Brevet FR2340663A1 — publié le 19770902

La présente invention concerne un élément chauffant où une feuille metal que est chauffée par un couple électrochinique amorcable par addition d'un liquide. Ce couple électrochimique comprend une électrode positive, une électrode négative et un électrolyte composé d'au moins un solvant et d'au moins un soluté. Il est déja connu d'utiliser un tel couple pour le chauffage en le mettant en court-circuit par un conducteur extérieur ainsi échauffé. Ce dispositif fait appel a un certain nombre de composants : une anode, un électrolyte, un séparateur, une cathode, un conducteur pour le court-circuit, ce conducteur pouvant etre encastré dans la structure a échauffer. La présente invention a pour but de fournir ur dispositif plus sirple, meilleur marché et faisant appel a un plus petit nombre de composants. Elle a pour objet un élément chauffant constitue par une feuille metallique et un couple électrochimiaue comprenant une électrode positive, une électrode négative et un électrolvte composé dtau moins un solvant et au moins un soluté, ledit couple chauffant la feuille métallique lorsqu'il débite de l'énergie électrique, caractérisé par le fait que le métal de la feuille constitue l'électrode négative du couple électrochimique, l'électrode positive dudit couple comportant un conducteur électronique et étant noreuse et disposée de telle sorte aucune partie de son conducteur électronictue s'applique sur ledit métal de manière a mettre le couple en court-circuit interne, lors de l'addition d'un liquide d'amorçage formant l'électrolyte dudit couple et pendant toute la décharge dudit couple. On voit que le nombre des constituants de l'élément chauffant a consi dérablement diminué puisque la plaque chauffante elle-mene constitue l'anode du couple, que le couple ne comporte pas de séparateur et qu'il nty a pas de court-circuit extérieur nécessitant un conducteur. Il est a remarquer que l'on connaît déjà par le brevet français 1.1fi7.58 un générateur électrochimique comportant dans un electrolyte deux électrodes appliquées l'une contre l'autre, mais l'une au moins des électrodes est ainsi conçue qu'il se forme au cours de la décharge (ou de la charge) des oxydes insolubles au contact de l'electrolyte, ces oxydes constituant le séparateur absent au début de la décharge (ou de la charge). Ici au contraire, il est essentiel que la résistance interne du couple soit aussi faible que possible pendant toute sa décharge puisque c'est par court-circuit interne que se forme la chaleur désirée.Les électrodes seront choisies parmi celles qui se polarisent le moins possible au cours de la décharge. On peut en agissant sur la surface de contact entre les électrodes positive et négative, régler la valeur du courant de court-circuit et par conséquent le dégagement de chaleur en fonction de l'utilisation que l'on désire en faire. Un autre moyen consiste a agir sur la densité de conducteur électronique contenu dans la masse positive. La polarisation des électrodes elle-même petit titre prise corme un frein un dégagement de chaleur trop rapide. On voit ainsi l'avantage de ce dispositif sur les dispositifs de chauffage chimiques pratiquement incontrôlables. Il résulte de l'invention que l'élément chauffant peut être produit de façon très peu coûteuse, et nue 1 on peut ainsi monter des appareils qui peuvent être jetés sans inconvénient après usa, Le liquide d'amorçage du couple peut être constitue par le solvant de l'électrolyte, le soluté ayant été disposé par avance dans les pores de l'elec- trode négative (ou cathode). Il est alors très simple ci'a5outer, par exemple de liteau, par trempage pour obtenir l'échauffement voulu. Mais tout dispositif d'amorçage connu peut convenir. Dans une autre réalisation le liquide d'amorçage contient l'ensemble de l'électrolyte, solvant et soluté. Selon encore une autre réalisation, le dépolarisant cathodique est soluble dans le solvant de l'électrolyte. Il Peut être constitue par un sel oxydant tel que le persulfate de sodium. Dans ce cas il peut être contenu dans le linuide d'amorçage, l'électrode positive n'étant constituée avant l'amorçage que par un support poreux conducteur (carbone aggloméré, ou rt-tal pulvérulent fritté ou comprimé).En alternative, le persulfate peut être mis dans les normes du support cathodique, éventuellement avec un autre sel qui ajoutera de la con ductivité à ltelectrolyte. Mais dans ce cas le dépolarisant cathodique peut aussi ne faire qu'non avec le soluté de l'électrolyte. Les matériaux du couple sont choisis en fonction des applications envisagees. Le métal de l'électrode négative peut être constitue par du zinc, du magnésium ou de l'aluminium. Ce dernier métal est préféré entre autres pour les a#plica- tions où le chauffage s'applique à des aliments à cause de son absence de toxicité. Mais une autre raison de le choisir réside dans ses propriétés deconduction thermique. La matitre active de l'électrode positive peut être constituée par un oxyde tel eue le bioxyde de manganèse, ou tin chlorure métallique, tel que le chlorure de plomb, ou le chlorure cuivreux. Le conducteur électronique préféré dc l'électrode positive est le carbone (graphite, suie etc...) à cause de son coût peu enlevé et de sa mise en oeuvre facile mais les métaux divises neuvent aussi convenir. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples qui vont suivre, en regard des dessins annexes ofi la figure 1 represente or coure et schématiquement une réalisation d'un couple selon l'invention. La figure 2 représente de façon analogue une seconde réalisation du couple selon l'invention, la figure 3 represente, toujours de la même façon, une troisième réalisation du couple selon L'invention. Sur la figure 1, on a désigné par la référence 1 une plaque métallique qui constitue a la fois l'électrode négative du couple et la pièce transmettant la chaleur cs l'objet à échauffer. L'électrode positive 2 comporte comme on le voit des évidements 3 qui peuvent etre constitués par des rainures pratiquées dans sa surface ou par des enfoncements en orne de calottes sphériques. Le contact entre les deux électrodes se fait en 4. L'électrode nositive est ici constituée par un mélange comprire de bioxyde de manganèse et de grap1tite additionné d'un peu de suie et d'un liant tel que du polystyrène ou un copolymère de polyéthylène et d'acétate de vinyle, ou un liant cellulosique. L'électrode négative est en zinc. Lorsque l'on ajoute un électrolyte constitue par une solution aqueuse de chlorure d'ammonium et de chlorure de zinc au dos de l'électrode 2, la pile ainsi constituée est amorcée lorsque les évidements 3 sont remplis d'electrolyte, et se trouve en court-circuit par les surfaces 4. Il en résulte un échauffement de ltensemble qui est transrlis en particulier par la plaque métallique grace à la conductivité thermique plus levée de celle-ci. rouit corps, solide ou liquide, au contact de la plaoue I est donc porté 1 une température qui dépendra du débit de la pile, donc de la valeur des surfaces 4. Sur la figure 2 on retrouve la plaque métallique 1, et ltelectrode positive 2, nais dans celle-ci le conducteur électronique est constitué en partie par une poudre conductrice, et en partie par un collecteur 5 partiellement enfoncé dans la masse active et venant en contact avec la plaque 1. Ce collecteur est une toile de graphite. Son épaisseur est représentée très exagérée pour des raisons de clarté. Ici encore l'addition d'électrolyte provoque l'amorçage de la pile ainsi constituée, le court-circuit se faisant par le collecteur 5 et provoquant ltechauffement de deltensemble et en particulier de la plaque 1. La plaque 1 est en magnésium et la matière active de l'électrode 2 est du chlorure cuivreux.Le conducteur électronique est en cuivre, ou en carbone. Enfin sur la figure 3 un autre mode de-montage du couple a été représenté. On voit toujours la plaque métallique 1 et l'électrode positive 2, mais celle-ci est collée sur la plaque métallique 1 par des points 6 d'un adhésif conducteur, tel qu'une colle cellulosique où la conductivité est apportée par un conducteur analogue au conducteur de la masse de l'électrode positive 2. L'électrode négative 1 est en aluminium. La masse positive poreuse 2 est constituée uniquement par du carbone et un liant et l'électrolyte ajouté comporte du persulfate de sodium en solution. Les matières actives des trois exemples peuvent être remplacées les unes par les autres dans les configurations 1, 2 et 3. Il faut signaler aussi que la porosité d'une électrode positive peut suffire à assurer les échanges ioniques des relations électrochimiques, les surfaces apparentes des électrodes positive et négative étant en contact sur toute leur étendue. Les solutions qui ont été données dans les exemples précédents permettent seulement de diminuer le courant de court-circuit. Cet élément chauffant trouve son application dans des domaines très divers tels que la coiffure pour constituer des bigoudis chauffants, ou l'alimentation où il peut faire partie d'un appareil de chauffage d'un liquide tel que le café, le lait, etc... ou d'un plat cuisiné. Dans le cas d'application au chauffage des liquides ou plats cuisinés, la feuille métallique négative revêt avantageusement la forme d'un récipient. L'élément peut égalenent servir à des applications médicales, corne compresse chauffante. Dans ce cas il est avantageux de choisir plutôt le coté de l'électrode positive pour le poser contre les parties du corps chauffer, en disposant un tissu absorbant sur le dos de l'électrode. Bien entendu, l'invention ##est pas limite à ces applications ni aux modes de réalisation décrits et représentés. On pourra sans sortir du cadre de Invention remplacer tout élément par un dément équivalent. REVENDICATIONS 1/ Elément chauffant constitué par une feuille métallique et un couple électro- chimique comprenant une électrode positive, une électrode négative et un électrolyte composÉ d'au moins un solvant et au moins un soluté, ledit couple chauffant la feuille métallique lorsqu'vil débite de l'énergie électrique, caractérisé par le fait que le métal de la feuille constitue ltelectrode négative du couple électrochimique, 11 électrode positive dudit couple comportant un conducteur électronique et étant poreuse et disposée de telle sorte qu'une partie de son conducteur électronique s'applique sur ledit métal de manière à mettre le couple en court-circuit interne, lors de l'addition d'un liquide d'amorçage formant l'electrolyte dudit couple et pendant toute la décharge dudit couple. 2/ élément selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une partie seulement de la surface apparente de ltelectrode positive est au contact de ltelectrode négative grâce à des évidements pratiqués dans cette surface. 3/ Elément selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit liquide d'amorçage est constitué par le solvant de l'électrolyte, le soluté étant disposé dans les pores de 11 électrode positive. 4/ Elément selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit liquide d'amorcage est constitué par l'électrolyte dudit couple. 5/ élément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'électrode positive est un collecteur poreux inerte électroniquement conducteur et que ledit liquide d'amorcaue contient un dépolarisant. 6/ Elément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le métal de 11 élément est choisi dans le groupe constitué par le zinc, le magnésium et l'aluminium. 7/ Elément selon l'une des revendications à 4 et 6, caractérisé par le fait que la matiere active de l'électrode positive est choisie dans le groupe des chlorures de plomb et cuivreux et du bioxyde de manganèse. 8/ Elément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le conducteur électronique de l'électrode négative est du carbone. 9/ élément selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le dépolarisant de l'électrode positive est du persulfate de sodium et le solvant de l'électrolyte est de l'eau.