Brevet FR2474802A1 — publié le 19810731

La présente invention concerne de nouvelles résistances chauffantes et les thermostats employant lesdites résistances utilisables en aquariophilie. On sait que les aquariums doivent être conve- nablement chauffés et que la température de fonction- nement choisie doit être maintenue aussi constante que possible dans le temps. Pour réaliser ces opérations il existe, dans les commerces, un certain nombre d'appareils mais les appareils connus présentent, tous, des inconvénients notables qui se traduisent dans la pratique par une imprécision trop grande dans le règla- ge et la régulation de la température et par conséquent par des dommages pour les poissons et/ou la flore vivant dans l'aquarium. Ainsi par exemple les résistances électriques smrvant au chauffage de l'eau des aquariums sont géné- ralement disposées dans un tube de verre. Ces enveloppes de verre sont fragiles; de plus la transmission des calories entre ladite résistance et l'eau s'effectue par l'intermédiaire de l'air oui entoure la résistance et du verre qui est un matériau isolant. On conçoit que dans ces conditions le chauffage de l'eau de l'aquarium par lesdites résistances en vue du maintien de la tempé- rature de cette eau à une valeur donnée s'effectue dans des conditions qui sont thermiquement mauvaises d'une part, dangereuses pour l'utilisateur d'autre part (à cause de la fragilité de l'enveloppe). La présente invention concerne donc tout d'abord une nouvelle résistance chauffante pour aquarium,carac- tOrisée en ce qu'elle est constituée d'une résistance proprement dite obtenue par utilisation de matériaux conducteurs particulaires rendus cohérents et pouvant être mis en forme par utilisation d'une matrice en poly- mère hydrocarboné, le produit mis en forme étant rendu conducteur selon une valeur choisie par destructionL thermique cntrlée dudit polymère hydrocarboné, ladite résistance étant reygtuQ d'une péslne thepj9p conductrice pouvant égalerrnt tre- mise en forme par des procédés connus. Ainsi donc pour réaliser les éléments chauf- fants on utilisera comme matériau de base des parti- cules conductrices (par exemple des particueis métal- liques et/ou des particules de carbone) qui seront dispersées dans un polymère hydrocarbonS. Le mélange ainsi réalisé sera mis en forms par des procédés connus par exemple en réalisant un frittage. Puis le matériau mis en forme sera chauffé à une température suffisante pour provoquer la destruction contrôlée du polymère et la naissance o'un matériau en forme conducteur de l'électricité suivant la valeur désirée. La technique décrite ci-dessus pour la réali- sation d'un matériau conductsur de l'électricité et pouvant âtre mis en forme est connue en elle-même mais si ce matériau est lui-même enrobé d'un composant plas- tique étanche et caloporteur compatible avec la résis- tance ainsi formée, on obtient un produit qui, tout en étant parfaitement isolant électriquement vis-à-vis de l'extérieur, est intérieurement bon conducteur de l'électricité et de la chaleur, ce qui permet, selon l'invention, de l'utiliser en aquariophilie ou dans toute autre application du même type, ce qui n'a jamais été préconisé. Bien que ledit matériau conducteur de l'élec- tricité puisse être utilisé sous cette forme comme résis- tance chauffante on préfère donc, selon l'invention, réaliser la résistance chauffante par enrobage du maté- riau électriquement conducteur; outre l'isolation électrique qui peut être ainsi réalisée et qui est in- dispensable si l'on veut pouvoir plonger l'élement chauffant dans l'eau, on obtient par ce procédé des caractéristiques améliorées pour les réeistances proprement dites; fonct4.onnant Jl'abri de 1laire donc de l'oxydation? elles sont moins fragiles et supportent des températures de travail plus élevées. Cet enrobage consiste à déposer sur la résistance électrique mise en forme un composé modelable. Ce composé devra avoir les propriétés suivantes: être étanche à l'eau aux températures de travail, - pouvoir épouser la forme qui a été conférés à la résistance et pouvoir de préférence être lui-même modelable c'est-à-dire prendre la forme extérieure souhaitée, être conducteur de la chaleur et être isolant électrique. Les matériaux d'enrobage utilisables sont des résines de préférence du type époxydes ou polyuréthane que l'on a rendu conductrices de la chaleur en leur incorporant des charges convenables comme par exemple des oxydes métalliques. De telles résines, chargées, et rendues ainsi conductrices de la chaleur sont connues. Ainsi les résistances chauffantes selon l'in- vention sont constituées d'une résistance électrique proprement dite et d'un revêtement en matériau thermo- conducteur; ce revêtement pouvant avoir une épaisseur quelconque, dans la mesure o ses qualités caloporteuses restent suffisantes pour empêcher la résistance propre- ment dite de dépasser ses températures de fonctionnement. L'intérêt des nouvelles résistances chauffantes pour le chauffage des aquariums réside d'une part dans le fait qu'elles forment un bloc compact étanche, sans interposition d'air entre la résistance chauffante proprement dite et l'eau, et d'autre part, dans le fait qu'elles sont "moulables", c'est-à-dire qu'elles 2474802' peuvent prendre des formes les plus diverss,. A.nsi grâce à l'inyention led0ite. tésistances peuyent se présenter non seulement sous forme tubulaire ou parallélèpipédique mais encore sous forme de blocs analogues aux "rochers" utilisés pour orner les aquariums ou de plaques d'épaisseur relativement mince disposées par exemple contre la paroi arrière de l'aquarium. Un autre avantage de ces nouvelles résis- tances, quoique non caractéristique, est qu'elles peuvent être alimentées avec du courant alternatif ou continu, de voltage normal, ou en basse tension (6 ou 12 v), tout en fournissant les calories nécessaires. Il a été aussi constaté que la présence de carbone créé une augmentation de la valeur de la résistance électrique au fur et à mesure que la température de ladite résistance augmente ce fait est favorable en fournissant une certaine autorégulation au mode de chauffage utilisant ces résistances. Enfin, le temps - d'établissement du courant électrique dans ce type de résistances est beaucoup plus élevé que par exemple, dans un fil métallique, ce qui leur évite un choc ther- mique répété dans le cas d'une utilisation pulsée (notamment en couplage avec un thermostat) et leur confère ainsi une plus grande longévité. Cependant, l'enrobage précédemment décrit peut être aussi réalisé, selon l'invention, autour, par exemple, d'un fil métallique, ce dernier pouvant être lui-même préalablement protégé par un moulage de céramique (par exemple) selon des procédés connus; ou autour de tout autre type de résistance compatible avec ce procédé d'enrobage. On obtient ainsi des éléments chauffants qui, s'ils ne comportent pas toutes les propriétés des précédents, restent utilisables dans l'application à l'aquariophilie, avec les - avantages qui ont été cites dans le cas de la Àcréation de résistances moulées, et seront décrits plus loin dans le cas de la création d'appareils combinées chauffage et thermostats compacts également S moulés. Si l'on veut réaliser un thermostat c'est-à- dire un appareil régulateur de la température, il convient d'associer les nouvelles résistances selon l'invention à un dispositif de mesure de la tempéra- ture de l'aquarium et/ou de la température extérieure à chaque instant, et à un dispositif permettant la commande de l'alimantation ou de l'arrêt des résistances en 'onction de la température mesurée. Ces deux types de dtzpositiFs existent et peuvent être utilisés 1U navo 1:es IsistanCes saelon l'invention. Cependant en vue de réaliser des thermostats oompacbs et pour surmonter les difficultés rencontrées dans l'utilioatiuosi Ms dispositifs actuels, il a été mis au point ur. dispositif de commarnde électronique du fonotiornemont des résistances selon l'invention. Le principe de ce dispositif de commande est que l'alimentation de la résistance chauffante est réalisée suivant une fonction mathématique de la différence de température entre la température mesurée de l'aquarium et la température souhaitée pour ledit aquarium, laquelle, peut être, soit ajustée par l'utilisateur selon sa volonté, soit programmée à la construction. Cette fonction pourra être notamment uns fonction de proportionnalité. De son côté, l'élément variable qui sera fonction de cette diffé- rence de température et que commandera le dispositif électronique, pourra être par exemple la puissance fournie à la résistance ou la durée de l'alimentation; dans les deux cas, on contrôlera ainsi en permanence la puissance du système de chauffage. Les dispositifs électroniques permettant de réaliser cette commande de fonctionnement de la résistance proportionnellement à une différence de température sont en sux-mêmes connus et ne se-ront donc pas décrits ici. Le fait d'utiliser un tel modà de régula- tion:.dans les conditions décrites ci-dessus procure un avantage notable pour l'application visée puisque la température optimum affichée sera atteinte progres- sivement, de façon asymptotique, et ne pourra en aucune façon être dépassée; ainsi les poissons présents dans l'aquarium ne pourront-ils subir des surchauffes préjudiciables à leur santé. Pour obtenir ce résul- tat dans le cas oi la puissance disponible est limitée, le type de commande du fonctionnement de la résistance proportionnellement à la différence de température doit être réservé à une zone o la température de l'aquarium est relativement proche de la température souhaitée, ce qui sera le plus souvent le cas en marche normale. Lorsque, pour quelque raison que ce soit, la température de l'aquarium est très en dessous de la température souhaitées la commande du chauffage des résistances doit libérer 3 100% la puissance disponible. Les résistances selon l'invention peuvent être alimentées en courant alternatif ou continu; une caractéristique de l'invention est que, lorsque le courant utilisé est un courant alternatif, la commande de l'alimentation et de la coupure de la résistance électrique seront toujours effectuées alors que l'in- tensité du courant alternatif s'annule. Cette carac- téristique, que l'on peut réaliser par des moyens électroniques connus, est importante car elle permet d'une part d'augmenter la longévité des appareils selon l'invention et elle évite l'émission de parasites. Les cormmandes électroniques peuvent être montées et liyrées indépendamment des résistances utilisées pour le chauffage et reliées à ces der- nières lors du montage définitif de l'aquarium; mais elles peuvent également et avantageusement faire corps avec ces résistances ou être reliées à elles à la construction de façon à former un thermostat de forme convenable utilisable directement sans assem- blage particulier. Une réalisation particulièrement souhaitable de l'invention appliquée à l'aquariophilie est celle o un dispositif de mesure de la température est inté- gré au moulage d'enrobage de la résistance. Si celui- ci est placé de façon à lire la température interne de l'élément chauffant, il permet, associé à un circuit électronique de coupure, d'éviter la détérioration de l'élément chauffant si ce dernier atteint une tempé- rature interne trop élevée (par exemple en cas d.e fonc- tionnement accidentel à l'air libre). S'il est au contraire judicieusement isolé thermiquement des résis- tances, il indique la température de l'eau et sert de pilote à la régulation (externe). Le couplage de deux éléments de mesure (interne et externe) permet à la fois la régulation et la coupure de l'alimentation, évitant la détérioration de l'élément chauffant en cas de fonc- tionnement à l'air libre. Cette sécurité peut également s'obtenir sans utiliser le termique comme vecteur de l'information. On pourra, par exemple, détecter la présence d'eau pour autoriser le fonctionnement de l'élément chauffant (procédé connu à revendiquer par l'aquariophilie.) Puis, les commandes électroniques elles-mêmes peuvent être noyées dans un bloc de matière plastique, bloc qui est relié ou solidarisé avec le bloc des résistances chauffantes. Ainsi suivant l'inyentipn il est possible de réunir dans un seul ou plusieurs appareils mono- blocs les dispositifs permettant le chauffage d'un aquarium, les mesures de températures, et les comman- des électroniques. On peut ainsi conférer à cet (ces) appareil(s) monobloc(s) des qualités fonction- nelles (principalement d'étanchéité et de sécurité,) ou décoratives, complémentaires. L'exemple non limitatif suivant illustre l'invention. On veut réaliser un chauffage thermo- staté pour aquarium en opérant de la façon suivante Dans un boitier en époxy moulé (résine du type MM 2050 de EMERSON-CUMING), on dispose une élec- tronique de régulation constituée par une chaîne de contrôle utilisant le diagramme suivant: Ce montage électronique comporte, en liaison avec deux thermistances lisant, l'une la température tl interne de l'élément chauffant associé, l'autre la température t2 externe de l'eau: - un circuit électronique cl qui permet de comparer la température tl avec une température maximum choisi (70 par exemple) - un circuit électronique c2 qui permet de comparer la température t2 avec une température choisie pour l'eau de l'aquarium (réglée par l'utilisateur sur-- un potentiomètre). - un TRIAC, lequel contrôle l'alimentation électrique de la résistance chauffante. Le circuit électronique C2 est conçu et uti- lisé de façon à ce que, lorsque la différence de tem- pérature entre la température t2 mesurée et la tempé- rature choisie est supérieure à-une certaine valeur, la résistance reçoive la totalité du courant électrique de chauffage et que, lorsque la-dite différence de-tem- pérature est inférieure à une certaine valeur la résistance reçoiye des% impulsions électriques dont la durée est proportionnelle à la différence de température. Par ailleurs, une sécurité supplémentaire est obtenue par le circuit cl qui coupe l'alimentation de l'élément chaufFant quand tl est supérieure à la valeur maximum arbitrairement admise (70 dans notre exemple). L'ensemble électronique défini ci-dessus est pourvu des moyens nécessaires à son alimentation électrique. Cette électronique en place, une résine époxy est alors coulée, complétant le boitier et transFormant ce dernier en un objet monobloc étanche d'o sortent les 'ils -eI connection au secteur ou à la baLterie et les -fits de connection à la résistance et aux thermislances. Sur le dessus du boitier, il reste apparent après moulage,.a diode lumineuse qui indique les phases 0 du forictionner.ent de l'appareil, et l'axe du pctentio- mètre de règ!ave, dont la mobilité a été protégée du moulage par un joint torique qui assure par ailleurs l'étanchéité de cette ouverture. Un bouton de réglage complète le système. C6té résistance, la construction est réalisée dans une coquille prémoulée en e.poxy caloporteuse du type MT 2850 de EMERSON-CUMING. A l'intérieur de cette coquille, sont disposées deux résistances thermoplastiques et une thermistance qui seront moulées avec la même résine formant à leur 3'0 tour un monobloc. Cette thermistance mesure la tempé- ture tl. Une deuxtième thermistance mesurant la tempé- rature t2 est logée sur le fil de liaison thermostat- élément chauffant, avec un surmoulage ultérieur en assurant l'étanchéité. Les résistances proprement dites sont elles-mêmes constituées par unmélange des poudre.s compose s: - d'une résine phénolique - d'une poudre de noir de carbone - d'une poudre de cuivre La proportion des différents constituants permet l'obtention d'une résistance de valeur déter- minée. Un exemple de proportion est le suivant: % de résine phénolique, 50 % de noir de carbone, % de poudre de cuivre. Après mélange, la poudre est alors frittée sous une pression de 10 t formnant alors une barrette rigide, que l'on peut onduler au moulage pour augmenter la surface de dissipation thermique. Après compression, la barrette est alors cuite à température!nférieure 3 200 , Au cours de cette cuisson, le liant se détruit, pour donner naissance à une matrice contenant le composé ternaire. La barrette formes est devenue conductrice et constitue un élément chauffant de grande qualité que l'on peut connecoter grâce à deux oeillets en cuivre que l'on a pris soin de disposer dans la poudre avant la compression. Cette résistance qui, à l'abri de l'air (ce qui est le cas dans ce moulage epoxy) peut être utilisée Jusqu'à 170 à 180 (température de coeur) possède en outre l'avantage, dans l'application à l'aquariophilie, de voir sa résistance augmenter lorsque la température monte. Ce phénomène. qui est exploité, constitue une auto-régulation de la température de l'élément chauffant. nl REVENDICATIONS 1. Résistance chauffante utilisable notamment pour aquarium caractérisée en ce qu'elle est constituée par une résistance électrique proprement dite, revêtue d'une résine thermoconductrice étanche pouvant être mise en forme par des procédés connus notamment par moulage. 2. Résistance selon la revendication I caractérisée en ce que la résistance électrique proprement dite est consti- tuée de matériaux conducteurs particulaires rendus cohé- rents et pouvant ètre mis en forme par utilisation d'une matière en polymère hydrocarboné, le produit mis en forme étant rendu conducteur par destruction thermique contrôlée dudit polymère hydrocarboné. 3. Résistance selon l'une des revendications I et 2 carac- térisée en ce qu'elle comporte, enrobé dans une résine thermoconductrice au moins un dispositif choisi parmi: a) un dispositif de mesure de la température incomplète- ment isolé de la chaleur dégagée par ladite résistance et permettant de la protéger des surchauffes par un circuit de coupure connecté à ce dispositif de mesure de la températLre. b) un dispositif de détection de l'eau destiné à commander un circuit de coupure n'autorisant la mise sous tension (1e la résistance que si celle-ci est environnée d'eau. c) un dispositif destiné à mesurer la température extérieure autour de la résistance. 4. Thermostats utilisables en aquariophilie, caractérisés en ce qu'ils comportent au moins une résistance chauffante selon l'une des revendications 1,2 et 3, ladite résistance étant commandée, lors de son utilisation, par un dispositif électronique qui permet l'alimentation en électricité de ladite résistance suivant une fonction mathématique de la diffé- rence de température entre la température réelle de l'aquarium et la température voulue pour ledit aquarium, ou 2474802; la température maximale admissible pour que la résistance ne soit pas détériorée. 5. Thermostats selon la revendication 4 caractérisés en ce que certains ou l'ensemble des dispositifs parmi les suivants a) dispositifs permettant le contrôle de la température de l'aquarium. b) dispositifs de mesure de la température interne de l'élément chauffant c) résistances chauffantes d) dispositifs contrôlant l'alimentation électrique des dites résistances en fonction du résultat fourni par les dispositifs de mesure e) dispositifs permettant la détection de l'eau autour des résistances sont enrobés dans une ou plusieurs résines étanches et forment ainsi un dispositif monobloc en plusieurs parties ou en une seule partie.