Brevet FR2340016A1 — publié le 19770826

La présente invention concerne un dispositif de chauffage électrique. L'expression 1,dispositif de chauffage électrique désigne dans le présent mémoire un dispositif qui dégage de la chaleur lorsquton lui applique une différence de potentiels électriques. On réalisé des dispositifs souples de chauffage électrique de type connu à l'aide d'une étoffe tricotée ou tissée formée de fibres non conductrices de l'électricité et dans laquelle un élément de chauffage est incorporé sous forme d'un ou plusieurs longs tronçons continus de fil métallique ayant une résistance électrique suffisamment élevée pour qu'il dégage de la chaleur lorsqu'un courant électrique circule.En cours d'utilisation, une différence de potentiels électriques est appliquée aux extrémités de chaque fil métallique qui se trouvent normalement à une extrémité de l'étoffe. Dans le cas de ces dispositifs de chauffage, lorsqu'il fil de chauffage se rompt,par exemple à la suite d'une flexion répétée en cours d'utilisation, l'ef- ficacité diminue cons'dérablement et le chauffage peut mème & re totalement interrompu. En outre, la quantité de chaleur fournie par les dispositifs de chauffage de type connu est inversement proportionnelle à la longueur du fil de chauffage. La-réalisation de longs dispositifs souples de chauffage à base d'une étoffe ayant une puissance calorifique élevée est donc difficile.En outre, les dispositifs connus de chauffage à étoffe ont tendance à créer des points chauds étant donné la répartition non uniforme du fil de chauffage dans 11 étoffe. L'invention concerne un dispositif de chauffage électrique qui ne présente pas les inconvénients de ces des positifs connus. En particulier, elle concerne un dispositif de chauffage qui n'a pas tendance à former des points chauds et dont l'efficacité ntest pas grandement perturbée par rup- -ture de certains des éléments de chauffage. Plus précisément, l'invention concerne un- dispositif de chauffage électrique qui comprend un tissu conducteur de l'électricité ayant une trame qui comprend un fil conducteur de l'électricité, la résistivit électrique de ce fil étant telle qu'il dégage de la chaleur lorsqu'une différence de potentiels électriques lui est appliquée, une chaSne de fils non conducteurs de l'électricité, et au moins deux électrodes distantes placées le long du tissu et au contact du fil conducteur. La trame du tissu peut autre formee de fils conductours de l'électricité séparés par un ou plusieurs fils non conducteurs de l'électricité. Cependant, a distance comprise entre les fils de trame conducteursjde l'électricité ne doit pas entre excessive car il pourrait alors se former des points chauds et des points froids. Dans un mode de réalisation avantageux, tous les fils de trame du tissu sont conducteurs de l'électricité. Le fil conducteur de l'électricité utilisé pour la formation de la trame du dispositif de chauffage peut & re un fil formé de fibres ou d'un seul filament continu. Le terme "fibre" utilisé dans le présent mémoire désigne à la fois les fibres coupées et les filaments conti- nus. Le fil peut entre formé par un ou plusieurs fils métalliques de diamètre convenable donnant la résistance électrique nécessaire. Le fil est avantageusement formé d'une matière non conductrice de l'électricité telle que par exemple un polymère organique thermoplastique de synthèse, les fibres étant ensuite traitées afin qu'elles soient conductrices. Des types de fils conducteurs de l'électricité qui conviennent sont par exemple (a) ceux qui sont formés de fibres de polymères organiques tels que les polyamides et les polyesters et auxquels on a appliqué des particules conductrices de l'électricité et une colle liant les particules aux fibres, et (b) des fibres revêtues de particules conductrices de l'é- lectricité ou d'un film métallique, formés à la face externe et/ou pénétrant à l'intérieur par cette face externe. Le second type de fibres peut par exemple être for par ramollissement de la face externe des fibres par la chaleur ou par application d'un agent convenable de ramollissement ou de gonflement, Les fibres ainsi modifiées sont ensuite revêtues de particules conductrices de l'électricité, et la surface externe des fibres- est ensuite durcie par exemple par refroidissement des fibres ou par retrait de l'agent de ramilissement ou de gonflement. Lorsque la surface externe des fibres est ramollie par la chaleur, il est souhaitable que les fibres utilisées soient de type conjugué qui réduit la tendance des fibres à perdre leurs propriétés lors du chauffage.La demande de brevet britannique nO 29 180/71 décrit un procédé de formation d'une fibre conductrice de l'é- lectricité par application d'un film métallique ou de particules de graphite sur une fibre conjuguée, et les demandes de brevet britanniques nO 40 362/71 et 5 107/72 décrivent un procédé d'imprégnation de fibres conjuguées à l'aide de particules de carbone conductrices de l'électricité. La nature et/ou l'importance du traitement des fibres ou du filament peuvent etre rdglées afin que la résistance électrique des filaments ou des fibres soit modifiée et modifie ainsi les propriétés d'émission de chaleur. L'expression "fibre conjuguée utilisée dans le présent mémoire désigne une fibre filée comprenant au moins deux ingrédients polymères capables de former des fibres et placés dans des zones distinctes de la section de la fibre, les deux polymères étant pratiquement continus tout le long de la fibre, l'un des ingrédients ayant une température de ramollissement inférieure à celle des autres et étant disposé afin qu'il forme une partie au moins de la surface périphérique dé la fibre. Les types de fibres conjuguées entrant dans le cadre de cette définition sont par exemple celles quit ont un ingrédient à faible température de ramoliissement qui forme (A) l'un des deux ingrédients placés ctte à cote, (B) une gaine autour d'un autre ingrédient constituant une ame, ou (C) un ou plusieurs lobes d'une fibre à plusieurs lobes. La différence entre les températures-de ramollissement de l'ingrédient à la plus faible température de ramollissement et de l'autre ingrédient ou de l'autre ingrédient dont la température de ramollissement est la plus faible, dans le filament conjugué, est importante, c'est-à-dire que cette différence est au moins de ltordre de 300C. L'expression "température de ramollissement" désigne la température à la quelie ut ingrédient commence à se ramollir. La channe du tissu conducteur de l'électricité est formée de fils non conducteurs de l'électricité et constitue simplement un support isolé des fils de trame conducteurs de 11 électricité. Ils sont avantageusement formés d'une matière stable lors d'un chauffage prolongé, et qui ne se détend pas dans ces conditions, et il s'agit avantageusement de verre. Les électrodes distantes sont en une matière ayant une faible résistance électrique si bien que, lorsqu t elles sont reliées à une alimentation électrique, la différence de potentiels sur leur longuet est faible ou nulle. Il est avantageux que la chute de potentiel le long des électrodes ne dépasse pas 10 % de la différence de potentiels appliquée au dispositif-de chauffage, ctest-à-dire de la différence de potentiels présentée par une électrode et une électrode adjacente.Le rtle des électrodes est de transmettre le courant électrique à la trame, et elles doivent titre aussi souples que possibie et peuvent titre par exemple formées par des bandes, des toiles, des fils métalliques ou des fibres métalliques souples. Les électrodes peuvent être fixées au tissu afin qu'elles soient au contact de la trame par exemple par agrafage le long des lisières du tissu, mais elles sont de préférence solidaires du tissu et sont formées de fins fils métalliques ou de fibres métalliques faisant partie de la chatne du tissu conducteur de l'électricité, par exemple sous forme de fils de chatne formant la lisière. Le réglage de la résistance électrique des fils conducteurs de l'électricité et/ou le réglage du nombre de duites par centimètre de tissu permettent le réglage de la quantité de chaleur transmise par unité de longueur au dispositif de chauffage. Des pattes métalliques peuvent être fixées à une extrémité de chaque électrode afin qu'elles facilitent la connexion des électrodes à une alimentation convenable. Les pattes peuvent entre en cuivre ou en aluminium et elles peuvent & re agrafées ou serties sur les électrodes ou elles peuvent Btre encore collées aux électrodes par une composition conductrice de l'électricité comprenant par exemple un mélange d'une colle de résine époxyde dissoute dans un solvant et de carbone conducteur de l'électricité. Le dispositif de chauffage selon l'invention peut & re facilement mis sous forme d'un tissu ou d'une bande continue permettant la découpe d'un tronçon donnant la quantité voulue de chaleur dans les conditions prévues de fonctionnement. Lorsque le dispositif de chauffage doit wetre isolé électriquement des matières environnantes, il peut wetre enrobé dans une gaine non conductrice de l'électricité mais conductrice de la chaleur, par exemple en téréphtalate de polyéthylène ou en caoutchouc thermostable. Un procédé très commode de formation dtun dispositif de chauffage électrique selon l'invention comprend la formation d'une chatne de fins fils métalliques et de fils non conducteurs de l'électricité qui séparent les fils métalliques en deux ou plusieurs groupes, et le tissage d'un fil conducteur de l'électricité transversalement à la channe. On obtient une amélioration du contact électrique entre les fils métalliques et la trame de fils conducteurs de l'élec- tricité par utilisation d'un fil conducteur présentant un retrait linéaire au chauffage supérieur à celui des fils non conducteurs de l'électricité de la channe, ces fils ayant avantageusement un retrait nul si bien que, lorsque le tissu subit un traitement thermique, le fil conducteur subit un retrait qui présente une tension qui améliore le contact entre les fils métalliques. En conséquence, l'invention concerne aussi un procédé de réalisation d'un dispositif de chauffage électrique sous forme d'un tissu composite, comprenant une première étape de formation d'une chatne comprenant des fils métalliques monofilamentaires ou multifilamentaires et des fils non conducteurs de l'électricité, ces derniers séparant les fils métalliques en au moins deux groupes, une seconde étape de tissage d'un fil conducteur de l'électricité transversalement à- la chatne, le fil ayant une résistance électrique suffisamment élevée pour qu'il se dégage de la chaleur lorsqu'une différence de potentiels électriques est appliquée, le retrait linéaire du fil étant supérieur à celui des fils non conducteurs de 11 électricité de la chatne, et une troisième étape de chauffage du tissu composite formé afin qu'il puisse présenter un retrait. Le procéde particulier peut être utilisé pour la réalisation de dispositifs de chauffage électrique selon 1 'invention sous forme d'une bande ayant des électrodes formées de fils métalliques disposés sur les lisières ou sous forme d'un tissu ayant des électrodes le long des lisières, éventuellement avec une ou plusieurs électrodes supplémentaires parallèles aux lisières et disposées entre celles-ci. Dtautres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemple particuliers de mise en oeuvre. EXEMPLE 1 On règle les fils de chatne d'un métier à tisser d'une-bande de 50,8 mm de manière qu'ils comprennent 26 fils comprenant chacun un fil de cuivre de 0,19 mm de diamètre, 100 fils comprenant chacun deux fils de 136 décitex formés de fibres de verre et ayant une torsion en Z, et 26 fils de cuivre du type précité. On forme une bande souple à armure toile classique avec un fil filamentaire conjugué conducteur de l'élec- tricité, non tordu, à 43 filaments et 2 000 décitex, ayant une résistance électrique de 107 n. em. Les filaments conjugués ont une ame de "Nylon" 66 et une gaine comprenant 75 % en poids de "Nylon" 66 et 25 % en poids "Nylon" 6, imprégnée de particules de carbone conductrices de l'électricité. La bande tissée est portée à 1500C et elle y est maintenue 10 mn de m & ière que les fils de trame subissent un retrait et présentent un bon contact électrique avec les fils de cuivre. On place un tronçon du type décrit entre deux feuilles de caoutchouc naturel, et on chauffe à 1500C pendant 10 mn afin de protéger le tissu. Lorsque le tissu ou le tissu enrobé est relié par des fils de cuivre à une alimentation électrique de 240 V, la température du tissu s'élève rapidement à plus de 1000C. EXEMPLE 2 On prépare une channe de fils de cuivre ét une channe de fibres de verre comme décrit dans l'exemple 1. On replie aiors un filament conducteur unique de "Nylon" de 21 décitex dont la surface externe est revêtue et imprégnée de particules conductrices de l'électricité (monofilament F 901 de Dow Badische) afin d'obtenir un fil non tordu à 36 filaments de 756 décitex ayant une résistance de 5,0.103 doum. On réalise une bande ayant 5,9 duites par tissage de ce fil transversalement à la chatne. On chauffe la bande souple résultante pendant 10 mn à 1500C. Elle a une résistance de 35 ()/m linéaire et, lorsquton la relie à une alimentation convenable, elle assure un chauffage uniforme sur toute sa surface, entre les électrodes de cuivre. EXEMPLE 3 On prépare un fil triple à 2,75 tr/cm à partir d'un fil nO 28 wu comprenant un mélange 50/50 en poids de fibres conjuguées coupées de polyester, ayant 100 mm, de 6 deniers par filament, imprégnées de particules de carbone conductrices de l'électricité, et de fibres coupées de "Nylon" 66 de 100 à 150 mm, de 6,7 deniers par filament. Le fil triple a une résistance de 7,0.106 n.cm. On prépare une bande par tissage du fil conducteur de l'électricité décrit, avec 6,3 duites par centimètre, sur une channe comprenant deux électrodes métalliques distan- tes de 44,5 cm et séparées par 16 fils de fibres de terre également espacés comme dans exemple 1. La bandera une résistance de 1500 D/m et, lorsqu'elle est reliée à une alimentation à 240 V, elle atteint une température de 700C. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage électrique, caractérisé en ce qutil comprend un tissu conducteur de l'électricité ayant une trame comprenant un fil conducteur de l'électricité, la résistivit électrique de ce fil étant telle que, lorsqu'il subit une différence de potentiels électriques, il dégage-de la chaleur, une chatne de fils non conducteurs de l'électri- cité, et au moins deux électrodes distantes placées le long du tissu et en contact électrique avec le fil conducteur de i'électricité. 2, Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trame est entièrement formée de fils conducteurs de l'électricité. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fil conducteur de l'électricité est un fil métallique. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fil conducteur de liélectricité est formé par des fibres d'un polymère organique sur lesquelles des particules conductrices de l'électricité ont été appliquées, avec une colle fixant les particules aux fibres. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fil conducteur de ltélectricité est formé par des fibres d'un polymère organique dont la face externe porte des particules conductrices de ltélectricité ou un film métallique; formant un rev8tement ou une matière d'imprégnation. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fil conducteur de l'électricité est formé à partir de fibres conjuguées. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance électrique des électrodes est telle que, lorsqutune différence de potentiels électriques leur est appliquée, la chute de potentiei le long des électrodes ne dépasse pas 10 % de la différence de potentiels appliquée au dispositif de chauffage. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes sont formées par de minces fils métalliques0 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes formées par des fils métalliques filamentaires ou formées de fibres métalliques font partie de la chatne du tissu. 10. Dispositif selon Ilune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des pattes métalliques sont fixées à une extrémité de chaque électrode. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est enrobé dans une gaine conductrice de la chaleur et non conductrice de l'électricité. 12. Procédé de formation d'un dispositif de chauffage électrique selon la revendication 9, caractaérisé en ce qu'il comprend une première étape de formation d'une chatne comprenant des fils métalliques monofilamentaires ou non et des fils non conducteurs de l'électricité, ces derniers séparant les fils métalliques en-au moins deux groupes, une seconde étape de tissage d'un fil conducteur de l'électricité transversalement à la chatne, le fil ayant une résistance électrique suffisamment élevée pour que de la chaleur se dégage lorsqu'une différence de potentiels électriques est appliquée, le retrait linéaire de ces fils étant supérieur à celui des fils non conducteurs de l'électricité de la channe, et une troisième étape de chauffage ultérieur du tissu composite résultant afin qu'il subisse un retrait.