Brevet FR2580451A1 — publié le 19861017

La présente invention concerne une résistance chauffante, notamment pour un convecteur électrique ou tout autre appareil de chauffage utilisant de l'électricité par effet Joule, comportant un élément chauffant parcouru par un courant électrique et un corps servant d'échangeur de chaleur. On connait déjà, dans l'état actuel de la technique, un grand nombre de résistances chauffantes destinées à des convecteurs électriques. On utilise fréquemment pour ce type d'application, des résistances blindées, constituées essentiellement d'un tube métallique, dans lequel sont disposées, d'une part, une résistance électrique alimentée en courant, et, d'autre part, de la magnésie qui sert à combler l'interstice existant entre le conducteur électrique et le tube, de façon à assurer la continuité thermique et l'isolement électrique. Lors du fonctionnement de ce type de résistance chauffante, la chaleur émise par la résistance électrique est transmise au tube métallique par l'intermédiaire de la magnésie, puis dissipée dans l'air ambiant à l'aide d'un échangeur solidaire dudit tube métallique. Plusieurs inconvénients sont liés aux résistances blindées connues dans l'état actuel de la technique, en raison notamment de leurs caractéristiques électriques, et de leur mode de fabrication. En effet, la fabrication des résistances blindées telles que décrites précédemment est relativement complexe et coûteuse puisque la magnésie qui est introduite entre la résistance électrique et le fourreau extérieur en aluminium doit être comprimée sous haute pression pour assurer une bonne conductivité thermique. En outre, la courbe ohmique, c'est-à-dire la variation de la résistance d'un tel élément chauffant avec la température est du type linéaire légèrement croissante. De ce fait, il y a risque de surchauffe lors d'une augmentation de la tension appliquée, ce qui nécessite l'emploi d'une sécurité thermique placée sur la résistance chauffante pour éviter sa destruction. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de fournir une résistance chauffante de fabrication aisée et peu coûteuse, et qui de plus, possède une courbe ohmique de nature à la protéger automatiquement contre les surchauffes, ceci même en l'absence de ventilation ou lorsque le convecteur électrique est accidentellement recouvert. Un autre but de la présente invention est de fournir une résistance chauffante qui permette, en fonction des caractéristiques ohmiques et des dimensions de l'élément chauffant, de déterminer la température maximale atteinte par l'élément chauffant, en fonction de l'application spécifique de la résistance chauffante. A cet effet, I'invention concerne une résistance chauffante, notamment pour un convecteur électrique ou tout autre appareil de chauffage utilisant de l'électricité par effet Joule, comportant un élément chauffant parcouru par un courant électrique et un corps servant d'échangeur de chaleur, résistance chauffante caractérisée par le fait qu'elle comporte un élément chauffant constitué par une résistance électrique à coefficient de température positif, et coopérant avec des moyens d'alimentation électrique, des moyens d'isolation électrique et un échangeur thermique. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 représente la caractéristique ohmique de l'élément chauffant utilisé dans la résistance chauffante conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective de la résistance chauffante conforme à l'invention. On se réfère à la figure 1. Selon l'invention, on utilise dans la résistance chauffante représentée figure 2, un élément chauffant dont la résistance varie avec la température, conformément à la caractéristique représentée figure 1. Cette caractéristique 1 est celle d'une résistance à coefficient de température positif, qui est une thermistance, connue en soi, dont la résistance augmente avec la température, dans une plage déterminée de la caractéristique. La variation de température de la thermistance est obtenue soit par le passage d'un courant (effet Joule), soit par une variation de la température ambiante, soit par une combinaison de ces deux facteurs. Selon la caractéristique 1 représentée figure 1, qui est notamment celle d'une résistance semi-conductrice ou d'un matériau composite tel qu'une céramique, la résistance de l'élément chauffant décroît d'abord légèrement lorsque la température augmente (zone 2 de la caractéristique 1), ce qui correspond à un coefficient de température faiblement négatif. Puis, la température s'élevant au-dessus de Tm correspondant à -la résistance mini male Rm, il y a inversion de la pente de la caractéristique 1 (zone 3), c'est-à-dire que le coefficient de température devient positif, et augmente ensuite fortement (zone 4), dans un rapport de 10 à 100 % par degré Cel sius. On atteint rapidement une valeur de résistance maximale RM qui correspond à une température TM, au-delà de laquelle le coefficient de température redevient négatif. Lorsqu'une résistance chauffante possédant une caractéristique ohmique telle que celle représentée figure 1, est mise sous tension, elle est traversée par un courant électrique qui produit un effet Joule. De ce fait, I'élément chauffant voit sa température augmenter, et, par conséquent, sa résistance diminuer. Cependant, la diminution de la résistance de l'élément chauffant cesse pour une valeur déterminée Tm de la température, dépendant d'ailleurs du matériau utilisé, ce qui correspond à la zone 3 de la caractéristique 1. Puis, la résistance de l'élément chauffant croit rapidement, et de ce fait, cet élément chauffant est traversé par un courant électrique plus faible, d'où une diminution de l'effet Joule, et une retombée ou une stabilisation de la température. La caractéristique ohmique 1 est par conséquent particulièrement avantageuse lorsqu'elle est utilisée, selon l'invention, notamment dans des convecteurs électriques, puisqu'elle élimine tout risque de surchauffe. Par ailleurs, du fait que la résistance de l'élément chauffant commence par décroitre, I'appel de courant, lors de la mise sous tension du convecteur électrique, est plus faible que pour une résistance normale, ce qui présente des avantages pour le réseau distributeur d'électricité. On se réfère à la figure 2. Selon l'invention, la résistance chauffante 5 comporte principalement un corps 6 formé de deux flasques 7 et 8. Ces flasques 7 et 8 peuvent revêtir de façon connue toute forme susceptible de faciliter l'échange thermique avec l'air ambiant, et peuvent également comporter à cet effet des ouies 9 permettant une meilleure diffusion de la chaleur. La résistance chauffante 1 conforme à l'invention comporte en outre un élément chauffant 10, réalisé dans un matériau dont la caractéristique ohmique est du type de celle représentée figure 1, c'est-à-dire que l'élément chauffant 10 est constitué par une résistance électrique à coefficient de température positif. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de la présente invention, la résistance chauffante 10 est constituée par un barreau longitudinal il à section rectangulaire, et coopérant avec des moyens d'alimentation électrique 12. Ceux-ci sont constitués par deux plots affectant la forme de deux barreaux d'aluminium 13, 14 de section rectangulaire. Ces barreaux 13 et 14 réalisés en aluminium ou en un autre métal conducteur, sont plaqués contre les faces latérales 15 et 16 de l'élément chauffant 10, de façon à ce que lorsqu'ils sont connectés à une source d'électricité, le courant électrique passe de l'un à l'autre des barreaux 13 et 14 en traversant transversalement l'élément chauffant 10. Bien entendu, il est nécessaire d'isoler électriquement l'élément chauffant 10, ainsi que les barreaux d'aluminium 13 et 14 servant à l'alimentation. A cet effet, la résistance chauffante 1 comporte également des moyens d'isolation électrique 17, constitués par deux barreaux 18 et 19 qui sont réalisés en un matériau électriquement isolant, et thermiquement conducteur, et qui sont plaqués contre les faces externes 20 et 21 des barreaux d'aluminium 13 et 14. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de la présente invention, le matériau utilisé pour réaliser les barreaux 18 et 19 est de la samicanite. Bien évidemment, la continuité électrique et la continuité thermique entre les différents éléments en regard ne peuvent être réalisées que si ceux-ci sont fortement plaqués les uns contre les autres. A cet effet, I'ensemble obtenu en juxtaposant l'élément chauffant 10, les barreaux d'aluminium 13 et 14 et les barreaux de samicanite 18 et 19 est serti dans un logement 22 obtenu en accolant dos-à-dos les deux flasques 7 et 8, dans lesquels sont réalisées préalablement, par exemple par pliage, des rainures 23. Pour assurer la solidarisation et le serrage de l'ensemble, les flasques latéraux 7 et 8 sont assemblés par un moyen quelconque, notamment par soudage par points. La résistance chauffante 5 décrite précédemment comporte un certain nombre d'avantages. Elle permet notamment une fabrication aisée par assemblage, et ceci quelle que soit la longueur désirée pour la résistance. Elle permet en outre de supprimer les sécurités thermiques additionnelles utilisées habituellement, puisqu'il n'y a plus aucun risque de surchauffe, même en l'absence de ventilation de la résistance chauffante ou lorsque le dispositi-f est accidentellement recouveru. En effet, dans ce cas, la température ayant tendance à s'élever, la résistance de l'élément chauffant croit très rapidement, ce qui fait tomber automatiquement la puissance électrique dissipée à une valeur très faible et inoffensive. Par ailleurs, la résistance chauffante conforme à I'invention peut être alimentée sous des tensions différentes, et même des tensions élevées, sans pour autant s'exposer à une destruction. De plus, un choix judicieux des valeurs numériques de la caractéristique ohmique de l'élément chauffant permet de déterminer dans chaque cas spécifique d'utilisation, la température maximale et optimale à atteindre par l'élément chauffant. En outre, la résistance chauffante conforme à l'invention peut facilement fonctionner avec ou sans ventilation forcée, la température d'équilibre atteinte étant dans les deux cas la même et déterminée par la caractéristique ohmique de l'élément chauffant. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces éléments, sans pour autant s'éloigner du cadre et de l'esprit de la présente invention. Revendications 1. Résistance chauffante, notamment pour un convecteur électrique ou tout autre appareil de chauffage utilisant de l'électricité par effet Jouie, comportant un élément chauffant parcouru par un courant électrique et un corps servant d'échangeur de chaleur, résistance chauffante caractérisée par le fait qu'elle comporte un élément chauffant (10) constitué par une résistance électrique à coefficient de température positif (10), et coopérant avec des moyens d'alimentation électrique (12), des moyens d'isolation électrique (17) et un corps (6) faisant échangeur thermique. --2. Résistance chauffante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément chauffant (10) possède une caractéristique ohmique (1) d'abord linéairement décroissante avec la température (zone 2), puis fortement croissante (zone 4) après un coude (zone 3) joignant la partie décroissante (zone 2) à la partie croissante (zone 4) de la caractéristique (1). 3. Résistance chauffante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite résistance électrique à coefficient de température positif (10) est constituée par un barreau longitudinal (11) à section rectangulaire, réalisé en matériau composite à coefficient de température positif. 4. Résistance chauffante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit matériau composite à coefficient de température positif est une céramique. 5. Résistance chauffante selon les revendications 1 et 3, caractérisée par le fait que ledit barreau longitudinal (11) est placé entre deux plots d'alimentation électrique (12) plaqués contre ses faces latérales (15) et (16). 6. Résistance chauffante selon la revendication 5, caractérisée par le fait que lesdits plots d'alimentation électrique (12) sont constitués par deux barreaux d'aluminium (13) et (14) de section rectangulaire. 7. Résistance chauffante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits moyens d'isolation électrique (17) sont constitués par deux barreaux (18) et (19) électriquement isolants, plaqués contre les faces externes (20) et (21) des barreaux d'aluminium (t3) et (14). 8. Résistance chauffante selon la revendication 7, caractérisée par le fait que lesdits barreaux (18) et (19) électriquement isolants, sont des conducteurs thermiques. 9. Résistance chauffante selon les revendications 1 à 7, caractérisée par !e fait que l'élément chauffant (10), entouré successivement par lesdits barreaux d'aluminium (13) et (14), puis par les barreaux électriquement isolants (18) et (19), est serti avec serrage dans un logement (22) aménagé dans le corps (6) faisant échangeur thermique5 et dont les flasques (7) et (8) sont solidarisés par soudage par points. 10. Résistance chauffante selon la revendication 8, caractérisée par le fait que les barreaux isolants (18) et (19) sont en samicanite.