Brevet FR2901869A1 — publié le 20071207

L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour un système de chauffage ou de climatisation d'un véhicule automobile, du type comprenant plusieurs tubes plats disposés parallèlement entre eux et traversés par un milieu de transmission de chaleur, où un élément chauffant, servant de chauffage supplémentaire, commandé électriquement et fixé après le brasage de l'échangeur de chaleur, est affecté à au moins une partie des tubes plats, élément chauffant qui est fixé directement ou indirectement sur l'échangeur de chaleur. Concernant des véhicules à faible consommation, une puissance de chauffage supplémentaire pour réchauffer l'habitacle ainsi que pour l'élimination rapide de la buée (glace ou eau), en particulier sur le pare-brise, est nécessaire en raison de l'offre peu importante en chaleur perdue. Pour ce faire, concernant des échangeurs de chaleur qui sont constitués de tubes plats à travers lesquels s'écoule un milieu de transmission de chaleur qui fournit de la chaleur en cas de chauffage, on sait comment prévoir, au moins au niveau des tubes extérieurs, un chauffage supplémentaire se présentant sous la forme d'éléments chauffants à coefficient de température positif (CTP). La fixation de tels éléments chauffants (CTP) est toutefois assez coûteuse. Le document US 6 124 570 propose de remplacer certains tubes de l'échangeur de chaleur, par des éléments chauffants CTP qui sont tenus entre des plaques de contact qui établissent en même temps une liaison thermoconductrice vers les ailettes adjacentes. L'inconvénient concernant cette proposition tient au fait que l'adaptation de conception de l'échangeur de chaleur, pour le logement d'éléments chauffants CTP, ainsi que les éléments chauffants CTP eux-mêmes, sont très onéreux. Pour cette raison, il peut arriver qu'un tel échangeur de chaleur mixte soit plus cher qu'un échangeur de chaleur, de type courant, combiné à un dispositif de chauffage CTP séparé. De même, la puissance volumique de l'échangeur de chaleur est nettement dégradée par le besoin de place pour les éléments chauffants CTP et pour leur mise en contact. Il convient de se référer également au document DE 44 36 791 Al ainsi qu'au document DE 100 12 320 Al concernant le remplacement de différents tubes de l'échangeur de chaleur. En outre, il est proposé, dans le document DE 198 58 499 Al, de configurer les tubes plats comme des profilés à chambres multiples, et de configurer au moins l'une des chambres extérieures, se présentant sous la forme d'une rainure d'insertion pour un filament chauffant isolé, rainure d'insertion dont les parois sont alors recourbées pour la fixation du filament chauffant. Le filament chauffant est inséré après le brasage de l'échangeur de chaleur. L'inconvénient concernant cette proposition réside dans le fait qu'un tel échangeur de chaleur nécessite des tubes plats spéciaux, et une majeure partie de la puissance de chauffage fournie électriquement passe dans le liquide de refroidissement et, de ce fait, contribue, seulement avec retard, au réchauffement de l'air devant être fourni à l'habitacle du véhicule. Le document US 6 178 292 B1 divulgue un échangeur de chaleur comprenant un dispositif de chauffage électrique disposé à l'intérieur d'un élément support, dispositif de chauffage qui est inséré entre deux paquets d'ailettes voisins. Ici, l'élément support englobe une paire de plaques parallèles entre lesquelles un élément chauffant électrique est tenu et mis en contact électriquement. Le dispositif de chauffage électrique se compose d'un élément chauffant et d'un élément isolant et a une structure multicouche qui est traversée essentiellement par un courant de chauffage, perpendiculairement aux différentes couches. Pour la fixation, il est prévu des éléments de fixation s'étendant perpendiculairement à l'élément support et au dispositif de chauffage. Pourtant, un tel échangeur de chaleur laisse encore à désirer, en particulier en ce qui concerne la multiplicité et le nombre de pièces et, donc, les coûts de fabrication du dispositif de chauffage dans sa totalité. Le but de l'invention est de fournir un échangeur de chaleur perfectionné et d'un coût moins onéreux. Ce but est atteint par un échangeur de chaleur du type caractérisé en ce que l'élément chauffant est formé par un élément CTP qui présente, sur au moins un côté, un revêtement électroconducteur. Conformément à l'invention, un échangeur de chaleur, en particulier pour un système de chauffage ou de climatisation d'un véhicule automobile, est doté de plusieurs tubes plats disposés parallèlement entre eux et traversés par un milieu de transmission de chaleur, où un élément chauffant, servant de chauffage supplémentaire, commandé électriquement et fixé après le brasage de l'échangeur de chaleur, est affecté à au moins une partie des tubes plats, élément chauffant qui est fixé directement ou indirectement sur l'échangeur de chaleur, et l'élément chauffant est formé essentiellement par un élément CTP, en particulier un élément CTP en matière plastique, de façon particulièrement préférée par une polyoléfine comprenant des particules de suie. Ici, l'élément chauffant présente au moins un revêtement électroconducteur, de préférence en argent, en aluminium, en cuivre, revêtement qui peut être appliqué par immersion, par déposition en phase gazeuse par procédé chimique (PVD) ou par déposition en phase gazeuse par procédé physique (CVD). Lorsqu'une tension est appliquée, l'élément chauffant est traversé par le courant, essentiellement dans le sens de son épaisseur (minimum 90 %) et seulement de façon peu importante dans le sens de son étendue longitudinale (maximum 10 %), faisant que la métallisation de surface est réalisée par le revêtement et / ou par des éléments de contact sur une (grande) surface, de sorte que le flux de courant se produit presque exclusivement ou complètement à travers le matériau CTP qui forme l'élément chauffant. L'élément chauffant présente de préférence, sur deux surfaces placées à l'opposé l'une à l'autre, des revêtements électroconducteurs qui sont séparés, spatialement, par l'élément CTP et reliés, l'un à l'autre, de façon non électroconductrice, de sorte qu'un court-circuit, entre les deux contacts électriques appliqués, peut être évité par le revêtement électrique. L'élément chauffant est fixé, de préférence, sur le côté de la sortie d'air, côté frontal par rapport au tube plat correspondant et s'étendant parallèlement à celui-ci, où l'élément chauffant est logé, au moins par zones, entre des paquets d'ailettes saillants. Cela permet une fixation simple et peu onéreuse, économisant de l'espace. L'élément chauffant est inséré entre deux paquets d'ailettes voisins faisant saillie. Pour éviter d'endommager l'élément chauffant, les ailettes peuvent être arrondies sur un côté, mais de préférence des deux côtés, ou bien dotées d'un chanfrein, grâce à quoi l'introduction de l'élément chauffant est facilitée. L'élément chauffant, lorsqu'une tension est appliquée, est traversé par le courant, essentiellement dans le sens de son épaisseur et seulement de façon limitée dans le sens de son étendue longitudinale. La distribution du courant, sur une grande surface, se produit à l'aide du revêtement électroconducteur et / ou d'une métallisation se produisant en conséquence sur une grande surface, avec un conducteur électrique, revêtement ou conducteur qui, directement ou indirectement, est en liaison avec la source de tension. L'élément chauffant est configuré, de préférence, en forme de U, où il est prévu, au moins sur son côté extérieur, un revêtement électroconducteur. La configuration en forme de U permet une fabrication relativement simple et une métallisation électrique entre les branches, tandis qu'un contact électrique, par exemple une languette métallique ou un élément de type ressort, est inséré entre les branches. L'élément chauffant, de préférence sur sa surface espacée des composants de l'échangeur de chaleur, transmettant de la chaleur, est relié, de façon électriquement conductrice, au pôle plus d'une source de tension et, par au moins l'un de ses composants transmettant de la chaleur, en particulier une partie des paquets d'ailettes, relié de façon électriquement conductrice au pôle moins (masse) d'une source de tension. Par la suite, on explique l'invention, de façon détaillée, à l'aide d'exemples de réalisation, avec des variantes, en faisant référence aux dessins. Dans ces dessins . La figure 1 montre une vue en coupe, représentée schématiquement, d'une partie d'un échangeur de chaleur comprenant deux éléments chauffants conformément au premier exemple de réalisation, La figure 2 montre une vue en coupe, représentée schématiquement, d'une partie d'un échangeur de chaleur comprenant un élément chauffant conformément au deuxième exemple de réalisation, La figure 3 montre une représentation, en perspective, d'une pluralité d'éléments chauffants conformément au deuxième exemple de réalisation, correspondant à leur agencement à l'état monté, La figure 4 montre une vue en coupe transversale des éléments chauffants de la figure 3, La figure 5 montre une représentation, en perspective, des éléments chauffants à métallisation électrique, conformément au deuxième exemple de réalisation, La figure 6 montre une représentation, en perspective, de la métallisation électrique sans éléments chauffants, conformément au deuxième exemple de réalisation, La figure 7 montre une vue en coupe des éléments chauffants et de la métallisation électrique, conformément au deuxième exemple de réalisation, La figure 8 montre une représentation, en perspective, des éléments chauffants à métallisation électrique, conformément au troisième exemple de réalisation, La figure 9 montre une vue en coupe transversale des éléments chauffants, conformément au troisième exemple de réalisation, La figure 10 montre une représentation, en perspective, des éléments chauffants à métallisation électrique, conformément au deuxième exemple de réalisation, La figure 11 montre une représentation, en perspective, de la métallisation électrique sans éléments chauffants, conformément au troisième exemple de réalisation, La figure 12 montre une vue en coupe des éléments chauffants et de la métallisation électrique, conformément au troisième exemple de réalisation, La figure 13 montre une représentation, en perspective, de la métallisation électrique sans éléments chauffants, conformément au quatrième exemple de réalisation, La figure 14 montre une vue en coupe des éléments chauffants et de la métallisation électrique, conformément au quatrième exemple de réalisation, La figure 15 montre une représentation, en perspective, de la métallisation électrique sans éléments chauffants, conformément au cinquième exemple de réalisation, La figure 16 montre une vue en coupe de la métallisation électrique, conformément au cinquième exemple de réalisation, La figure 17 montre une représentation, en perspective, d'un échangeur de chaleur comprenant trois registres de chauffage constitués d'éléments chauffants, conformément au deuxième exemple de réalisation, La figure 18 est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur de la figure 17, La figure 19 est une vue de côté de l'échangeur de chaleur de la figure 17, La figure 20 est une représentation, en perspective, d'un échangeur de chaleur comprenant trois registres de chauffage constitués d'éléments chauffants, conformément au deuxième exemple de réalisation, où il est prévu un élément de retenue, La figure 21 est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur de la figure 20, La figure 22 est une vue de côté de l'échangeur de chaleur de la figure 20, La figure 23 est une représentation, en perspective, d'un échangeur de chaleur comprenant trois registres de chauffage constitués d'éléments chauffants, conformément au troisième exemple de réalisation, où il est prévu un élément de retenue et une fixation supplémentaire, La figure 24 est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur de la figure 23, et La figure 25 est une vue de côté de l'échangeur de chaleur de la figure 23. Un échangeur de chaleur 1 (radiateur) pour un système de climatisation d'un véhicule automobile, en particulier pour un véhicule à faible consommation, comprenant plusieurs tubes plats 2 disposés parallèlement entre eux et traversés par un milieu de transmission de chaleur, et des paquets d'ailettes 3 disposés entre les tubes plats 2, présente, comme chauffage supplémentaire, des éléments chauffants 4 commandés électriquement, chauffage supplémentaire que l'on peut faire fonctionner si nécessaire. Ici, une pluralité d'éléments chauffants individuels 4 sont, après le brasage, par le côté de la sortie d'air de l'échangeur de chaleur, respectivement insérés entre des paquets d'ailettes voisins 3 faisant saillie, où chaque élément chauffant 4 est configuré en conséquence. Conformément au premier exemple de réalisation représenté sur la figure 1, chaque rangée de tubes plats 2 est dotée de deux éléments chauffants 4, mais d'autres variantes quelconques sont également possibles, par exemple le fait que seulement chaque deuxième ou troisième rangée de tubes plats soit dotée d'un ou de deux éléments chauffants. Les éléments chauffants 4, dont la structure est illustrée sur la figure 1, présentent, des deux côtés, des revêtements (de surface) 5 électriquement conducteurs et non en contact direct l'un avec l'autre, formés par une couche métallique mince appliquée, par exemple, au moyen d'un procédé de déposition en phase gazeuse par procédé chimique (CVD), avant l'insertion entre les paquets d'ailettes 3. Une tôle métallique, par la suite désignée comme contact électrique 6, est disposée entre les deux éléments chauffants 4, tôle métallique qui, au moins par zones, s'appuie, en surface, à chaque fois sur l'un des deux revêtements 5 des éléments chauffants 4. En raison du revêtement électroconducteur 5, aucun appui de grande surface n'est nécessaire, de sorte que le contact électrique 6 ne doit pas être inséré complètement. Les deux éléments chauffants 4, par leur autre revêtement 5, sont en appui sur les paquets d'ailettes 3, par une pluralité de petites surfaces. Le contact électrique 6 est connecté au pôle plus d'une source de tension, tandis que l'échangeur de chaleur 1, c'est-à-dire les parties métalliques du radiateur, est à la masse, comme indiqué sur la figure 1 par "+" et par "-". En raison de la bonne conductivité électrique des deux revêtements 5, une distribution de courant uniforme est assurée sur la totalité de la surface des éléments chauffants 4 qui, dans le sens de leur épaisseur, sont traversés de façon uniforme par le courant, de sorte qu'une production de chaleur uniforme a lieu. La chaleur est fournie, vers l'extérieur, par les paquets d'ailettes 3 bons conducteurs de la chaleur. Pour l'amélioration du transfert de chaleur, des dispositions supplémentaires peuvent être prises. Par exemple, une plaque conductrice de la chaleur peut être appliquée, mais ne doit pas entraver le flux de courant. Lors de l'introduction, pour protéger les éléments chauffants 4, en particulier le revêtement extérieur 5, il est prévu, sur les paquets d'ailettes 3 saillants, des chanfreins d'insertion (non représentés). Ces chanfreins d'insertion peuvent être placés par exemple par un processus de formage, avant le brasage du bloc du radiateur ou bien, aussi, après, ce pour quoi l'on introduit par exemple un outil de formage spécial, entre les paquets d'ailettes respectifs 3, dans le sens de l'introduction des éléments chauffants 4, de sorte que les coins des différents paquets d'ailettes 3 sont transformés et, de ce fait, chanfreinés. L'épaisseur de construction de deux éléments chauffants 4 et du contact électrique 6 correspond ici à l'écartement entre deux paquets d'ailettes 3, correspondant par conséquent sensiblement à la largeur des tubes plats 2, donc habituellement comprise entre 1,2 mm et 3,0 mm. La profondeur d'enfichage du contact électrique 6, entre les éléments chauffants 4, se situe habituellement entre 3 mm et 20 mm, dans le cas des dimensions citées précédemment. De préférence, les éléments chauffants ne sont pas au contact des tubes plats 2 se composant par exemple d'un métal ou d'un alliage et / ou en sont séparés par une bande isolante. Sur la figure 2, on représente un élément chauffant 4 conformément au deuxième exemple de réalisation, élément chauffant qui est configuré en forme de U, où les côtés intérieurs et extérieurs sont dotés chacun d'un revêtement électroconducteur 5, revêtements qui ne sont pas reliés entre eux. Un contact électrique 6 comprenant une languette métallique, pour chaque élément chauffant 4, est enfiché dans l'espace intérieur. De façon correspondant au premier exemple de réalisation, le contact électrique 6 est connecté au pôle plus d'une source de tension électrique, tandis que le radiateur, avec lequel l'élément chauffant 4 est en contact, par son revêtement extérieur 5, dans la zone des paquets d'ailettes 3 électriquement bons conducteurs, est à la masse (pôle moins). Concernant le contact électrique 6, il peut s'agir d'une tôle plane, d'une tôle ondulée, d'une sorte de ressort à lames ou d'éléments analogues, ressort à lames qui, sous l'effet d'une légère prétension, s'applique sur l'élément ou sur les éléments chauffant(s) 4, où la profondeur d'enfichage du contact électrique 6 est sensiblement quelconque, en raison de la bonne conductivité électrique du revêtement 5 du ou des éléments chauffants 4. Comme on le voit d'après les figures 3 à 7, il est prévu ici huit éléments chauffants en forme de U qui sont enfichés entre des paquets d'ailettes saillants 3 d'un radiateur. Ici, il est prévu, sur un radiateur, trois sous-ensembles du type désigné par la suite comme des registres de chauffage 7 (voir figures 17 à 19). Chaque élément chauffant 4 d'un registre de chauffage 7 est mis en contact, électriquement, par un contact électrique 6 comprenant à chaque fois une languette métallique pour chaque élément chauffant 4. Pour la métallisation électrique du contact électrique 6, ce même contact présente une languette dépassant, latéralement, du radiateur, languette qui est reliée à une source de tension, par des fils électriques et par un circuit électrique (non représenté). Les différents registres de chauffage 7 sont commutables séparément, ce pour quoi ils comportent trois connexions plus, qui sont séparées, et une connexion à la masse, commune (voir figure 17 en bas à droite). Comme on le voit d'après les figures, un élément chauffant 4 est disposé, à chaque fois, exclusivement dans la zone des registres de chauffage 7, dans le prolongement de chaque rangée de tubes plats. Concernant ici, respectivement, deux rangées de tubes plats, les éléments chauffants 4 sont supprimés dans les zones intermédiaires et dans les zones de bordure. Conformément à une variante non représentée sur les dessins, le contact électrique est moulé par injection, directement dans le matériau CTP en matière plastique qui forme l'élément chauffant, de sorte que dans le cas d'une configuration du contact électrique, sur une grande surface disponible en conséquence, on peut, dans la zone intérieure, se passer d'un revêtement. Conformément au troisième exemple de réalisation représenté sur les figures 8 à 12, des éléments chauffants 4 en forme de U, qui correspondent à ceux du deuxième exemple de réalisation, sont reliés les uns aux autres, dans la zone de leurs extrémités, par des parties pleines 8 en matériau CTP. Ici, dans la zone des parties pleines 8 représentées en bas, sur la figure 8, la configuration des éléments chauffants 4, en forme de U, est conservée pour pouvoir loger à chaque fois le contact électrique 6. Dans la zone des parties pleines 8 représentées en haut, sur la figure 8, celles-ci s'étendent de façon continue dans un plan. Ici, on est assuré, à chaque fois, que les revêtements 5, sur le côté intérieur et extérieur des éléments chauffants 4, sont espacés l'un de l'autre, de sorte qu'un court-circuit est exclu. Sinon, les éléments chauffants 4 et le contact électrique 6 correspondent complètement à ceux du deuxième exemple de réalisation, de sorte que cette question n'est pas abordée de façon plus détaillée. Les différents éléments chauffants 4 d'un registre de chauffage 7, qui sont reliés entre eux par des parties pleines 8, peuvent, conformément à un quatrième exemple de réalisation, être mis en contact électriquement par différents contacts électriques 6 et, par conséquent, être commutables individuellement, comme représenté sur les figures 13 et 14. Concernant les exemples de réalisation décrits précédemment, la métallisation électrique ne se produit que dans une petite zone des éléments chauffants, mais une métallisation peut se produire également sur une grande surface, ce pour quoi le contact électrique 6, conformément au cinquième exemple de réalisation, s'étend sur toute la longueur des éléments chauffants ici en forme de U (voir figures 15 et 16). De même, il peut être prévu une métallisation correspondante en ce qui concerne des éléments chauffants tels qu'ils sont décrits concernant le premier exemple de réalisation. Pour éviter un court-circuit entre les contacts électriques 6 (pôle plus) et le radiateur (pôle moins), un élément de retenue 9 réalisé dans un matériau isolant (ici en matière plastique) est inséré conformément à un mode de réalisation représenté sur les figures 20 à 22 et solidement clipsé, sur le radiateur, au moyen de fixations clipsées (non représentées de façon plus détaillée), élément de retenue qui fixe les contacts électriques 6 (en particulier leurs languettes métalliques) et également tout le registre de chauffage 7. En outre, l'élément de retenue 9 sert à la décharge de traction lors de la métallisation. Pour ce faire, il est prévu, ici, des éléments chauffants conformément au deuxième exemple de réalisation. Conformément à une variante du mode de réalisation décrit précédemment, il est prévu, en plus de l'élément de retenue 9, une fixation supplémentaire 10 placée de l'autre côté du radiateur, pour empêcher une chute, lors du chauffage, ou bien des vibrations. La fixation 10 est configurée ici comme une zone saillante derrière laquelle le registre de chauffage 7 est inséré. Sur les figures 23 à 25, cette fixation supplémentaire 10 est représentée sur le registre de chauffage droit 7 qui est formé par des éléments chauffants 4 en forme de U reliés entre eux par des parties pleines 8 (voir le troisième exemple de réalisation). Mais la fixation supplémentaire peut être configurée également de n'importe quelle autre manière, en particulier la fixation supplémentaire peut être configurée sous la forme d'un élément clipsé qui est clipsé sur l'échangeur de chaleur 1, après l'insertion du registre de chauffage 7. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur, en particulier pour un système de chauffage ou de climatisation d'un véhicule automobile, comprenant plusieurs tubes plats (2) disposés parallèlement entre eux et traversés par un milieu de transmission de chaleur, où un élément chauffant (4), servant de chauffage supplémentaire, commandé électriquement et fixé après le brasage de l'échangeur de chaleur (1), est affecté à au moins une partie des tubes plats (2), élément chauffant qui est fixé directement ou indirectement sur l'échangeur de chaleur (1), caractérisé en ce que l'élément chauffant (4) est formé par un élément CTP qui présente, sur au moins un côté, un revêtement électroconducteur (5). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsqu'une tension est appliquée, l'élément chauffant (4) est traversé par du courant, essentiellement dans le sens de son épaisseur et seulement de façon peu importante dans le sens de son étendue longitudinale. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4) présente, sur des surfaces placées à l'opposé l'une de l'autre, des revêtements électroconducteurs (5) qui sont séparés spatialement l'un de l'autre par l'élément CTP et ne sont pas reliés entre eux de façon électroconductrice. 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément CTP est un élément CTP en matière plastique.35 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4) est fixé sur le côté de la sortie d'air, côté frontal par rapport au tube plat correspondant et s'étendant parallèlement à celui-ci. 6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4) est logé, au moins par zones, entre des paquets d'ailettes saillants (3). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4) ou bien des zones importantes de l'élément chauffant (4) est ou sont inséré(es) au moins partiellement entre les paquets d'ailettes saillants (3). 8. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4) est configuré en forme de U, où il est prévu, au moins sur son côté extérieur, un revêtement électroconducteur (5). 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4) présente également, sur le côté intérieur, un revêtement électroconducteur (5) qui est espacé du revêtement extérieur (5), par le matériau CTP, et en ce qu'un contact électrique (6) est inséré entre les branches de l'élément chauffant (4) configuré en forme de U. 10. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4), sur sa surface espacée des composants de l'échangeur de chaleur (1), transmettant de la chaleur, est relié de façon électroconductrice au pôle plus d'une source de tension. 11. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (1), par au moins l'un de ses composants transmettant de la chaleur, en particulier une partie des paquets d'ailettes (3), est relié de façon électroconductrice au pôle moins (masse) d'une source de tension. 12. Elément chauffant, servant de chauffage électrique supplémentaire, pour l'utilisation avec un échangeur de chaleur (1), caractérisé par une structure conformément à l'une quelconque des revendications 1 à 11.