrale et les modules chauffants 113 peuvent être montés dans des alvéoles 27 de part et d'autre 2878316 8 de l'alvéole 27 centrale. Bien entendu, le circuit de commande 17 peut être monté sur une carte électronique et les interrupteurs électroniques peuvent être montés sur une autre carte électronique. Les modules chauffants 113 sont reliés à une source d'alimentation (non représentée) à travers les bus barres 21, et le circuit de commande 17 reçoit des informations à travers le connecteur 23 et peut être relié à la source d'alimentation à travers les bus barres 21 ou à travers le connecteur 23. En outre cet exemple montre que la carte électronique 31 comportant le circuit de commande 17 et les interrupteurs électroniques, a sa face principale disposée de façon sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du flux d'air 1 à travers le boîtier 11. Toutefois, la carte électronique 31 peut comporter des trous 33 permettant de limiter la perte de charge due au passage de l'air dans le dispositif de chauffage électrique 10. En variante, la figure 5 montre que la carte électronique 31 comportant le circuit de commande 17 et les interrupteurs électroniques 15, a sa face principale disposée de façon sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du flux d'air 1 à travers le boîtier 11 de manière à limiter la perte de charge due au passage de l'air dans le dispositif de chauffage électrique 10. Dans ce cas, il est avantageux de partager les interrupteurs électroniques 15 entre les deux faces de la carte électronique 31 afin de faciliter la connexion de chaque module chauffant 113 avec son interrupteur 15 correspondant. En effet la figure 6 illustre très schématiquement la connexion 25 entre le circuit de commande 17, les interrupteurs électroniques 15 et les modules chauffants 113 du dispositif de chauffage électrique 10. Le circuit de commande 17 reçoit à travers le connecteur 23 une information, par exemple de type logique, véhiculée par un bus de données 41 et représentative du niveau de puissance P calorifique demandé, Le circuit 2878316 9 de commande 17 est en outre relié à un bus d'énergie formé d'un conducteur 43a à potentiel de réseau +Vr disponible dans le véhicule, par exemple la tension de batterie, et d'un conducteur 43b porté au potentiel de référence (masse). En variante, le circuit de commande 17 peut être alimenté en énergie via le connecteur 23 et alors sa connexion avec le conducteur 643a pourra être omise. Dans l'exemple de la figure 6, les modules chauffants 113 sont au nombre de deux et les interrupteurs électroniques 15 sont également au nombre de deux car chaque module chauffant 113 est connecté à un interrupteur électronique 15 correspondant. Ainsi, une borne de chaque module chauffant 113 est reliée au conducteur 43b via son interrupteur électronique 15 correspondant tandis que l'autre borne de chaque module chauffant 113 est reliée au conducteur 43a. En cas d'un échauffement excessif provenant d'une évacuation insuffisante des calories produites, par exemple quand le débit d'air traversant un module chauffant 113 est inférieur à une valeur minimale, l'interrupteur électronique 15 correspondant, piloté par le circuit de commande 17 interdit l'alimentation électrique du module chauffant 113. Par ailleurs, un signal représentatif de la vitesse de rotation du pulseur 7 peut être envoyé au circuit de commande 17 pour interdire l'alimentation électrique des modules chauffants 113 individuels lorsque la vitesse de rotation du pulseur 7 est inférieure à un seuil prédéterminé. Il est possible de faire varier la puissance de façon continue ou quasicontinue en modulant la tension d'alimentation électrique des modules chauffants 113, ou au moins de l'un d'eux. La modulation peut être réalisée par modulation de largeurs d'impulsions (PWM), la tension Vr étant découpée pour être délivrée aux modules chauffants 113 sous forme d'un train d'impulsions dans lequel le rapport entre largeurs et périodes des impulsions est variable. Une alimentation simultanée modulée de l'ensemble des modules chauffants 113 permet, quel que soit le niveau de puissance P, de répartir de façon homogène l'émission calorifique dans toute la section de passage de l'air dans le radiateur électrique. La figure 7 illustre très schématiquement un mode de réalisation d'un module chauffant 113a comportant des résistances à coefficient de température positif 51 (CTP) disposées dans un barreau chauffant 53, et un premier élément radiant 55a monté sur une face du barreau chauffant 53 et un second élément radiant 55b monté sur l'autre face du barreau chauffant 53. L'utilisation de résistances CTP 51 permet en effet une autolimitation en température de sorte qu'un échauffement excessif est évité. Les résistances CTP 51 se présentent sous forme de petits blocs ou "pierres", disposés dans le barreau chauffant 53, entre deux électrodes 57. Les éléments radiants 55a et 55b sont associés au barreau chauffant 53 pour favoriser l'échange calorifique avec le flux d'air 1 traversant le dispositif de chauffage électrique 10. Ces éléments radiants 55a et 55b peuvent être des ailettes ou encore des intercalaires par exemple sous forme de rubans métalliques plissés ou ondulés disposés de chaque côté du barreau chauffant 53. En outre, les premier et second éléments radiants 55a et 55b peuvent être disposés entre des première et seconde plaques métalliques 59a et 59b respectivement. Ainsi, la première plaque métallique 59a en contact avec le premier élément radiant 55a est connectée à l'interrupteur électronique 15 correspondant, et la seconde plaque métallique 59b en contact avec le second élément radiant 55b est connectée à la masse. Eventuellement, les premier et second éléments radiants 55a, 55b peuvent être directement connectés à l'interrupteur électronique 15 et à la masse sans l'intermédiaire des plaques métalliques 59a, 59b. La figure 8 illustre très schématiquement un autre mode de réalisation d'un module chauffant 113b comportant un élément résistif 61 de forme ondulée et un support 63 électriquement isolant. Ainsi, le module chauffant individuel 113b comprend un support 63 rigide et électriquement isolant destiné à accueillir et à maintenir en position un même élément résistif 61 en forme de ruban métallique continu de forme plissée ou ondulée. La protection du dispositif de chauffage électrique 10 contre un échauffement excessif est assurée par le circuit de commande 17 et les interrupteurs électroniques 15. Toutefois, dans un souci de sécurité maximale, une protection supplémentaire contre un échauffement excessif du radiateur est prévue au moyen d'au moins un élément de protection 65 thermique dans chaque module chauffant 113b individuel. Cet élément de protection 65 est en série avec l'élément résistif 61 et de préférence, doit être directement exposé à l'air traversant le module chauffant 113b. L'élément de protection 65 peut être constitué d'une liaison thermofusible formée par découpe du ruban de l'élément résistif 61 et raccordement de ses tronçons par brasage au moyen d'une brasure adaptée ou formée par une brasure entre une extrémité de l'élément résistif 61 et une extrémité d'une lame ressort (non représentée). En outre, l'élément de protection 65 peut être un capteur ou détecteur thermique délivrant une information au circuit de commande 17, en adéquation avec la température de l'élément résistif 61 afin que le circuit de commande coupe l'alimentation électrique en cas d'un échauffement excessif. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage électrique pour chauffer un flux d'air (1) comportant un boîtier (11) ayant une pluralité d'éléments chauffants (13), une pluralité d'interrupteurs électroniques (15) agissant sélectivement sur ladite pluralité d'éléments chauffants (13), et un circuit de commande (17) assurant la commande de ladite pluralité d'éléments chauffants (13) via ladite pluralité d'interrupteurs électroniques (15), lesdites pluralités d'éléments chauffants (13) et d'interrupteurs électroniques (15) étant montées dans une zone du bolier traversée par le flux d'air (1), caractérisé en ce que le circuit de commande (17) est monté également dans la zone du boîtier traversée par le flux d'air (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de connexions (19) d'alimentation électrique et de commande disposés en dehors de ladite zone du boîtier traversée par le flux d'air (1). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pluralité d'éléments chauffants (13) correspond à une pluralité de modules chauffants (113) individuels disposés parallèlement les uns aux autres dans le boîtier (11). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite zone traversée par le flux d'air (1) comporte une pluralité d'alvéoles (27) longitudinales destinées à accueillir la pluralité d'interrupteurs électroniques (15), la pluralité de modules chauffants (113), et le circuit de commande (17). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de commande (17) et la pluralité d'interrupteurs électroniques (15) sont montés dans une alvéole (27) centrale. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les modules chauffants (113) sont montés dans des alvéoles (27) de part et d'autre de l'alvéole centrale. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le circuit de commande (17) et la pluralité d'interrupteurs électroniques (15) sont montés sur une carte électronique (31) disposée parallèlement au flux d'air (1). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le circuit de commande (17) et la pluralité d'interrupteurs électroniques (15) sont montés sur une carte électronique (31) disposée perpendiculairement au flux d'air (1). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en 20 ce que chaque module chauffant (113) est connecté à un interrupteur électronique (15) correspondant. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que chaque module (113a) chauffant comporte: -des résistances CTP (51) disposées dans un barreau chauffant (53), et -un premier élément radiant (55a) monté sur une face du barreau chauffant et un second élément radiant (55b) monté sur l'autre face du barreau chauffant. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les premier et second éléments radiants (55a, 55b) sont disposés entre des première et seconde plaques métalliques (59a, 59b) respectivement. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première plaque métallique (59a) en contact avec le premier élément radiant (55a) est connectée à l'interrupteur électronique (15) correspondant et en ce que la seconde plaque métallique (59b) en contact avec le second élément radiant (55b) est connectée à la masse. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que chaque module chauffant (113b) comporte un élément résistif (61) de forme ondulée et un support (63) électriquement isolant. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque module chauffant (113b) comporte en outre au moins un élément de protection thermique (65). 15. Appareil de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation pour véhicule 20 automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.