Brevet FR2339314A1 — publié le 19770819

la présente invention concerne les éléments conducteurs chauffants souples, tels que les papiers chauffants, utilisables notamment pour la construction de panneaux chauffants. L'invention concerne également des procédés pour la fabrication de tels papiers chauffants, ainsi que des panneaux chauffants mettant en oeuvre ces papiers. On contact déjà des papiers chauffants constitués d'un mélange de fibres, par exemple de fibres cellulosiques couramment utilisées dans l'industrie papetière, auquel sont incorporés des additifs classiques à cette industrie, tels que : des agents de collage et dthydrofugation, des agents de rétention, des agents d'ignifugation, différentes charges classiques utilisées en papeterie, etc... En outre, on ajoute dans la masse du papier, des charges spéciales destinées à assurer la conductibilité électrique. Ces charges spéciales introduites dans des proportions pouvant atteindre jusqu'à 70 % du taux de matières sèches du papier peuvent, par exemple, être constituées de noirs de carbone, graphite, poudres métalliques conductrices, etc... On peut également utiliser pour ces charges spéciales un mélange des différentes substances conductrices qui viennent d'être citées. En remplacement partiel ou total des fibres cellulosiques de base, on peut aussi utiliser des fibres d'amiante ou des fibres synthétiques. le mélange des différents constituants cités plus haut est traité, par des procédés classiques utilisés dans l'industrie papetière, pour former une feuille de papier conducteur. Pour pouvoir utiliser ces papiers conducteurs comme éléments chauffants, il faut les raccorder à une source d'alimentation électrique. Dans le cas des papiers chauffants classiques tels qu'ils viennent d'être décrits ci-dessus, ce raccordement avec la source d'alimentation en énergie électrique est à l'origine de difficultés importantes. En effet, la mauvaise qualité des contacts entre les conducteurs d'amenée du courant et l'élément chauffant proprement dit, provoque des augmentations locales de la résistance électrique, voire même des amorçages d'arcs qui se traduisent par des élévations locales de température au passage du courant électrique, entratnant des risques de détérioration graves du papier chauffant et mdme des risques d'inflammation spontanée de ce papier. la présente invention a notamment pour but de remédier i ces inconvénients des papiers chauffants classiques, et d'assurer un contact intime entre les conducteurs d'ali- mentation en énergie électrique et le papier chauffant proprement dit. A cet effet, l'invention concerne des papiers chauffants constitués comme il~l'a été dit ci-dessus, et caractérisés en ce que l'on incorpore h ces papiers des conducteurs parallèles au sens de fabrication du papier et régulièrement espacés entre eux. Selon une autre caractéristique de l'invention, ces conducteurs revsstent la forme de fils de section circulaire ou polygonale. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ces conducteurs revêtent la forme de bandes minces. Ies conducteurs peuvent, par exemple, entre constitués de métaux, tels que le cuivre et ses alliages, ou tels que l'acier inoxydable. Ils peuvent également être constitués de matière plastique métallisée au moins sur une face ou rendue conductrice par une incorporation d'une charge conductrice telle que poudre métallique ou une poudre de carbone. Pour répondre aux différents cas d'application, il est nécessaire de pouvoir déterminer la puissance 2 dissipée par effet Joule pour un m2 de papier chauffant. Pour une tension d'alimentation donnée, cette puissance dissipée dépendra de la résistivité du papier, de son épaisseur et de l'écartement des conducteurs incorporés. Notamment la résîstivité sera influencée par la nature et la proportion des charges eonduetriees introduites. On pourra également modifier cette résistivité en prévoyant de revêtir extérieurement le papier chauffant, sur au moins une de ses faces, d'au moins une couche conductrice. On pourra également, pour certains cas d'application, augmenter la sécurité d'utilisation du papier chauffant en réduisant as tension d'alimentation au-dessous par exemple de 24 volts, ceci étant notamment obtenu en rapprochant suffisamment les uns des autree les conducteurs incorporés, selon l'invention, dans le papier chauffant. Différents procédés peuvent être utilisés pour fabriquer le papier chauffant selon l'invention et y incorporer les conducteurs correspondants. Un premier procédé consistera à intégrer les conducteurs dans la feuille de papier au moment même de la formation de celle-ci. Ce sera notamment le cas pour les papiers fabriqués de préférence sur "forme ronde" ou sur table plate. le procédé est caractérisé en ce qu'on déroule les conducteurs à incorporer à la vitesse circonférencielle du tambour ou à la vitesse linéaire de la toile de formation du matelas fibreux et perpendiculairement à l'axe de rotation du tambour ou parallèlement à la direction de déplacement de la toile et on guide ces conducteurs de façon à les appliquer dans le matelas fibreux à l'endroit où se produit l'essorage de la feuille de papier de manière à ce que celle-ci enrobe les conducteurs qui sont extraits en même temps qu'elle du tambour ou de la toile. Dans le cas de feuilles de papier obtenues à partir de "table plate", un autre procédé sera mis en oeuvre. Ce procédé consistera à utiliser une machine à papier à au moins deux tables dont sortent au moins deux jets de papier superposés. les conducteurs sont déroulés entre deux jets de papier, parallèlement à la direction de fabrication de ceux-ci, et l'ensemble constitué par les jets de papier et les conducteurs interposés passent entre les presses humides et les cylindres de séchage qui assureront l'intégration des conducteurs dans la feuille de papier résultant de la conjonction des jets initiaux. Alors que les deux procédés de fabrication du papier chauffant qui viennent autre décrits sont mis en oeuvre sur la machine à papier elle-même, il existe un troisième procédé mis en oeuvre en dehors de la machine k papier proprement dite. Ce procédé consiste à dérouler deux feuilles de papier conductrices préalablement fabriquées, en introduisant au moins l'une de ces feuilles, sur sa face tournée vers l'autre feuille, avec une colle également conductrice. les conducteurs sont déroulés entre les deux feuilles de papier et l'ensemble, formé par les deux feuilles de papier encollées et les conducteurs intercalés entre elles, est laminé entre des rouleaux de façon à provoquer l'adhérence et le collage des deux feuilles de papier entre elles, la structure ainsi obtenue formant le papier chauffant proprement dit. Les papiers chauffants selon l'invention, tels qu'ils ont été décrits précédemment, sont susceptibles de très nombreuses applications, parmi lesquelles on peut citer, à titre d'exemples non limitatifs - le chauffage électrique des locaux d'habitation ou des locaux industriels, ce chauffage pouvant être réalisé par le plafond, ou par les murs, ou par le sol, par exemple sous forme d'une thibaude chauffante, - le séchage des plâtres sur les plafonds, murs ou cloisons, en appliquant sur ces plâtres ou en tendant devant eux des feuilles de papier chauffant; - l'accélération de la prise de structures en béton en disposant à proximité de ces structures des feuilles de papier chauffant; - la protection des plantes contre le gel; - le réchauffage des serres; ; - le chauffage de canalisations ou de cuves en enveloppant ces canalisations ou cuves avec des feuilles ou des bandes de papier chauffant; - etc... Dans le cas du chauffage de locaux d'habitation ou de locaux industriels, une application intéressante des papiers chauffants selon l'invention est la fabrication de panneaux chauffants qui présentent un niveau de sécurité élevé. Différents détails de l'invention vont être précisés à l'aide d'exemples de réalisation représentés sur les dessins ci-joints, dans lesquels - La figure 1 représente en plan un élément de papier chauffant selon l'invention; - la figure 2 représente en coupe partielle un panneau chauffant fabriqué à partir d'un papier chauffant selon 1 'invention. Dans la figure 1, la référence 1 désigne dans son ensemble un élément de papier chauffant découpé suivant une feuille rectangulaire, la direction de fabrication de ce papier correspondant à la flèche F. la composition d'ensemble de ce papier est celle qui a été précédemment décrite, c > est-à- dire qu'elle comporte, à caté de fibres cellulosiques et/ou de fibres d'amiante ou de fibres synthétiques, différents additifs et charges classiques, ainsi que des charges conductrices. Dans ce papier, sont incorporés, parallèlement à la direction de la flèche F, des conducteurs 2 et 3, régulièrement espacés entre eux, les conducteurs 2 étant reliés, extérieurement à l'élément de papier chauffant, à une ligne d'alimentation 4, tandis que les conducteurs 3 sont reliés à une ligne d'alimentation 5.Entre les lignes d'alimentation 4 et 5, est appliquée une tension d'alimentation U. Sur la figure 1, une seule des extrémités des conducteurs 2 et 3 est reliée aux lignes d'alimentation, mais il est bien évident que l'on pourrait, sans sortir du cadre de l'invention, relier également les autres extrémités des conducteurs 2 et 3 à d'autres lignes d'alimentation montées en parallèle avec les lignes 4 et 5. Les liaisons entre les conducteurs 2 et 3 d'une part, les lignes d'alimentation d'autre part, peuvent se faire par soudure ou tout autre moyen approprié pour obtenir un contact électrique de bonne qualité. La figure 2 représente en coupe partielle un panneau chauffant utilisant des papiers chauffants selon l'invention et référencé dans son ensemble par 6. Ce panneau 6 est appliqué par sa face 7 contre une paroi fixe telle qu'un mur ou une cloison, tandis que sa face 8 est apparente vers l'intérieur du local. En allant de la face apparente 8 vers la face 7, le panneau est constitué par la juxtaposition d'éléments I à V. L'élément I est une plaque rigide assurant la résistance mécanique du panneau. Cette plaque peut être par exemple constituée de bois, d'une couche de plâtre, éventuellement d'une plaque métallique rigide. Tout en assurant la résistance mécanique du panneau et sa protection, notamment contre les chocs accidentels, ce premier élément peut également remplir une fonction décorative. Si l'élément I est constitué par une plaque métallique rigide, il peut éventuellement être relié électriquement à la terre. Dans le cas où l'élément I n'est pas relié à la terre, un second élément II, métallique, et lui-m8me relié à la terre, est accolé au précédent. I1 n'est pas nécessaire que cet élément II soit rigide. I1 peut se présenter sous l'une des formes suivantes - feuille mince métallique; - grille métallique à maille fines - couche métallique obtenue par métallisation directe de l'élément I ou de l'élément III; - etc... Un troisième élément III est constitué par une couche d'isolation électrique, contrecollée ou accolée à l'élément II. Cet isolant sera de préférence constitué d'une matière ininflammable ou bien ignifugée. Pour la constitution de l'élément III, on pourra faire choix de l'une des matières suivantes - matières plastiques expansées ou non; - cartons d'une épaisseur suffisante; - papier; - bois; - etc... L'épaisseur de l'élément III devra être suffisante pour que cet élément puisse présenter une rigidité diélectrique convenable aux tensions d'utilisation envisagées, et que, d'autre part, après déformation des éléments I ou II, ou IV, par exemple par le passage d'un clou ou d'une mèche de perceuse, ils ne permettent pas un contact direct des éléments I ou II avec le papier chauffant 3 lorsque le clou ou la mèche de perceuse auront été retirés. Le quatrième élément IV est le papier chauffant, conforme à la présente invention, proprement dit. Une couche d'isolation thermique V pourra éventuellement être interposée entre le papier chauffant 4 et la paroi fixe sur laquelle est appliqué le panneau chauffant. Il y a lieu de remarquer que pour être efficace, l'élément conducteur II ou I servant à la mise à la terre doit recouvrir totalement l'élément chauffant IV. I1 est à remarquer également que les éléments II et III peuvent être regroupés en un seul éiément dans de nombreux cas, grâce à une métallisation de l'élément III (métallisation sous vide ou électrodéposition par exemple). Ainsi, l'élément II peut être éventuellement supprimé, soit en le remplaçant par une métallisation de l'élément III, soit parce que l'élément I est lui-même conducteur et relié à la terre. Comme, d'autre part, la couche d'isolation thermique V n'est pas toujours nécessaire, il s'ensuit que la figure 2 représente la constitution la plus complexe du panneau chauffant selon l'invention, mais que, dans sa constitution la plus simple, ce panneau peut comporter simplement l'élément I, l'élément III et l'élément IV. Le panneau chauffant qui vient d'être décrit présente les avantages suivants - il présente une surface chauffante importante, ce qui permet ae maintenir une température de surface faible (moins de 400C), d'où une impression de confort élevé; - l'alimentation électrique peut être prévue en 220 V, ce qui évite l'utilisation de transformateurs encombrants et coûteux; - ainsi qu'il a été dit plus haut, les contacts d'excellente qualité réalisés entre les lignes d'alimentation et la masse conductrice de l'élément chauffant du panneau assurent à celui-ci une sécurité de fonctionnement bien supérieure à celle des panneaux actuellement connus; - le panneau selon l'invention réalise également une excellente protection contre les dangers des courants électriques. En effet, si par exemple un clou est planté dans un tel panneau, ce clou sera relié à la terre par l'élément II avant de toucher le papier chauffant IV sous tension. Dès que le clou parviendra au contact de ce papier chauffant sous tension, l'alimentation pourra être interrompue automatiquement et de façon immédiate, par utilisation d'un disjoncteur différentiel ou d'un autre moyen de protection. Par contre, dès que le clou est retiré, et si l'isolant III est suffisamment épais pour éviter le contact du papier chauffant IV et de l'élément II de mise à la terre, le panneau est prêt à fonctionner à nouveau. En dehors des avantages énumérés ci-dessus, il est évident qu'on peut réguler facilement la température du local en couplant le panneau chauffant à un thermostat d'ambiance. Par ailleurs, l'isolation phonique apportée par un panneau chauffant de ce type est importante. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVEN ICAT IONS 10) Papiers chauffants conducteurs, constitués dtun mélange de fibres et d'additifs classiques, et incluant, en outre, des charges conductrices, papiers chauffants caractérisés en ce qu'ils comportent des conducteurs incorporés, parallèles au sens de fabrication du papier et régulièrement espacés entre eux. 20) Papiers chauffants selon la revendication 1, caractérisés en ce que les conducteurs incorporés sont des fils de section circulaire ou polygonale. 30) Papiers chauffants selon la revendication 1, caractérisés en ce que les conducteurs incorporés sont des bandes minces. 40) Papier chauffant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conducteurs incorporés sont constitués de métaux tels que le cuivre et ses alliages. 50) Papier chauffant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conducteurs incorporés sont constitués d'acier inoxydable. 60) Papier chauffant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conducteurs incorporés sont constitués par un film de matière plastique métallisé sur au moins une face. 70) Papier chauffant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conducteurs incorporés sont constitués d'une matière plastique contenant une charge conductrice telle qu'une poudre métallique ou une poudre de carbone. 80) Papier chauffant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la puissance calorifique susceptible d'être dissipée par unité de surface de ce papier peut être adaptée à chaque cas d'application en agissant sur la résistivité du papier, sur son épaisseur et sur la distance séparant l'un de l'autre les conducteurs incorporés. 90) Papier chauffant selon la revendication 8, caractérisé en ce que sa résistivité peut dtre ajustée par application,sur au moins une des faces du papier chauffant, d'au moins une couche conductrice. 100) Procédé pour la fabrication d'un papier chauffant selon l'une des revendications 1 à 9, dans le cas où ce papier chauffant est réalisé de préférence sur une "forme ronde" ou sur une table plate, procédé caractérisé en ce qu'on déroule les conducteurs à incorporer à la vitesse circonférencielle du tambour ou à la vitesse linéaire de la toile de formation du matelas fibreux et perpendiculairement à l'axe de rotation du tambour ou parallèlement à la direction de déplacement de la toile et on guide ces conducteurs de façon à les appliquer dans le matelas fibreux à l'endroit où se produit l'essorage de la feuille de papier de manière à ce que celle-ci enrobe les conducteurs qui sont extraits en même temps qu'elle du tambour ou de la toile. 110) Procédé pour la fabrication de papier chauffant selon l'une des revendications 1 à 9, dans le cas ou ce papier chauffant est fabriqué sur une machine ayant au moins deux tables plates superposées, procédé caractérisé en ce que l'on introduit, entre les jets de papiers superposés sortant de ces tables, les conducteurs à incorporer, puis on fait passer l'ensemble, constitué par ces jets de papier et les conducteurs intercalés, entre des presses et des cylindres sécheurs qui incorporent les conducteurs dans la feuille de papier résultaat de la conjonction des jets de papier précités 120) Procédé pour la fabrication de papier chauffant selon l'une des revendications 1 à 9, en partant de feuilles préalablement fabriquées de papier chauffant dont la composition correspond au préambule de la revendication 1, mais ne comportant pas de conducteurs incorporés, procédé caractérisé en ce que l'on insère entre deux feuilles d'un tel papier chauffant, dont l'une au moins a été revêtue, sur sa face tournée vers l'autre feuille, d'une colle conductrice, des conducteurs à incorporer, puis l'on fait passer l'ensemble constitué par les deux feuilles de papier et les conducteurs intercalés entre des rouleaux de laminage. 13 ) Panneau chauffant utilisant un papier chauffant selon l'une des revendications 1 à 9, panneau caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois couches juxtaposées (I, III, IV) et au plus cinq couches superposées (I, II, III, IV, V), la première de ces couches (I) étant une couche assurant la décoration et la résistance mécanique, la seconde de ces couches (II) étant une couche conductrice assurant la mise à la terre, la troisième de ces couches (III) étant une couche isolante, la quatrième de ces couches (IV) étant le papier chauffant proprement dit, et la cinquième de ces couches (V) étant une couche d'isolation thermique pour isoler le panneau chauffant de la paroi contre laquelle il est appliqué. 140) Panneau chauffant selon la revendIcation 13, caractérisé en ce que la première couche (I) est une plaque rigide. 150) Panneau chauffant selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que la première couche (I) est constituée par une plaque métallique, éventuellement reliée à la terre. 160) Panneau chauffant selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la seconde couche (II) est constituée d'une feuille ou d'une grille métallique. 170) Panneau chauffant selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que la troisième couche (III) est constituée d'une matière isolante, ininflammable ou ignifugée. 180) Panneau chauffant selon l'une des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que la troisième couche (III) est métallisée sur sa face opposée au papier chauffant (IV) et que cette couche de métallisation est éventuellement reliée à la terre.