Brevet FR2574612A1 — publié le 19860613

La présente invention concerne de façon générale les couvertures électriques, les matelas chauffants et les coussins chauffants, et plus précisément elle concerne un circuit perfectionné de chauffage destiné à de telles cou- vertures, matelas et coussins. Les couvertures électriques, les matelas chauffants et les coussins chauffants sont analogues en ce qu'ils com- portent tous un élément souple et allongé de chauffage d'un type ou d'un autre, placé avec une configuration sinueuse à l'intérieur d'une étoffe ou d'une matière plastique des- tinée à l'entourer et à le cacher. La matière qui entoure l'élément chauffant, sous forme d'une étoffe ou de matière plastique, est parfois appelée "enveloppe" et comporte plu- sieurs passages dans lesquels l'élément chauffant est enfilé de manière que la chaleur qu'il dégage soit répartie unifor- mément sur toute la surface de la couverture ou du coussin. Il existe normalement un certain nombre de tronçons espacés d'éléments électriques placés transversalement à la surface de la couverture, du coussin ou du matelas, les parties d'éléments étant suffisamment prochespour que, lorsque l'élé- ment est alimenté, l'utilisateur ait l'illusion d'un chauf- fage plus ou moins uniforme sur toute la surface de la cou- verture, du coussin ou du matelas. Dans les couvertures, coussins et matelas connus, un dispositif est destiné au réglage de 1 application d'éner- gie électrique au coussin, à la couverture ou au matelas, et un dispositif est destiné à détecter des conditions de surchauffe à des emplacements particulier de l'organe chauf- fant. La détection locale du chauffage es: nécessaire car le dispositif de réglage du dispositif pelt détecter à la fois la nécessité de la transmission d'énergie et une con- dition de surchauffe à un emplacement quelconque de la cou- verture, du matelas ou du coussin, appelé "dispositif chauf- fant" de manière générique dans la suite du présent mémoire. Une telle condition de surchauffe locale peut être due à un pliage sur lui-même de l'élément de chauffage ou à un recouvrement par le matelas ou une couvexture si bien que la température a tendance à augmenter dans cette région particulière. Dans le cas d'un tel pliage ou d'un tel re- couvrement, la chaleur n'est pas dégagée par l'élémnent à la même vitesse que dans les autres régions de la couver- ture ou du matelas ou coussin, et des conditions dangereuses de surchauffe commencent à apparaître. Le dispositif de détection de température, destiné à être commandé par de telles conditions de surchauffe, est habituellement réalisé sous la forme de plusieurs ther- mostats bimétalliques placés dans tout le dispositif chauf- fant ou de fils continus de détection plus ou moins parallèles à l'élément de chauffage et destinés à détecter des condi- tions de surchauffe, le long de cet élément. Une troisième solution met en-oeuvre un élément de chauffage qui contient un matériau présentant un coefficient positif de variation de résistance avec la température, comme élément de chauf- fage. Ce type de matériau assure une régulation automatique - - car les augmentations de température locale, sur la longueur de l'élément de chauffage, provoquent la transmission d'un courant plus faible à cette partie de l'élément et donc une réduction de l'énergie transmise à la zone surchauffée. Il existe un certain nombre de brevets qui décrivent des configurations d'éléments de chauffage destinés à de telles couvertures chauffantes comprenant un matériau à coefficient positif de variation de résistance avec la température. L'un des problèmes posés par les circuits connus comprenant des éléments de chauffage comportant un tel ma- tériau à coefficient positif de variation de résistance avec la température est le fait'qu'une rupture de l'un des conducteurs de l'élément de chauffage provoque l'apparition de déchargesdisruptives importantes à l'emplacement de la rupture, si bien que certains modules de sécurité doivent être incorporés aux circuits de ces couvertures. Ces modules de sécurité comprennent des dispositifs destinés à arrêter le fonctionnement de la couverture lorsqu'un circuit ouvert est détecté dans l'un quelconque des conducteurs. Comme l'incorporation d'un tel module destiné à arrêter le fonc- tionnement. de la couverture en cas de circuit ouvert est coûteuse, il est souhaitable qu'un circuit élimine la néc.-- sité de l'utilisation d'un tel module ou circuit de sécurité. L'invention concerne un dispositif électrique chauf- fant tel qu'une couverture, un matelas ou un coussin, ayant un câble de chauffage présentant un coefficient positif de variation de résistance avec la température, comportant deux conducteurs séparés par une couche d'un tel matériau ayant un coefficient positif de variation de résistance avec la température. Le câble est placé suivant un trajet sinueux dans le dispositif chauffant, les extrémités du câble étant raccordéesde manière que les extrémités de cha- cun des deux conducteurs soient reliées-l'une à l'autre. Un connecteur muni d'un cordon est destiné à transmettre de l'énergie à chacun des deux conducteurs. Dans le cas d'une rupture ou de l'existence d'un circuit ouvert dans l'un quelconque des deux-conducteurs du câble de chauffage, la chute de tension au niveau de la rupture est très faible puisque les extrémités du conducteur cassé sont reliées l'une à l'autre. Ainsi, la seule différence de tension au niveau de la rupture correspond à la position de la rupture par rapport aux extrémités du conducteur. Une rupture au milieu ne donne aucune chute de tension au niveau de la rupture alors qu'une rupture à une extrémité du conducteur donne une chute de tension égale à la chute totale de ten- sion dans le tronçon de conducteur, pouvant être de l'ordre de moins de 10 V. Ainsi, l'invention concerne un circuit perfectionné pour dispositif électrique chauffant, comprenant un câble de chauffage en un matériau ayant un coefficient positif de variation de résistance avec la température, les extré- mités du câble de chauffage étant connectées l'une à l'autre afin que la chute de tension au niveau d'une rupture quel- conque qui peut avoir lieu dans l'un quelconque des conduc- teurs du câble, soit minimale. Elle concerne aussi un tel circuit perfectionné comprenant un élément de chauffage à coefficient positif de variation de résistance avec la température qui ne néces- site pas de module de sécurité pour l'interruption du fonc- tionnement du circuit lorsqu'un circuit ouvert existe dans l'un des conducteurs. Elle concerne aussi un circuit perfectionné de chauffage pour dispositif électrique chauffant, tel qu'une couverture, un matelas ou un coussin, ayant un élément al- longé de chauffage à coefficient positif de variation de résistance avec la température, connecté de manière qu'il reçoive de l'énergie aux deux extrémités afin que tous les problèmes posés par les décharges diruptives en cas de rup- ture de l'un des conducteurs, soient supprimés. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur le- quel: la figure 1 est un schéma électrique d'une couver- ture électrique selon l'invention; la figure 2 est une coupe très agrandie du câble de chauffage du type utilisé dans la couverture de la figure 1; et la figure 3 est un schéma de câblage de la couver- ture de la figure 1, représentant le matériau à coefficient positif de variation de résistance avec la température sous forme d'une série de résistances parallèles réparties. La figure 1 représente un dispositif chauffant , par exemple une couverture électrique, un matelas chauf- fant ou un coussin chauffant. Le dispositif chauffant 10 a une enveloppe 13 qui est habituellement formée de plusieurs couches d'étoffe fixées afin que des passages soient délimi- tés pour l'enfilement d'un élément 12 de chauffage. Celui-ci, comme l'indique la figure 1, a une configuration sinueuse, comprenant plusieurs branches parallèles reliées les unes aux autres afin que l'élément de chauffage 12 soit disposé sur toute la surface de l'enveloppe 13 et que la chaleur soit répartie d'une manière relativement uniforme sur toute la surface. L'élément 12 de chauffage aboutit à des extrémi- tés 12a et 12b qui pénètrent dans un module 14 de raccorde- ment ou connecteur qui est représenté schématiquement sous forme très agrandie. Ce module connecteur 14 n'a pas plus de quelques centimètres de côtés et il est fixé au disposi- tif chauffant 13. Des conducteurs 16 et 18 qui font partie d'un cordon 20 d'alimentation aboutissant à une prise 22, pénètrent aussi dans le module 14. On se réfère maintenant à la figure 2 qui est une coupe très agrandie de l'élément de chauffage 12, pour une mailleurecompréhension de la nature de cet élément de chauf- fage 12. L'élément 12 a deux conducteurs distants 24 et 26 qui sont séparés par une couche d'un matériau 28 présen- tant un coefficient positif de variation de résistance avec la température, qui entourent aussi les conducteurs 24 et 26 et forment une configuration analogue à des haltères en coupe. Le matériau 28 est lui-même entouré par un revête- ment isolant 30. Le matériau 28 peut être constitué de tout polymère conducteur convenable présentant des caractéristi- ques de variation positive de sa résistance avec la tempé- rature, aux températures convenables, comme le savent les hommes du métier. Des compositions qui conviennent pour la réalisation de ce matériau 28 sont décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 277 673. Les conducteurs 24 et 26 doivent avoir une conductivité suffisamment élevée pour que l'effet principal de chauffage créé dans le câble 12 provienne du matériau 28 et non des conducteurs 24 et 26. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 309 596 donne des détails sur des conducteurs souples qui peuvent être utilisés dans une telle application. Dans un exemple de couverture électrique chauffante, la longueur de l'élément 12 de chauffage est de l'ordre de 45 m et la chute de tension suivant la longueur de l'un des conducteurs 24 ou 26 est de l'ordre de 10 V, lors du raccordement à une alimentation classique à 110 V alterna- tifs. Jusqu'à présent, on a raccordé l'un des conducteurs 24 à une première extrémité à un premier-côté de la ligne d'alimentation et l'autre extrémité de l'autre conducteur à l'autre côté de la ligne d'alimentation. Le but du raccor- dement des extrémités opposées aux côtés opposés de la ligne d'alimentation est l'obtention d'un potentiel uniforme entre les deux conducteurs 24 et 26 sur toute la longueur de l'élé- ment 12 de chauffage. Ainsi, la chaleur dissipée à un empla- cement quelconque le long de l'élément 12 de chauffage est toujours la même. Bien que cela soit moins souhaitable, il est aussi possible de raccorder les conducteurs, à une première extrémité du câble 12, à chacune des bornes d'ali- mentation afin que l'élément 12 soit ainsi alimenté. L'un des problèmes qui est posé par les couvertures électriques utilisant ce type d'élément de chauffage est dû aux conséquences d'une rupture de l'un des conducteurs. Dans un tel cas, la chute de tension entre les extrémités cassées du fil métallique est importante, cette chute étant de l'ordre de 100 V. Ce type de chute de tension provoque la création d'une décharge disruptive ou arc qui a une cer- taine tendance à dissocier le matériau polymère en formant un gaz inflammable. Il a donc été nécessaLre d'incorporer un module de circuit d'un type quelconque permettant l'arrêt du fonctionnement du circuit ou son ouverture chaque fois qu'une rupture de l'un des conducteurs, pouvant créer une décharge disruptive, comme décrit précédemment, s'est mani- festée. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 436 986 décrit un exemple d'un tel module de circuit de sécurité. Cependant, de tels modules sont coûteux et leur utilisation est difficile à justifier vis-à-vis du client qui ne connaît rien à la nécessité d'utilisation d'un module de-sécurité. L'invention concerne un procédé de raccordement des conduc- teurs qui rend superflu ce module de sécurité. Comme l'indique la figure 1, l'extrémité de l'élé- ment de chauffage 12a a des extrémités 2ta et 26a des con- ducteurs et l'extrémité 12b du câble a des extrémités 24b et 26b des conducteurs. Les extrémités du conducteur 24 appelées 24a et 24b dans le module 14, sont raccordées l'une à l'autre en 32. Les extrémités du conducteur 26 qui portent les références 26a et 26b sont raccordées l'une à l'autre en-34. Ces connexions communes 32 et 34 sont reliées aux conducteurs 16 et 18 du cordon d'alimentation. Un fusible 36 est monté en série avec le conducteurs 16 et l'élément 12 de chauffage. La figure 3 est un schéma du circuit décrit précé- demment en référence à la figure 1. Sur la figure 3, l'élé- ment 12 de chauffage est représenté avec les conducteurs 24 et 26 et plusieurs résistances parallèles 28a placées entre eux. Les résistances 28a sont utilisées simplement afin qu'elles montrent comment la couche 28 du matériau ayant un coefficient positif de variation de résistance avec la température est utilisée dans le circuit. Le chauf- fage par effet Joule, produit par]'élément 12 de chauffage, est essentiellement le résultat de la circulation du courant dans le matériau 28, qui peut être considéré comme constitué d'un nombre infini de résistances montées en parallèle entre les conducteurs 24 et 26. Le schéma de la figure 3 montre clairement la con- nexion en forme de boucle de chacun des conducteurs 24 et 26, les extrémités de chaque conducteur étant reliées l'une à l'autre. Dans cet arrangement, le conducteur 16 du cordon d'alimentation transmet de l'énergie aux deux extrémités du conducteur 24 de l'élément 12 et le conducteur 18 transmet de l'énergie aux deux extrémités du conducteur 26. En con- séquence, lorsque l'un ou l'autre des conducteurs 24 et 26 se casse et ouvre le circuit à un emplacement particulier sur sa longueur, la chute de tension au niveau de la rupture est minimale car les deux segments du conducteur cassé sont encore reliés à l'alimentation. Lorsque la rupture se trouve au milieu du conducteur, la chute de tension est même nulle alors que, lorsqu'elle se trouve à une e>trémité, il existe une certaine chute de tension sur la loncueur du conducteur le plus long, cette chute de tension ne rouvant atteindre que 10 V environ. Au contraire, lorsqu'une seule Extrémité de chaque conducteur est raccordée à l'alimentation, une rupture de l'un des conducteurs peut provoquer une chute de tension au niveau de la rupture d'environ 100 V) uisque l'extrémité non alimentée du conducteur, la plus éloignée de la rupture, a tendance à prendre la tension de l'autre côté de la ligne, provoquant l'application de toute la tension de ligne aux bornes de la rupture. Comme l'indique clairement la figure 1, les extré- mités de chaque conducteur 24 et 26 sont suffisamment pro- ches pour qu'il soit simple de réaliser la connexion en boucle. Le circuit résultant constitue un dispositif simple et efficace de résolution du problème très sérieux posé par les décharges disruptives dans les dispositifs chauffants connus comprenant un matériau à coefficient positif de varia- tion de résistance avec la température. Selon l'invention, la chute de tension au niveau d'une rupture est de préférence inférieure à 30 V. La dissi- pation d'énergie par le câble est de l'ordre de 3 à 13 W/m de longueur, lors d'une alimentation par le réseau. La longueur du-câble est de préférence supérieure à 3G m, les conducteurs ayant une résistance totale inférieure à 200 ohms. Le câble peut aussi avoir, dans un dispositif particulier, une lon- gueur de l'ordre de 6 m, sa puissance étant d'environ 10 W/m. En outre, il est avantageux que la résistance de chacun des conducteurs soit inférieure au sixième de la résistance de la couche du matériau à coefficient positif de variation de résistance avec la température, si bien que la chute - de tension au niveau d'une rupture est suffisamment faible pour qu'elle ne provoque pas de décharges disruptives. REVENDICATIONS 1. Dispositif électrique chauffant, caractérisé en ce qu'il comprend un câble allongé de chauffage (12) comportant deux conducteurs espacés (24, 26) séparés par une couche (28) d'un matériau ayant un coefficient positif de variation de résistance avec la température, le câble assurant le chauffage essentiellement par effet Joule étant donné la circulation d'un courant circulant dans la matière à coefficient positif de variation de résistance avec la température lorsque les conducteurs reçoivent un courant électrique, les extrémités du câble (12) étant raccordées sous forme de boucle, les deux extrémités (24a, 24b; 26a, 26b) de chaque conducteur étant connectées à une borne sépa- rée d'alimentation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les résistances des conducteurs (24, 26) et de la couche (28) du matériau à coefficient positif de variation de résistance avec la température présentent une relation telle qu'une rupture dans l'un ou l'autre des conducteurs, lorsque l'alimentation est le réseau classique d'alimentation, forme une tension inférieure à 30 V, si bien que les risques de création d'une décharge disruptive au niveau de la rup- ture sont minimaux. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le câble (12) dissipe de l'ordr de 3 à 13 W/m de longueur, lorsqu'il est alimenté par l1 réseau électrique habituelle. 4. Dispositif selon la revendica:ion 1, caractérisé en ce qu'il constitue une couverture chauffante dont le câble (12) a une configuration sinueuse et est placé dans une enveloppe (13) de couverture chauffante, le câble ayant une longueur supérieure à 30 m, la résistance totale de chaque conducteur étant inférieure à 200 ohms. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il constitue un coussin chauffait dans lequel le câble est disposé avec une configuration sinueuse, dans une enveloppe souple (13), le câble ayant une longueur de 2574'612 l'ordre de 6 m et une puissance de l'ordre de 10 W]m. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le câble de chauffage (12) est supporté par une enveloppe souple, le câble ayant une configuration sinueuse, l'enveloppe (13) étant destinée à avoir une configuration plane, le câble étant destiné à répartir uniformément à la chaleur sur toute la surface de l'enveloppe. 7. Dispositif. selon la revendication 6, caractérisé en ce que le câble de chauffage (12) est placé de manière que lesdites extrémités soient adjacentes l'une à l'autre, si bien que les extrémités des conducteurs peuvent être directement raccordées l'une à l'autre. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'enveloppe (13) a une configuration de forme générale rectangulaire, ses extrémités étaht placées au milieu d'un bord du rectangle, le câble (12) formant plu- sieurs branches parallèles interconnectées qui sont sensi- blement perpendiculaires audit bord, le câble ayant des parties placées le long de ce bord et partant du milieu vers la partie externe des branches parallèles. 9. Dispositif chauffant du type qui comporte un coussin souple chauffé électriquement, ayant un élément allongé de chauffage (12) réparti avec une configuration sinueuse sur tout le coussin afin que la température soit sensiblement uniforme en tout point du cotssin, caractérisé en ce que l'élément de chauffage comporte deux conducteurs espacés (24, 26) et une couche (28) d'un rmatériau ayant un coefficient positif de variation de résistance avec la température, placée entre les conducteurs et enveloppant ceux-ci, un dispositif t32, 34) reliant les deux extrémités de chaque conducteur l'une à l'autre afin que chaque conduc- teur forme une boucle, une alimentation reliant chaque bou- cle à un côté d'une alimentation en courait alternatif, la résistance de chacun des conducteurs (U4, 26) étant infé- rieure au sixième de la résistance de la:ouche (28) du matériau à coefficient positif de variati)n de résistance avec la température, placée entre les conducteurs si bien 1 1 que, en cas de rupture de l'un des conducteurs, la chute de tension au niveau de la rupture est inférieure à celle qui est nécessaire à la création d'une décharge disruptive au niveau de la rupture dans le conducteur. 10. Dispositif selon la revendication.9, caracté- risé en ce que les différentes parties de l'élément de chauf- fage (12) sont espacées les unes des autres sauf aux extré- mités auxquelles les conducteurs sont raccordés.