Brevet FR2022477A1 — publié le 19700731

La présente invention a pour objet une installation de chauffage électrique avec un conducteur chauffant rapporté sur une surface à chauffer avec interposition d'une couche isolante. Pour réaliser l'isolation, il est connu d'utiliser des produits à base de mica. l'épaisseur de la couche de mica doit être choisie suffisamment importante pour que l'i- solation séparant le conducteur chauffant de la surface à chauffer présente une résistance disruptive suffisante. Pour des tensions de service dépassant le cadre de la basse tension - c'està-dire supérieures à 24 volts - il est nécessaire.de prévoir une couche de mica si épaisse que la transmission de chaleur entre l'élément chauffant et la surface à chauffer est fortement gnée. Pour cette raison, on a dejà proposé d'utiliser comme isolant dans de telles installations des matières synthétiques, par exemple des résines à base de phénol et de formaldéhyde ou encore du chlorure de polyvinyle. Ces matières présentent un pouvoir d'isolation électrique suffisant déåà en couches de très faible épaisseur ; cependant leur résistance à la température n'évolue que dans des limites très étroites et de plus elles sont sensibles à lthumiditée I1 appartient à la présente invention de réaliser une installation de chauffage économique en service dont la couche isolante présente une résistance disruptive suffisante et rend possible, même en cas de sollicitation électrique plus importante, une transmission de la chaleur dégagée par le conducteur chauffant sur la surface à chauffer sans qu'il y ait accumulation nuisible de chaleur0 De plus, la couche isolante doit résister aux températures élevées, On obtient le résultat recherché en faisant en sorte que l'isolation comprenne au moins deux couches isolantes, l'une de ces couches étant réalisée à partir de polytétra fluor éthylène. Le polytétrafluoréthylène résiste avec certitude Jusqu'à des températures de 250*Co Afin de pouvoir utiliser la couche isolante conforme à l'invention également pour des structures où la température au niveau du conducteur chauffant atteint 5000C, il est recommandé de réaliser une autre couche due l'isolation à partir dtun produit micacé ou similaire et de placer cette couche en regard du conducteur chauffant, I1 est avan tageux dans ce cas de réaliser une isolation dont l'épaisseur des couches de polytétrafluoréthylène et de mica présente environ la relation 3 : 40 Lorsque la température du conducteur chauffant ne dépasse pas 2500C en service, il s'est révélé comme particulièrement avantageux de réaliser l'autre couche de l'isola- tion en un ester polytéréphtalique ou en polycarbonate, cette seconde couche étant tournée vers la surface à chauffer. Pour une telle structure, le rapport des épaisseursdes couches d'ester polytéréphtalique ou de polycarbonate par rapport au polytétrafluoréthylène sera environ égal à 1 : (2 à 5). En utilisant par exemple du polytétrafluoré- thylène ensemble avec du mica eu encore de l'ester polytéréphtalique voire du polycarbonate, on peut conférer à l'isolation conforme à l'invention une résistance exceptionnelle à la perforation disruptive et à la température qui, pour une même conductibilité thermique, ne pourrait pas être obtenue avec une seule matière, L'utilisation du polytétrafluoréthylène confère à l'isolation Une conductibilité thermique satisfaisante pour une résistance disruptive suffisante alors que le mica, 11 ester polytéréphtalique ou le polycarbonate accroissent sensiblement la résistance thermique et de ce fait mécanique de l'isolation. Grâce à la couche de mica ou de polytétrafluoréthylène tournée vers le conducteur chauffant , l'isolation résiste à des températures atteignant 500 ou 25000. les couches de polytetrafluoréthylène ou dSester.polytéréphtalique en contact avec la surface à chauffer résistent moins bien aux températures élevées avec respectivement des températures limites de 2500a ou 12500 que les couches isolantes entourant directement le oon- ducteur chauffant, ce qui ne pose cependant pas de problèmes vu que la surface à chauffer est refroidie en raison des déperditions calorifiques provoquées par les fluides limitrophes.Pour toutes les structures prévues suivant l'invention pour l'isolation, le gradient de teMpérature se formant entre le conducteur chauffant et la-surface à chauffer ne dépasse pas la résistance thermique -des matières utilisées pour la réalisation des différentes couches isolantes -Plusieurs-modes de réalisation de l'inven- tion seront décrits à titre-indieatif et non limitatif entre référant a-u dessin annexé. Sut le dessin : la figure 1 est une coupe en perspective d'une installation de chauffage électrique à surfacelane la figure 2 est une vue latérale en coupe d'une installation de chauffage faisant partie d'un chauffe-eau instantané électrique. La surface plane de l'installation d'un chauffage électrique représentée sur la figure 1 est constituée par une paroi métallique 1 dont une face jouxte le fluide ou la matière à chauffer. L'autre face de la paroi I porte l'isolation 2 réalisée à partir d'une couche de polytétrafluoréthylène 3 et d'une couche de mica 4. Les épaisseurs des couches 3 et 4 sont de préférence choisies pour former environ un rapport 3 : 4. Pour une telle valeur, l'isolation 2 présente d'une part la meilleure résistance disruptive et thermique et, autre part, une bonne conductibilité thermique. L'épaisseur absolue de la couche d'un polytétrafluoréthylène 3 est choisie égale à environ 0,1 mm pour une tension d'essai de 1.250 volts et d'une puissan- ce de chauffe spécifique du conducteur de 30 W/cm2, alors que l'épaisseur absolue de la couche de mica 4 est sensiblement égale à 0,12 mm. Dans quelques cas d'application, la couche de polytétrafluoréthylène peut étre remplacée par exemple par une couche de polyimide. Sur la face non en contact avec la paroi 1 de l'isolation 2, on rapporte pour augmenter la résistance mécanique de l'isolation 2 un tissu en fibres de verre ou verre tissé 5 sur lequel se trouvent des rubans de chauffage électrique 6 en guise de conducteurs0 les cosses 9 et 10 permettent de raccorder les rubans de chauffage 6 à un circuit électrique de chauffage non représenté sur le dessin. Une isolation extérieure particulièrement simple est obtenue avec une couche i de verre tissé posée sur les rubans de chauffage 6. Par cette couche 7, les, rubans 6 sous tension sont protégés d'un contact direct et simultanément le rayonnement vers l'extérieur de la chaleur-est largement entravé. On peut encore augmenter le rendement thermique de l'installa tion en rapportant sur cette couche 7 une feuille d'aluminium 80 les différentes couches 3 et 4 de l'isolation 2 peuvent être reliées ensemble, pour augmenter la résis- tance mécanique et électrique de l'installation, et,éventuelle- ment aux rubans.de chauffage- 6 et à la feuille.8 constituant le calorifugeage extérieur . Cet assemblage peut se faire par exemple par collage. La figure 2 est une vue latérale dtune coupe transversale de l'échangeur de chaleur 11 d'un chauffe-eau électrique instantané, l'eau passant dans le tube métallique 12. Le tube métallique 12 est entouré de deux couches isolantes concentriques 14 et 15 qui forment l'isolation 13. Sur l'isolation 13 est rapporté un ruban de chauffage 16 formant conducteur. La couche 14 plus proche du tube métallique 12 est en polytétra fluoréthylène, alors que la couche 15 qui jouxte le ruban de chauffage 16 est en mica. La couche 15 précitée peut être renforcée de façon non représentée sur le dessin par du verre tissé ou similaire pour en augmenter la résistance mécanique. Pour les puissants chauffe-eau instantanés, de type électrique, utilisés en tant qu'appareils électroména- gers, on obtient avec une résistance optimale à la perforation disruptive et à la température en choisissant le rapport de I'épaisseur des couches de polytétrafluoréthylène et de mica égale à 3 :: 4o Pour une tension d'essai de 1.250 volts et une puissance de chauffage spécifique de 30 W/cm2, l'épaisseur de la couche 14 en polytétrafluoréthylène est environ égale à O,lmm comme pour la.structure représentée sur la figure 1, alors que l'épaisseur absolue de la couche de mica 15 est choisie égale à 0,12 mme La résistance thermique maximale des couches 14 et 15 correspond au gradient thermique se formant entre le ruban de chauffage 16 et le tube 12, la couche 14 résistant jusqu'à 2500C et la couche 15 jusqu'à 5000C. La cosse 17 représentée partiellement permet de relier le ruban de chauffage 16 à une source de tension électrique. A la place du ruban 16 on peut également utiliser des fils chauffants ; il est aussi possible de rapporter le conducteur chauffant sur l'isolation 13 sous la forme d'une couche électriquement conductrice finement répartie. Pour raccorder électriquement le ruban chauffant 16 ou encore la couche conductrice au réseau on peut prévoir de façon non représentée sur le dessin, des colliers qui sont engagés sur le-ruban-chauffant 16. I1 n'y a pas de difficultés à interrompre plusieurs fois l'en- roulement du ruban chauffant et d'exploiter les différentes sections indépendamment.les unes des autres du point de vue électrique, On obtient ainsi des possibilités d'exploitation avanta geuses sur un réseau polyphasé ou pour une répartition différente de la puissance électrique le long du tube métallique 12. La fabrication du chauffe-eau instantané est simplifiée notamment lorsque la couche de polytétrafluoréthylène 14 et la couche de mica 15 sont bobinées à partir de bandes isolantes et que la largeur des bandes isolantes et de la bande de chauffage 16 sont choisies de façon que tous les rubans sont bobinés en une opération unique avec le même pas. Une isolation extérieure particulièrement simple pour l'échangeur de chaleur 11 est obtenue avec une couche extérieure 18 en verre tissé ou similaire, dans laquelle le ruban chauffant 16 sera noyés On évite ainsi que la chaleur ne soit rayonnée vers l'extérieur tout en protégeant le ruban 16 sous tension d'un contact direct. De plus, le ruban chauffant 16 est solidement maintenu sur l'isolation 17 .La résistance mécanique de l'agencement peut donc autre accrue par le fait que les couches 14 et 15 de l'isolation 13 sont assemblées par collage, l'élément collé englobant éventuellement aussi le ruban chauffant 16 et la couche externe 18. La protection est rendue encore plus parfaite par une feuille extérieure 19 en aluminium collée éventellement sur la couche 18. Enfin, tout l'agencement peut être rendu plUs rigide par des colliers qui entourent l'échangeur de chaleur liet le maintiennent. Le chauffe-eau instantané représenté sur la figure 2 convient tout particulièrement pour les chauffe-eau de grande puissance en raison de son exceptionnelle résistance disruptive et thermique, les frais résultants pour l'isolation étant faibles. Comme il n'est pas représenté plus en détail sur le dessin, le tube métallique peut être travaillé pour former um hélice, une spirale ou un ovale avec des parties latérales senaiblement parallèles et des parties ~courbes qui relient les parties parallèles précitées. Lorsque les-rayons de courbure sont particulièrement faibles, il est possible, pour une exploitation sur un réseau polyphasé, de laisser les parties ou arc nues, ces arcs nus fournissant des points de branchement naturels pour les diverses phases. L'installation de chauffage conforme à l'invention peut trouver beaucoup d'applications. La surface à. chauffer peut ainsi présente* ntimporte quelle forme imaginablee I1 est bien ester également possible, comme il a déjà été signalé, de combiner la couche de polytétrafluoréthylène avec une couche isolation en ester- polytéréphtalique oU en polycarbonate, la couche de polytétrafluoréthylène prenant alors spatialement la place de la couche de mica alors que la couche d'ester polytéréphtalique ou de polycarbonate est tournée vers la surface à chauffer 2. REYNDIC TI ONS le Installation de chauffage électrique avec un conducteur chauffant électrique rapporté sur la surface à chauffer avec interposition d'une isolation, caractérisée par le fait que l'isolation comprend au moins deux couches isolantes dont une est en polytétrafluoréthylène0 2. Installation de chauffage suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que l'autre couche de l'isolation est réalisée à partir d'ester polytéréphtalique ou de polyearbonate, cette couche étant tournée vers la surface à chauffer. 3. Installation de chauffage suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que l'autre couche est réalisée à partir d'un produit micacé ou similaire et qu'elle est tournée vers le conducteur chauffant, 40 Installation de chauffage suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que les épaisseurs de la couche d'ester polytéréphtalique ou de polycarbonate et de la couche de polytétrafluoréthylène se présentent sensiblement coime le rapport 1 : (2 à 5). 5. Installation de chauffage suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que les épaisseurs de la couche de polytétrafluoréthylène et de mica se présentent sensiblement comme le rapport 3 : 4. 6. Installation de chauffage suivant la revendication 1 ou suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée par le fait que la surface à chauffer se présente sous la forme d'un tube de chauffe-eau instantané dans lequel passe l'eau à chauffer et par le. fait que les couches isolantes sont concentriques au tubez 7. Installation de chauffage suivant la revendication 6, caractérisée par le fait que le tube du chauffe-eau est cintré pour former une hélice ou une spirale. 8, Installation de chauffage suivant la revendication 7, caractérisée par le fait que l'hélice coupée par un plan transversal forme un ovale avec des côtés latéraux sensiblement parallèles réunis par des arcs. 90 Installa,tion de chauffage suivant la revendication 8, caractérisée par le fait que les arcs au moins des conducteurs chauffants ne reçoivent pas de couche de protection bobinée. 10. Installation de chauffage suivant la revendication 1 ou suivant l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée par le fait que des fils ou rubans chauffants électriques sont rapportés sur l'isolation. 11. Installation de chauffage suivant la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications 2 à 9; caractérisée par le fait qu'une couche électriquement conductrice est rapportée sur l'isolation en guise de conducteur chauf fant0 12. Installation de chauffage suivant la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisée par le fait qu'une isolation extérieure, par exemple en verre tissé ou en mica, est rapportée sur l'élément chauffant. 13. Installation de chauffage suivant la revendication 12, caractérisée par le fait que l'isolation extérieure est entourée d'une feuille d'aluminium ou similaire. 140 Installation de chauffage suivant la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisée par le fait que les différentes couches de l'isolation sont reliées ensemble et éventuellement assemblées avec le conducteur chauffant et l'enveloppe extérieure, par exemple par collage,