Brevet FR2745147A1 — publié le 19970822

La présente invention concerne d'une manière générale des éléments chauffants à résistance électrique pour le chauffage de l'air. Plus particulièrement, la présente invention concerne des éléments chauffants à résistance électrique recouverts premièrement avec du mica saturé avec un liant non organique, pour isoler les éléments électriques résistants du contact avec l'air, et deuxièmement avec des éléments mécaniques servant de renforcement structurel nécessaire. On utilise actuellement deux types de base de dispositifs de chauffage d'ambiance à alimentation électrique, à savoir des dispositifs à transfert direct de chaleur à haute température et des dispositifs de transformation de chaleur à basse température. Les dispositifs de transfert direct de chaleur à haute température contiennent habituellement des éléments chauffants à résistance électrique hélicodaux (ou sous forme de barre) chauffés au rouge et en contact direct avec l'air. Ces dispositifs de chauffage présentent des dangers et ils doivent être maintenus à des distances de sécurité à la fois des personnes et des matières inflammables. Un autre inconvénient est que ces dispositifs brûlent les poussières et les aérosols contenus dans l'air et produisent des micro-cendres et autres substances nuisibles du point de vue écologique. Les dispositifs de transformation de chaleur à basse température comprennent habituellement un radiateur d'entourage intermédiaire rempli d'huile. Ces dispositifs sont compliqués et de fabrication coûteuse. Ils doivent être parfaitement hermétiques et ils sont donc presque impossibles à réparer. Les dispositifs de chauffage incorporant des éléments chauffants à résistance électrique recouverts de mica suivant la présente invention évitent les inconvénients des deux types précités de dispositifs de chauf fage d'espace à alimentation électrique. Les dispositifs de chauffage incorporant lesdits éléments conformes à la présente invention ne sont pas non plus limités à des constructions monolithiques qui sont habituelles dans les deux types précités. La présente invention concerne un élément chauffant à résistance électrique recouvert premièrement de mica, pour isoler l'élément électrique résistant du contact avec l'air, et deuxièmement d'éléments métalliques servant de renfort structurel nécessaire. L'élément chauffant conforme à la présente invention comprend un élément électrique résistant, une couverture thermique pour l'élément, et une armature structurelle métallique extérieure pressant la couverture thermique. La couverture thermique conforme à la présente invention est constituée d'une pluralité de minces couches de mica saturées avec un liant non organique. La présente invention concerne un élément chauffant à résistance électrique recouvert premièrement de mica, pour isoler l'élément électrique résistant du contact avec l'air, et deuxièmement d'éléments métalliques servant de renforcement structurel nécessaire, comprenant un élément électrique résistant, une couverture thermique pour l'élé- ment et une armature structurelle métallique extérieure pour la couverture thermique. La couverture thermique conforme à la présente invention est en une matière composite constituée d'une pluralité de minces couches de mica saturées avec un liant non organique. L'élément electrique résistant conforme à la présente invention est constitué d'un fil ou d'une barre qui rayonne de la chaleur lorsqu'on lui applique un courant électrique. Dans le mode préféré de réalisation de la présente invention, l'élément électrique résistant est constitué d'un fil d'alliage de nickel-chrome-fer. L'élément électrique résistant peut également être constitué d'une barre de carbure de silicium. Dans un mode préféré de réalisation de la présente invention, l'élément électrique résistant est un circuit disposé dans un plan. Dans un autre mode préféré de réalisation de la présente invention, l'élément électrique résistant est un circuit disposé le long d'une surface cylindrique. La pluralité de minces couches de mica saturées avec un liant non organique constituent ensemble une structure composite ayant une épaisseur de 2,0 à 3,0 mm environ (1,0 à 1,24nom entre l'élément électrique et la surface de la couverture thermique). La pluralité de minces couches de mica saturées avec le liant non organique résistent ensemble à des températures de fonctionnement pouvant atteindre 800"C environ (c'est-à-dire que la température des éléments chauffants à résistance électrique non couverts peut atteindre 8000C environ). La pluralité de minces couches de mica saturées avec un liant non organique ne sont pas globalement conductrices de l'électricité dans les conditions normales d'utilisation. Ces conditions normales s'entendent dans l'air et jusqu'aux températures de fonctionnement spécifiées. Dans les modes préférés de réalisation de la présente invention,on utilise un papier de mica ayant une épaisseur de 0,01 + 0,005 mm, à raison de 8 à 12 couches de chaque côté du plan du circuit du fil de l'élément électrique résistant. On connaît des applications du papier de mica pour l'isolation électrique et également comme matériau de construction, et la présente invention utilise également ces propriétés. Dans la présente invention, le liant non organique est un phosphate d'aluminium-chrome. La température de durcissement du phosphate d'aluminium-chrome est de 160 à 2000C , et son temps de durcissement, lorsqu'on l'utilise avec les 8 à 12 couches de papier de mica de chaque côté du circuit filaire d'un élément électrique résistant, est de 0,5 à 1,0 heure. Conformément à la présente invention, l'élément électrique résistant est complètement enveloppé dans la matière composite de la couverture thermique. La condition normale de transfert de chaleur par rayonnement de l'élément électrique à haute température est transformée en une condition de transfert de chaleur par conduction. Ce transfert de chaleur a lieu dans la totalité du volume et la totalitéde la surface de la couverture thermique. La présente invention concerne en outre une nouvelle classe de dispositifs de chauffage à basse température et de haut rendement,basée sur l'utilisation d'éléments résistants bloqués dans la couverture thermique et pressés par l'armature structurelle. Cette classe utilise les bonnes propriétés structurelles et d'isolation électrique et les bonnes propriétés thermiques du mica. La pression de l'armature structurelle (métallique) sur la couverture thermique (en mica permet d'augmenter, de plusieurs fois, la puissance spécifique de l'élément chauffant à résistance électrique complet.Cela résulte de l'augmentation de la force mécanique qui empêche la stratification de la couverture thermique. En outre, on peut fixer des ailettes métalliques à l'armature structurelle afin d'augmenter la vitesse de transfert de chaleur et diminuer ainsi la température de la couverture thermique et de l'armature structurelle. Dans le mode préféré de réalisation de la présente invention, lorsque le circuit de l'élément électriqueet disposé dans un plan, l'armature structurelle est constituée d'une paire de plaques métalliques, et ces deux plaques sont pressées fortement l'une vers l'autre avec interposition de la couverture thermique. La règle pratique d'utilisation d'une armature structurelle pour empêcher la stratification de la couverture thermique dans lemode de réalisation à circuit plan est limitée du fait de la dilatation thermique de l'armature structurelle. En pratique, la demanderesse a trouvé que la longueur maximale de la plaque métallique ou armature structurelle ne doit pas dépasser quarante fois l'épaisseur de la couverture thermique, cette épaisseur de la couverture thermique étant mesurée y compris l'élément électrique résistant contenu à l'intérieur. Dans le mode préféré de réalisation de la présente invention, lorsque le circuit de l'élément électrique est disposé le long d'une surface cylindrique ou hélicoidalement ou en forme de labyrinthe, de façon tubulaire, l'armature structurelle est constituée par un cylindre métallique unique fendu longitudinalement, entourant la couverture thermique et refermé le long de la fente longitudinale de manière à presser la couverture thermique. Les dispositifs de chauffage électrique construits conformément à la présente invention possèdent d'excellentes caractéristiques de sécurité inhérentes. Cela résulte de ce que la couverture. thermique (mica/liant) transforme l'élément électrique résistant d'un dispositif à rayonnement en un dispositif effectivement à conduction. Les dispositifs de chauffage conformes à la présente invention ont donc des caractéristiques de sécurité semblables à celles des radiateurs. Les dispositifs de chauffage électrique construits conformément à la présente invention peuvent également être utilisés dans des constructions simples. Cela est dû (a) à la facilité avec laquelle des circuits simples en forme de labyrinthe de l'élément électrique peuvent être incorporés dans la couverture composite de mica/liant , et (b) à la facilité avec laquelle l'élément électrique recouvert résultant (ainsi que l'armature métallique de pression) peut être incorporé dans un corps d'appareil électrique. On peut donner à la couverture thermique (mica) diverses configurations, notamment des configurations planes et des configurations tubulaires. Dans un mode préféré de réalisation de la présente invention, l'élément électrique résistant est un circuit disposé dans un plan. Dans un autre mode préféré de réalisation de la présente invention, l'élément électrique résistant est un circuit disposé le long d'une surface cylindrique. On peut donc améliorer les caractéristiques thermiques par choix des configurations optimales. Le recouvrement des éléments électriques avec la couverture thermique procure de bonnes propriétés écologiques puisque les éléments électriques résistants sont isolés du contact avec l'air. Puisque la couverture thermique (mica) conforme à la présente invention transforme le rayonnement thermique des éléments électriques en conduction, un fonctionnement ininterrompu sans ventilation forcée devient possible. Cela résulte de la plus grande surface de convexion procurée par la couverture thermique (comparativement à l'élément électrique proprement dit) et également par l'armature structurelle et ses ailettes optionnelles. On a construit et essayé des radiateurs, convecteurs et autres dispositifs de chauffage contenant au moins un élément chauffant électrique résistant recouvert de mica conforme à l'invention. Dans un mode préféré de réalisation de la présente invention, un circuit électrique plat en fil d'alliage de nickel-chrome est noyé premièrement dans la couverture thermique et deuxièmement il est renforcé par l'armature structurelle métallique extérieure, de façon à constituer un élément chauffant plat. Dans un autre mode préféré de réalisation, un circuit hélicoïdal de grand diamètre en fil d'alliage de nickel-chrome est noyé premièrement dans la couverture thermique et ensuite renforcé par l'armature structurelle métallique extérieure de façon à constituer un élément chauffant tubulaire. Dans un autre mode préféré de réalisation, des ailettes métalliques sont fixées à l'armature structurelle métallique extérieure de pression, afin d'augmenter la vitesse de transfert de chaleur à l'air et d'augmenter en même temps la vitesse de l'air des courants de convexion. Dans le mode préféré de réalisation, les ailettes métalliques sont en aluminium. Dans le mode préféré de réalisation, les ailettes sont noircies extérieurement, par anodisation ou oxydation, afin d'augmenter le rayonnement de chaleur (la vitesse de transfert) des ailettes. On peut également noircir l'armature structurelle. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ci-après, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un élément chauffant plat recouvert de mica, ainsi qu'une coupe de l'élément électrique résistant enveloppé dans la couverture thermique la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un élément chauffant tubulaire recouvert de mica, ainsi qu'une coupe de l'élément électrique résistant enveloppé dans la couverture thermique ; et la figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif de chauffage à couverture de mica du type convecteur plat à plaque unique, partiellement coupé pour montrer l'élément chauffant intérieur. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un élément chauffant plat recouvert de mica, et une vue en coupe de l'élément électrique résistant enveloppé dans la couverture thermique. Un élément électrique 1 en fil d'alliage de nickel-chrome-fer.est complètement enveloppé dans une couverture thermique constituée d'une pluralité de minces couches de papier de mica 2 saturées avec un liant non organique 3 de type phosphate d'aluminium-chrome. Chaque couche de papier de mica a une épaisseur de 0,01 + 0,005 mm environ. Il y a de 8 à 12 couches environ du papier de mica de chaque côté de l'élément électrique. Un circuit en labyrinthe de l'élément électrique disposé dans un plan et enveloppé dans la couverture thermique constitue une plaque plane 9 ayant une épaisseur 7. Cette plaque plane est pourvue d'une armature structurelle constituée de deux plaques métalliques 4,4a qui sont fortement pressées l'une vers l'autre au moyen de vis de liaison 5. La longueur 8 d'une plaque métallique n'est pas supérieure à quarante fois l'épaisseur 7. Chaque plaque métallique de l'armature structurelle comporte des ailettes 6,6a. La figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un élément chauffant tubulaire recouvert de mica, et une vue en coupe de l'élément électrique résistant enveloppé dans la couverture thermique. Un élément électrique 1 en fil d'alliage de nickel-chrome-fer est complètement enveloppé dans une couverture thermique constituée d'une pluralité de minces couches de papier de mica 2 saturées avec un liant non organique 3 de type phosphate d'aluminiumchrome. Chaque couche de papier de mica a une épaisseur de 0,01 + 0,005 mm environ. Il y a environ 8 à 12 couches du papier de mica de chaque côté de l'élément électrique.Un circuit en labyrinthe hélicoÏdal de l'élément électrique, disposé en une forme cylindrique et enveloppé dans la couverture thermique, constitue un tube 9a ayant une épaisseur 7a. Ce tube est pourvu d'une armature structurelle constituée d'un seul élément métallique cylindrique fendu longitudinalement 4b qui est fortement pressé autour du tube et qui est refermé le long de la fente longitudinale au moyen de vis de fixation 5. La longueur 8a d'une armature métallique structurelle n'est pas supérieure à quarante fois l'épaisseur 7a. L'armature métallique structurelle comporte des ailettes 6b,6c. La figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif de chauffage à couverture de mica du type convecteur plat à plaque unique, représenté en coupe partielle pour découvrir l'élément chauffant. Un élément chauffant à résistance électrique 10, comme représenté sur la figure 1, est contenu dans un caisson de radiateur 11 comportant une pluralité d'ouvertures inférieures 13 et une pluralité d'ouvertures supérieures 12 pour permettre une circulation d'air par convexion lorsque l'air est chauffé par l'élément chauffant. Le caisson de radiateur porte également un panneau de commande 14 pour le réglage des paramètres de fonctionnement, tels que la température ou la consommation de puissance. Le circuit de commande peut être un simple interrupteur marche/arrêt. Le circuit de commande peut également comprendre un ou plusieurs autres éléments de circuit. On peut utiliser un ventilateur pour augmenter le transfert de chaleur de l'élément chauffant à l'air. On utilise un régulateur de puissance pour limiter la puissance consommée par l'élément chauffant. Le régulateur de puissance peut être un commutateur variateur. On peut utiliser un circuit de commande connecté à un thermostat pour régler la consigne du régulateur de puissance, ce qui permet un chauffage optimal continu. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Elément chauffant à résistance électrique comprenant un élément électrique résistant (1), une couverture thermique pour ledit élément constituée d'une pluralité de minces couches de mica (2) saturées avec un liant non organique (3), et une armature structurelle métallique extérieure (4,4a) pressant la couverture thermique. 2.- Elément chauffant à résistance électrique suivant la revendication 1, dans lequel la couverture thermique (2) enveloppe complètement l'élément électrique résistant (1 ). 3.- Elément chauffant à résistance électrique suivant la revendication 1, dans lequel la couverture thermique (2) forme une structure composite ayant une épaisseur de 1,00 à 1,25 mm environ mesurée de l'élément électrique résistant (1) à la surface extérieure de la couverture thermique. 4.- Elément chauffant à résistance électrique suivant la revendication 1, dans lequel l'élément électrique résistant (1) est un circuit disposé dans un plan (9). 5.- Elément chauffant à résistance électrique suivant la revendication 1, dans lequel l'élément électrique résistant (1) est un circuit disposé le long d'une surface cylindrique (9a). 6.- Elément chauffant à résistance électrique suivant les revendications 1 et 4, dans lequel l'armature structurelle est constituée de paires de plaques métalliques (4,4a) et les plaques en paires pressent fortement la couverture thermique entre elles. 7.- Elément chauffant à résistance électrique suivant les revendications 1 et 5, dans lequel l'armature structurelle (4b) est un tube métallique cylindrique fendu longitudinalement, entourant la couverture thermique et refermé le long de la fente longitudinale de manière à presser la couverture thermique. 8.- Elément chauffant à résistance électrique suivant les revendications 6 et 7, dans lequel la longueur maximale (8) de la plaque métallique (4) ne dépasse pas quarante fois l'épaisseur (7) de la couverture ther-. mique, y compris l'élément électrique résistant (1) contetenu à l'intérieur. 9.- Elément chauffant à résistance électrique suivant les revendications 6 et 7, dans lequel des ailettes métalliques (6,6a;6b,6c) sont ajoutées à l'armature structurelle existante (4 ,4a;4b) pour augmenter la vitesse de transfert de chaleur. 10.- Elément chauffant à résistance électrique suivant les revendications 6,7 et 9, dans lequel la couverture structurelle (4,4a ;4b) et/ou les ailettes (6,6a; 6b,6c) sont noircies par anodisation ou oxydation du métal, pour augmenter la vitesse de transfert de chaleur. 11.- Elément chauffant à résistance électrique suivant la revendication 3, dans lequel la couverture thermique est constituée d'environ 8 à 12 couches (2) de papier de mica de chaque côté du plan du circuit de l'élément électrique résistant, et l'épaisseur du papier de mica utilisé dans une couche est de 0,01 + 0,005 mm environ. 12.- Elément chauffant à résistance électrique suivant la revendication 2, dans lequel la couverture thermique résiste à des températures de fonctionnement pourvant atteindre 8000C environ. 13.- Elément chauffant à résistance électrique suivant les revendication, 2 et 11, dans lequel la couverture thermique n'est pas conductrice de l'électricité dans les conditions normales d'utilisation. 14. - Elément chauffant à résistance électrique suivant la revendication 1, dans lequel le liant non organique (3) est du phosphate d'aluminium-chrome. 15 . - Elément chauffant à résistance électrique suivant la revendication 1, dans lequel l'élément électrique résistant t1) est constitué d'un fil ou d'une barre qui rayonne de la chaleur lorsqu'on lui applique un courant électrique. 16.- Elément chauffant à résistance électrique suivant la revendication 15, dans lequel l'élément électrique résistant (1) est constitué d'un fil d'alliage de nickel-chrome-fer. 17.- Radiateur, convecteur ou autre appareil de chauffage, dans lequel est contenu au moins un élément chauffant à résistance électrique recouvert de mica suivant une quelconque des revendications précédentes.