Brevet FR2947983A1 — publié le 20110114

Barreau chauffant constitutif d'un radiateur électrique. Domaine technique de l'invention. L'invention est du domaine des installations de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation équipant un véhicule automobile. Elle a pour objet un barreau chauffant constitutif d'un radiateur électrique destiné à être logé à l'intérieur d'une telle installation. Elle a aussi pour objet un tel radiateur. Elle a enfin pour objet un procédé de réalisation d'un tel barreau chauffant. Etat de la technique. Un véhicule automobile est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier les paramètres aérothermiques de l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Cette modification est obtenue à partir de la délivrance d'au moins un flux d'air à l'intérieur de l'habitacle. L'installation comprend un boîtier qui est réalisé en matière plastique et qui est associé à un ou plusieurs conduits pour canaliser la circulation du flux d'air jusqu'à sa délivrance vers une zone de l'habitacle à aérer. L'installation est indifféremment une installation principale, logée sous une planche de bord du véhicule, une installation secondaire, par exemple disposée à l'arrière de l'habitacle, voire une installation autonome, notamment fixée à un plafonnier du véhicule. Le boîtier et/ou le conduit logent un radiateur électrique destiné à réchauffer le flux d'air préalablement à sa délivrance à l'intérieur de l'habitacle. Le radiateur électrique comprend un cadre rigide porteur d'au moins un barreau chauffant. Ce dernier est constitué de deux électrodes entre lesquelles est interposé un élément chauffant, couramment dénommé pierre à effet � CTP � pour coefficient de température positif. L'élément chauffant, par exemple réalisé en matière céramique, est destiné à émettre de la chaleur par effet Joule lorsqu'il est traversé par un courant électrique délivré par les électrodes. Se pose le problème général d'une organisation générale du barreau chauffant et notamment d'une liaison entre l'élément chauffant et les électrodes. Le document EP 0569983 (NIPPONDENSO CO., LTD) décrit un barreau chauffant pour lequel chaque électrode est reliée à l'élément chauffant par une couche de liaison comprenant deux couches de matière distincte l'une de l'autre. La couche de liaison comprend une première couche de matrice métallique chargée en particules métalliques et une deuxième couche d'une colle électriquement isolante. Plus précisément, une surface de l'élément chauffant est recouverte de la première couche de matrice métallique notamment réalisée en aluminium ou en argent. La première couche comporte les particules métalliques telles que des particules d'alliage aluminium-silicium, d'alliage de cuivre ou d'alliage d'argent. La première couche est destinée à conférer une rugosité importante à l'élément chauffant. A cet effet, les particules émergent hors de la première couche pour venir en contact avec l'électrode. Les particules sont par ailleurs noyées dans la deuxième couche de colle électriquement isolante, notamment constitué d'une résine époxy ou d'un silicone. Une telle architecture de liaison entre l'élément chauffant et l'électrode est obtenue à partir de la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication comprenant deux étapes successives de cuisson. Une première étape consiste en une étape initiale de cuisson pour faire adhérer la première couche sur la surface de l'élément chauffant. Une deuxième étape réside en une seconde étape de cuisson pour polymériser la colle reliant la première couche et/ou les particules métalliques à l'électrode. Une telle architecture de liaison s'avère complexe par la multiplicité de surfaces de contact qu'elle génère, ces surfaces de contact étant de surcroit ménagées entre des matériaux de nature différente, céramique-alliage métallique, alliage métallique-métal, métal-colle, colle-alliage métallique. Ces matériaux ayant des caractéristiques thermiques différentes, et notamment des coefficients de dilatation thermique disparates, il en résulte des fragilisations courantes des surfaces de contact pouvant engendrer des fissures, voire des ruptures de liaison mécanique et/ou électrique de ces matériaux entre eux. Il en découle finalement que de tels radiateurs présentent une faible fiabilité et une pérennité aléatoire. De plus, le procédé de réalisation de tels barreaux chauffants s'avère long, fortement consommateur d'énergie et couteux. Objet de l'invention. Le but de la présente invention est de proposer un barreau chauffant constitutif d'un radiateur électrique destiné à être logé à l'intérieur d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d'un véhicule automobile, le barreau chauffant étant robuste, pérenne et facile à réaliser à partir d'un procédé de réalisation selon la présente invention qui est rapide et peu couteux à mettre en oeuvre. Un autre but de la présente invention est de proposer un radiateur électrique comprenant au moins un tel barreau chauffant. Un barreau chauffant de la présente invention est un barreau chauffant pour radiateur électrique. Le barreau chauffant comprend au moins un élément chauffant interposé entre deux électrodes. L'élément chauffant est solidarisé à chaque électrode par l'intermédiaire d'une couche de liaison respective. La couche de liaison est unique et est constituée d'une couche de colle électriquement isolante chargée de particules électriquement conductrices. La couche de liaison comporte avantageusement au moins un chemin électrique continu compris entre l'élément chauffant et l'électrode, ledit chemin étant constitué d'au moins une particule. La couche de colle présente préférentiellement une résistance électrique 30 supérieure à 100 û. Les particules sont avantageusement constituées de grains d'une dimension maximale comprise entre 20 pm et 400 pm. La dimension maximale est notamment de l'ordre de 60 pm. Une épaisseur E de la couche de liaison est préférentiellement inférieure à la dimension maximale. De préférence, une proportion massique de particules par rapport à la colle est 10 comprise entre 1% et 50% selon une rugosité Ra d'une surface de l'élément chauffant en contact avec la couche de colle. La rugosité Ra de la surface de l'élément chauffant est avantageusement comprise entre 0,2 et 6,3. La couche de liaison est préférentiellement constitutive d'une enveloppe totale de l'élément chauffant. L'enveloppe comporte préférentiellement des zones d'extrémité latérale 20 constituant une barrière protectrice de l'élément chauffant. Un radiateur électrique de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que le radiateur électrique comprend au moins un tel barreau chauffant. 25 Un procédé de réalisation d'un tel barreau chauffant est principalement reconnaissable en ce que le procédé comporte une étape de mise sous une pression Pr comprise entre 0,5 MPa et 2 MPa des électrodes enserrant l'élément chauffant et la couche de liaison. 30 L'étape de mise sous pression est notamment réalisée à une température comprise entre 50°C et 300°C. 15 Description des figures. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : La fig.1 est une vue schématique partielle d'un radiateur électrique selon la présente invention. Les fig.2 à fig.4 sont des illustrations schématiques d'étapes successives que comprend un procédé de réalisation du radiateur électrique représenté sur la figure précédente. Sur la fig.1, un véhicule automobile est couramment équipé d'une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour modifier les paramètres aérothermiques de l'air contenu à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Cette modification est obtenue à partir de la délivrance d'un flux d'air 1 à l'intérieur de l'habitacle. L'installation comprend un boîtier réalisé en matière plastique qui est destiné à canaliser la circulation du flux d'air 1. L'installation est par exemple une installation principale de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation qui est logée sous une planche de bord à l'avant du véhicule. L'installation est aussi susceptible d'être une installation secondaire qui est disposée à l'arrière du véhicule, en étant éventuellement reliée de manière aéraulique à l'installation principale. L'installation est enfin susceptible d'être une installation autonome fixée au plancher, au plafonnier ou toute autre structure du véhicule, pour compléter l'aération procurée par l'installation principale et/ou l'installation secondaire. Pour réchauffer le flux d'air 1 préalablement à son évacuation hors du boîtier vers l'habitacle, l'installation loge un radiateur électrique 2. Selon la nature de l'installation, principale, secondaire ou autonome, le radiateur électrique 2 vient en complément d'un radiateur principal placé sur un circuit de refroidissement du moteur du véhicule ou procure à lui seul le réchauffement du flux d'air 1 circulant à l'intérieur de l'installation. Le radiateur électrique 2 est plus particulièrement 5 destiné à procurer un réchauffement rapide du flux d'air 1, notamment en saison froide et lors d'une phase de démarrage du véhicule où le radiateur principal ne délivre pas suffisamment de chaleur. Le radiateur électrique 2 est formé d'un cadre rigide réalisé en matière métallique ou en matière plastique qui supporte au moins un barreau chauffant 18. Préférentiellement, le radiateur électrique 2 comporte une pluralité de barreaux chauffants 18. Ce dernier comprend au moins un élément chauffant 5 bordé de deux électrodes 3,4. Le radiateur électrique 2 est ménagé selon un plan d'extension générale P qui est parallèle au plan de la fig.1. Le radiateur électrique 2 réchauffe par effet Joule le flux d'air 1 qui traverse le radiateur électrique 2 selon une direction orthogonale au plan d'extension générale P. A cet effet, une tension électrique V est appliquée entre les électrodes 3,4. Ces dernières sont ménagées parallèlement à un plan transversal P' qui est orthogonal au plan d'extension générale P. Les électrodes 3,4 sont réalisées en un matériau métallique conducteur, alliage de cuivre notamment. L'élément chauffant 5 est interposé entre les électrodes 3,4 en étant ménagé parallèlement au plan transversal P'. L'élément chauffant 5 est constitué d'une pierre à effet � CTP � pour coefficient de température positif apte à s'échauffer aisément par effet Joule et est par exemple réalisé en céramique. Pour améliorer un réchauffement du flux d'air 1 lors de sa traversée du radiateur électrique 2, ce dernier comprend des dissipateurs de chaleur 6 ménagés de part et d'autre des électrodes 3,4. Les dissipateurs de chaleur 6 sont notamment constitués de feuillards métalliques repliés sur eux-mêmes. Une couche de liaison 7 est interposée entre l'élément chauffant 5 et les électrodes 3,4 pour assurer à la fois une bonne tenue mécanique et une conductivité électrique satisfaisante. La couche de liaison 7 est constituée d'une couche de colle 8 électriquement isolante chargée en particules électriquement conductrices 9. Ainsi, la couche de liaison 7, qui s'étend entre chaque électrode 3,4 et l'élément chauffant 5, est homogène en étant uniquement constituée de deux matériaux mélangés l'un à l'autre, à savoir les particules électriquement conductrices 9 et la colle 8. Ainsi, une unique strate formée de la couche de liaison 7 homogène est interposée entre chaque électrode 3,4 et l'élément chauffant 5. II en résulte un barreau chauffant 18 simple à réaliser pour un coût raisonnable. Les particules 9 sont notamment formées à partir d'un matériau métallique, argent notamment ou analogue. Les particules 9 sont par exemple conformées en billes sphériques ou en grains d'une dimension maximale comprise entre 20 pm et 400 pm. Préférentiellement, la dimension maximale, dans le cas où les grains sont d'une conformation géométrique relativement quelconque, ou le diamètre, dans le cas où les grains sont sphériques, est de l'ordre de 60 pm. La colle 8 est constituée d'un polymère, voire d'une silicone, présentant une résistance électrique supérieure à 100 o. La proportion massique de la charge en particules 9 à l'intérieur de la colle 8 est comprise entre 1% et 50%, en fonction d'une rugosité Ra de surfaces 10,11 de l'élément chauffant 5 respectivement placées en vis-à-vis des électrodes 3,4. Ainsi, plus les surfaces 10,11 sont rugueuses, moins la charge en particules 9 est importante. Ces dispositions sont telles que le radiateur électrique 2 de la présente invention comporte un ou plusieurs élément(s) chauffant(s) 5 dont la rugosité Ra des surfaces 10,11 est relativement quelconque, en étant notamment comprise entre 0,2 et 6,3. On rappelle que, de manière connue, la rugosité Ra d'une surface est définie comme un écart moyen des distances entre pics et creux successifs de la surface considérée. Sur la fig.2, le procédé de réalisation d'un tel radiateur électrique 2 comporte une étape préalable au procédé dans laquelle un mélange de colle 8 et de particules 9 est disposé entre les surfaces 10,11 de l'élément chauffant 5 et les électrodes correspondantes 3,4. Une pression Pr comprise entre 0,5 MPa et 2 MPa est appliquée en sens opposé sur chacune des électrodes 3,4 pour écraser le mélange. Ce dernier tend à fluer selon une direction D qui est sensiblement parallèle au plan transversal P' et qui est symbolisée par les flèches pointillées. Le sens du fluage du mélange est centrifuge de telle sorte que le mélange tend à s'écouler vers des extrémités latérales 12,13 de l'élément chauffant 5 jusqu'à constituer une enveloppe 14 recouvrant totalement l'élément chauffant 5, tel qu'illustré successivement sur les fig.3 et fig.4. Plus particulièrement sur la fig.3, le mélange de colle 8 et de particules 9 tend à s'écouler le long des extrémités latérales 12,13 de l'élément chauffant 5 jusqu'à former l'enveloppe 14 visible sur la fig.4. Finalement, l'enveloppe 14 comporte des zones d'extrémités latérales 15,16 qui recouvrent les extrémités latérales respectives 12,13 de l'élément chauffant 5. A l'intérieur des zones d'extrémités latérales 15,16, les particules 9 sont disjointes les unes des autres de telle sorte qu'aucun courant électrique n'est susceptible de parcourir les dites zones. En d'autres termes, les zones d'extrémités latérales 15,16 ne comportent aucun chemin électrique continu 19. Néanmoins, les zones d'extrémités latérales 15,16 constituent des barrières protectrices de l'élément chauffant à l'encontre d'agressions physiques ou de perturbations chimiques, par exemple véhiculées par le flux d'air 1. A contrario, à l'intérieur de chaque couche de liaison 7, les particules 9 forment au moins un chemin électrique continu 19 entre l'électrode correspondante 3,4 et l'élément chauffant 5. Ledit chemin 19 est par exemple constitué d'une particule 9 plaquée entre l'élément chauffant 5 et l'électrode correspondante 3,4. Ledit chemin 19 est par exemple encore constitué de plusieurs particules 9 en contact les unes avec les autres et reliant conjointement l'élément chauffant 5 et l'électrode correspondante 3,4. Dans les deux cas, le chemin électrique continu 19 est situé à l'aplomb de zones 20 où la pression Pr a été appliquée, à savoir entre les surfaces 10,11 de l'élément chauffant 5 et les électrodes 3,4. Préférentiellement, les surfaces 10,11 sont constituées des faces de grande dimension de l'élément chauffant 5 tandis que les extrémités latérales respectives 12,13 de l'élément chauffant 5 sont formées des faces de plus petite dimension. Par ailleurs, la pression Pr exercée sur chacune des électrodes 3,4 induit une déformation 17 de ces dernières provoquée par une pénétration des particules 9 à l'intérieur des électrodes 3,4. Il en résulte finalement qu'une épaisseur finale E de la couche de liaison 7, prise entre deux surfaces en vis-à-vis de l'élément chauffant 5 et des électrodes correspondantes 3,4, est inférieure à la dimension maximale des particules. Ces dispositions sont telles que la liaison électrique entre les électrodes 3,4 et l'élément chauffant 5 est confortée. Par ailleurs, la mise sous pression Pr des électrodes est effectuée à l'intérieur d'un four dont la température est portée entre 50°C et 300°C pour permettre une polymérisation de la colle 8. Revendications1.- Barreau chauffant (18) pour radiateur électrique (2), le barreau chauffant (18) comprenant au moins un élément chauffant (5) interposé entre deux électrodes (3,4), l'élément chauffant (5) étant solidarisé à chaque électrode (3,4) par l'intermédiaire d'une couche de liaison respective (7), caractérisé en ce que la couche de liaison (7) est unique et est constituée d'une couche de colle (8) électriquement isolante chargée de particules (9) électriquement conductrices. 2.- Barreau chauffant (18) selon la revendication précédente, caractérisé en ce la couche de liaison (7) comporte au moins un chemin électrique continu (19) compris entre l'élément chauffant (5) et l'électrode (3,4), ledit chemin (19) étant constitué d'au moins une particule (9). 3.- Barreau chauffant (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce. que la couche de colle (8) présente une résistance électrique supérieure à 100 û. 20 4.- Barreau chauffant (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules (9) sont constituées de grains d'une dimension maximale comprise entre 20 pm et 400 pm. 5.- Barreau chauffant (18) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la 25 dimension maximale est de l'ordre de 60 pm. 6.- Barreau chauffant (18) selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'une épaisseur E de la couche de liaison (7) est inférieure à la dimension maximale. 7.- Barreau chauffant (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une proportion massique de particules (9) 10 30par rapport à la colle (8) est comprise entre 1% et 50% selon une rugosité Ra d'une surface (10,11) de l'élément chauffant (5) en contact avec la couche de colle (8). 8.- Barreau chauffant (18) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la rugosité Ra de la surface (10,11) de l'élément chauffant (5) est comprise entre 0,2 et 6,3. 9.- Barreau chauffant (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de liaison (7) est constitutive d'une enveloppe totale (14) de l'élément chauffant (5). 10.- Barreau chauffant (18) selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'enveloppe (14) comporte des zones d'extrémité latérale (15,16) constituant une barrière protectrice de l'élément chauffant (5). 11.- Radiateur électrique (2) comprenant au moins un barreau chauffant (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 12.- Procédé de réalisation d'un barreau chauffant (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape de mise sous une pression Pr comprise entre 0,5 MPa et 2 MPa des électrodes (3,4) enserrant l'élément chauffant (5) et la couche de liaison (7). 13.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape de mise sous pression est réalisée à une température comprise entre 50°C et 300°C.