Brevet FR2811854A1 — publié le 20020118

Élément chauffant La présente invention concerne un élément chauffant tel qu'il est utilisé en outre dans des radiateurs électriques. Ces éléments chauffants contiennent une résistance blindée tubulaire, disposant d'un conducteur de chauffage et d'un blindage, le blindage est composé d'une isolation électrique et d'une enveloppe autoportante et dont l'enveloppe s'étend sur toute la longueur du corps de chauffage. De tels élements chauffants peuvent être placés à l'inté- rieur par exemple d'un radiateur électrique. L'élément chauffant est chauffé par un courant électrique qui passe à travers le conducteur de chauffage. Le conducteur de chauffa- ge s'échauffe dû à sa résistance électrique. Il est amené jusqu'à des températures dans lesquelles il émet de l'énérgie sous forme de radiation, surtout dans la bande infrarouge et dans le visible proche de la bande infrarouge. La chaleur émise est transferée du conducteur de chauffage à travers l'isolation électrique jusqu'à une enveloppe. De l'enveloppe elle est transmise par exemple à l'air ambiante ou à tout autre milieu qui doit être chauffé tout en étant isolé électriquement du conducteur de chauffage. - 2 - On utilise de tels éléments chauffants par exemple dans des radiateurs électriques dans lesquels le corps du radiateur encadre avec sa carcasse l'élément chauffant. La carcasse dispose d'une entrée d'air et d'une sortie d'air. A l'inté- rieur de la carcasse est placé l'élément chauffant. Un courant d'air de convection est crée à l'intérieur de la carcasse de la chaleur transmise de l'élément chauffant à l'air ambiant contenu dans la carcasse. L'air chaud a ten- dence à monter à l'intérieur de la carcasse et donc à sortir par la sortie d'air. De l'air froid est aspiré à travers l'entrée d'air, cette entrée d'air aspire l'air froid du local à chauffer. En règle générale la carcasse d'un tel radiateur électrique est fabriquée en métal, afin d'améliorer le transfert de l'énergie thermique du radiateur vers l'air ambiante. Un problème avec des tels éléments chauffants dans l'utilisa- tion surtout avec des radiateurs électriques est lié au fait que surtout dans des pièces disposant d'une grande humidité d'air ou dans des pièces o il peut y avoir projection d'eau jusqu'à l'élément chauffant, aucun défet ou aucun Endommagement de l'isolation électrique de l'e1élément chauf- Lant n'est admissible. Il y a un certain risque de passage de courrant électrique entre le conducteur de chauffage et l'enveloppe a travers l'isolation électrique. L'enveloppe est en règle générale métallique et est en contact avec la carcasse du radiateur, elle même faite de matériel métal- lique, donc conductrice d'électricité. Par conséquence, il est possible que l'enveloppe et/ou la carcasse se trouve à un potentiel électrique non nul et donc la décharge électrique à travers un corps ou une personne même brièvement en contact avec le radiateur ou avec l'enveloppe du conducteur blindé -3- est possible. Ce genre d'exposition à l'humidité se trouve par exemple lors d'utilisation de radiateurs électriques dans des salles de bain. Ce risque est partiellement grand si l'humidité de l'air est grande ou s'il est possible qu'il y ait contact d'eau avec la résistance blindée. C'est pourquoi dans beaucoup de normes pour matériel électrique il est préscrit, qu'un appareil électrique utilisé dans ces condi- tions là, dispose de deux isolations électriques indépendan- tes c'est à dire soit de classe II. L'objet de l'invention est donc de créer un élément chauf- fant utilisant un courant électrique apte à être utilisé dans des pièces humides. L'objet de l'invention est achevé par un élément chauffant selon l'invention. Un tel élément chauffant étant surtout destiné à l'usage dans des radiateurs électriques comprend une résistance blindée tubulaire. La résistance blindée tubulaire dispose d'un conducteur de chauffage et d'un blindage. Le blindage étant composé d'une isolation électrique et d'une enveloppe de préférence autoportante. L'enveloppe est en règle générale composée de materiel métallique. Elle s'étend sur toute la longueur du conducteur tubulaire. Pour achever le but de l'invention, l'enveloppe est entourée d'une couche d'isola- tion électrique. Cette couche d'isolation électrique évite, qu'un contact avec l'enveloppe proprement dite ne soit possible. Il y a un deuxième element d'isolation électrique qui est indépendant et extérieure par rapport au blindage du conducteur de chauffage. - 4 - Delon une variante avantageuse la couche cd'isolation élec- trique extérieure est constituée d'un materiel disposant d'une conductivité thermique la plus grande possible. En outre il peut être avantageux d'envelopper en plus la couche d'isolation électrique d'un élément de radiation de chaleur. Avantageusement cet élément de radiation de chaleur est composé d'un matériel métallique, particulièrement d'aluminium. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention la couche d'isolation est un corps solide, particulièrement composé de vermiculite. Un mode de réalisation avantageux de l'invention prévoit que la couche d'isolation électrique est d'une telle épaisseur que la rigidité diélectrique soit supérieur à 4 kW pour un courant de 15 mA. Un autre mode de réalisation avantageux de l'invention prévoit que le conducteur tubulaire blindé comprend des secteurs rectilignes, parallèles les uns par rapport aux autres, d'une longueur nettement plus grande que le diamètre du conducteur tubulaire blindé. Entre deux secteurs recti- lignes voisins, la couche d'isolation électrique comporte des ponts de liaison. La couche d'isolation peut être constituée de deux demi- coquilles fabriquées et reliées entre elles, la liaison des deux demicoquilles étant réalisée de manière électriquement isolante et les demicoquilles disposant d'un logement pour recevoir la résistance blindée. -5- Selon un mode de réalisation alternatif la couche d'isolation est constitué d'un corps en une seule pièce enrobant l'enveloppe de la résistance blindée. Selon un mode de réalisation d'un élément de radiation enro- bant la couche d'isolation, cet élément de radiation de chaleur est coulé sur la couche d'isolation. Les caractéristiques précédentes et d'autres caractéris- tiques sont contenues dans la description et les dessins. Les caractéristiques-peuvent être reprises seules ou en combinai- son de plusieurs d'entre elles et contenues dans un mode de réalisation de l'invention et présenter des réalisations avantageuses d'une invention pour laquelle une protection est revendiquée. Une description de l'invention est donnée au cours de la description ci-après à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif. Il est fait référence aux dessins annexes dont lesquels: la figure 1 montre une coupe partielle d'un radiateur électrique disposant d'un élément chauffant selon l'invention, la figure 2 montre une coupe partielle à travers un élément chauf- fant selon l'invention disposant d'une résistance blindée et d'une isolation thermique extérieure, et les figures 3a, 3b montrent la vue et une coupe partielle à travers une couche d'isolation selon l'invention. - 6 - La figure 1 montre une vue d'arrière d'un radiateur élec- trique disposant d'un élément chauffant selon l'invention. Le radiateur électrique il dispose d'une carcasse 12 à l'intéri- eur de laquelle l'élément chauffant 13 est disposé. Afin de permettre une bonne distribution de la chaleur de l'élément chauffant vers le local à chauffer, le radiateur électrique Il dispose de sorties d'air 14. Ces sorties d'air 14 sont disposées en haut du radiateur électrique, afin de permettre une bonne sortie du courant de convection engendré par l'élément électrique. En bas de la carcasse 12 sont disposées les entrées d'air 15. Une des entrées d'air 15 se trouve en face de la position de l'élément chauffant 13 et s'étend sur la plus grande partie du côté arrière de la carcasse 12. Le côté arrière de la carcasse 12 est tourné dans le cas d'un radiateur électrique fixé sur un mur vers ce mur. L'ouverture qui s'étend sur une grande partie du boîtier permet une fixation facilement réalisable du radiateur sur un mur ou sur un autre élément de fixation. En règle générale il s'agit de supports ou de crochets fixes sur un mur ou autre élément plan disposé à la verticale. En règle générale la carcasse 12 d'un radiateur électrique 11 est realisé dans un matériel métallique. Ce matériel métal- lique est en règle générale mis en contact avec l'élément chauffant 13 afin de permettre une bonne transmission de la chaleur de l'élément chauffant 13 vers la carcasse 12 ce qui agrandit la surface d'échange de chaleur entre le radiateur il et l'air ambiant. La figure 2 présente en coupe partielle la vue de face d'un élément chauffant selon l'invention. -7 I'élement chauffant est composé d'une résistance blindée 16. Ia résistance blindée se termine dans des raccords 17. Des raccords 17 jusqu'à la source de tension mêne un câble électrique isolé de manière approprié. Le câble électrique méne souvent à une prise de raccordement électrique, une source de tension qui en règle général dispose d'un niveau de tension alternatif de 220 - 240 V à une fréquence de 50 Hz. La résistance blindée est composée du conducteur de chauffage 18 et d'un blindage 19. Le blindage 19 est composé par l'isolation électrique 20 et l'enveloppe 21. L'enveloppe est en règle générale composé d'un matériel métallique, par example un acier inoxydable. L'isolation électrique est souvent composée d'un vide ou d'un matériel céramique ou de magnésie. Il doit s'agir d'un matériel à grande résistance électrique et avec une résistance à des températures avoisi- nant 1000 degrés Celsius. L'enceinte 21 est faite d'un matériel rigide et autoportant. La résistance blindée est entourée d'une couche d'isolation électrique 22. La couche d'isolation électrique est par example composée de vermicu- lite. En tout cas il s'agit d'un matériel pouvant servir d'isolation électrique et en même temps disposant d'une conductivité thermique aussi grande que possible. Afin de disposer d'une isolation électrique suffisante pour satis- faire aux normes de protection pour les appareils électriques de "classe II", c'est à dire ceux qui peuvent être utilisés dans des pièces humides ou des pièces ou il peut y avoir des projections d'eau, il faudra que la résistance d'isolement ]électrique soit supérieure à 4 kV, à un courant de 15 mA. La couche de vermiculite peut être obtenue aussi bien par moulage que par pressage ou trempage. Elle constitue alors un corps monolithique enveloppant la résistance blindée. Il est aussi possible que la couche d'isolation électrique soit préfabriquée sous forme de deux semicoquilles 28, une paire de semi-coquilles 28 formant la couche d'isolation élec- trique. Les deux coquilles sont alors reliées entre elles par un matériel électriquement isolant. Comme alternative la couche d'isolation électrique 22 peut être obtenue par un mélange liquide ou pâteux autre que métallique et dont la solidification est obtenu par réticu- lation, polymerisation ou vulcanisation selon sa propre nature physique ou chimique. L'important est qu'une couche d'isolant électrique enrobant la résistance blindée soit créee. La résistance blindée 16 selon la figure 2 dispose de plu- sieurs secteurs rectilignes 23 qui sont paralleles les uns aux autres. Ils sont reliés entre eux par un secteur courbe, particulièrement en semiarc. Regardée sur toute sa longueur, la résistance blindée est à l'intérieur de l'élément chauf- fant disposée en forme de méandres. Il est possible, mais pas nécessaire, qu'en vue d'un agran- dissement de la surface de contact et d'une minimisation du matériel de la couche d'isolation électrique on prévoit des trous oblongs 24 dans la couche d'isolation. Ces trous oblongs 24 sont disposes de manière à ce que la couche cd' isolation 22 en tout point de la résistance blindée pré- sente une épaisseur qui soit supérieure à l'épaisseur minimum requise. L'épaisseur requisé de la couche d'isolation est principalement déterminé par sa rigidité diélectrique. Afin de disposer d'une plus grande rigidité mécanique de l'élément chauffant il est possible de prévoir des ponts de -9 liaison 25 entre deux secteurs rectilignes 23 voisins pa- rallèles les uns aux autres. Ces ponts de liaison 25 sont constitués du matériel de la couche d'isolation 22 et aug- mentent surtout la stabilité contre la torsion et la ? entre les secteurs rectilignes. Les ponts de liaison 25 séparent les trous oblongues. En plus il est possible de prévoir un élément 26 de radiation de chaleur qui entoure et enrobe la couche d'isolation élec- trique 20. Cette couche de radiation 26 est par example faite dans un matériel métallique, particulièrement en aluminium. Si la résistance à la chaleur du matériel de la couche isolante est suffisament grande, une manière facile de produire l'élément de radiation 26 en matériel métallique c'est de le couler autour de la couche d'isolation électrique 22. De cette manière là, la couche de radiation 26 est directement adjacente à la couche d'isolation électrique 22. Une bonne protection contre la pénétration de corps étrangers et contre des chocs ou d'autre influence extérieure de la couche d'isolation, qui par example dans le cas d'utilisation de vermiculite ne présente pas une grande résistance aux con- traintes mécaniques, est nettement amélioré. En outre un élément de radiation 26 peut améliorer le transfert de l'énergie thermique vers l'air ambiante. Cet élément de radiation 26 peut être en contact ou reliée avec la carcasse 12 du radiateur électrique. A cause de sa conductivité thermique, la surface du corps chauffant qui est utilisé pour transférer la chaleur a l'air ambiante est nettement agran- die. En outre il est possible d'ajuster en fonction des caracté- ristiques de comportement temporel souhaités, l'inertie thermique de l'élément chauffant en augmentant l'épaisseur de - 10 - la couche d'isolation électrique et de l'é]ément de radia- tion. Plus ils sont épais, plus l'intertie thermique de l'ensemble est grande et donc Les variations de température courtes sont équilibrées. Une petite inertie thermique est plustôt souhaitée pour des chauffages d'appoint, chauffant rapidement, mais n'ayant pas de grande stabilité temporelle. Tes figures 3a et 3b montrent une vue de face et une coupe partielle latérale à travers une demi-coquille pouvant être utilisée comme une couche d'isolation électrique 22. La figure 3a montre la vue de face de la demi-coquille tandis que la figure 3b montre la coupe à travers les deux demi- coquilles formant ensemble la couche d'isolation électrique 22. La demicoquille 28 est faite de matériel isolant. Il s'agit par example de la Vermiculite. La demi-coquille comprend un logement 29 destiné à recevoir de la résistance blindée 16. Correspondant à la forme de la résistance blindée 16, le logement 29 comprend des secteurs rectilignes 23 reliés entre eux par des demi-arcs 30 afin de former une sorte de méandre à l'intérieur duquel la résistance blindée 16 peut être logée. Afin de tenir compte de la dilatation thermique de la résistance blindée 16 les demi-arcs 30 ne sont pas formés de manière à juxtaposer la partie correspondante de la résistance blindée, mais à permettre la dilatation thermique en disposant d'un certain jeu. Afin de minimiser le matériel isolant requis pour former la couche d'isolant, il est possible de prévoir des trous ob- long 24 dans les zones entre les secteurs rectilignes 23. Il faut toutefois veiller au fait que la couche d'isolation - il - soit en tout endroit au moins aussi grande que la couche minimum requise. Les trous oblong présentent en même temps l'aventage d'agrandir la surface déchange entre l'air ambi- ant et l'isolation ou la couche de radiation 26 entourant la couche d'isolation 22. Afin d'agrandir la stabilité et afin de disposer d'une plus qrande rigidité du corps d'isolation, il est utile de prévoir dans les secteurs rectilignes 23 des ponts de liaison 25 qui relient des secteurs rectilignes avoisinants. Des demi-coquilles telles que représentées dans les figures 3a et 3b peuvent être préfabriqués par exemple par moulage. Une couche d'isolation en une seule pièce peut être fabriquée par moulage, par pressage ou par trempage. Évidemment un pressage ou un trempage peut être utilisé de même pour fabriquer une demi-coquille destiné à former la moitié d'une couche d'isolation. Revendications: 1. Élément chauffant surtout déstiné à l'usage dans des radiateurs électriques, avec une résistance blindée tubulaire, comprenant un conducteur de chauffage et un blindage comprenant une isolation électrique et une enveloppe de préférence autoportante, dont l'enveloppe s'étend sur toute la longueur du conducteur de chauf- fage, caracterisé en ce que l'enveloppe (21) est en- tourée d'une couche d'isolation électrique (22). 2. Élément chauffant selon la revendication 1, caracterisé en ce que la couche d'isolation électrique (22) est constituée d'un matériel disposant d'une conductivité thermique la plus grande possible. Elément chauffant selon une des revendications précé- dentes, caracterisé en ce que la couche d'isolation électrique est entourée par un élément de radiation de chaleur (26). 4. Elément chauffant selon la revendication 3, caracterisé en ce que l'élément de radiation de chaleur (26) est compose d'un matériel métallique, particulièrement d'aluminium. -3 - J. EIémernt chauffant selon une quelconque des revendica- tions précédentes, caracterise en ce que la couche d'isolation (22) est un corps solide, particulièrement compose de vermiculite. EÉlément chauffant selon une quelconque des revendica- tions précédentes, caracterisé en ce que l'épaisseur de la couche d'isolation (22) électrique est choisie telle que la résistance d'isolement électrique soit supérieure à 4 kV pour un courant de 15 mA. 7. Élément chauffant selon une quelconque des revendica- tions précédentes, caracterisé en ce que la résistance blindée (16) comprend des secteur rectilignes (23), parallèles les uns par rapport aux autres et d'une longueur nettement plus grande que le diamètre de la résistance blindée (16), o en outre dans l'entourage des secteurs rectilignes (23) la couche d'isolation électrique forme des ponts de liaison (25) entre deux secteurs rectilignes (23) avoisinants. ElÉmernt chauffant selon une quelconque des revendica- tions précédentes, caracterise en ce que la couche d'isolation (22) est constituée de deux demi-coquilles (28) préfabriquées et reliées entre elles, les demi- coquilles (28) disposant d'un logement (29) pour la résistance blindée, l'assmblage des deux demi-coquilles (28) étant réalisé de manière électriquement isolante. 9. Élément chauffant selon une quelconque des revendica- tions] à 7, caracterisé en ce que la couche d'isolation (22) est un corps en une seule pièce enrobant l'envelop- pe de la résistance blindée. ](. Elëmernt chliauffant selon une que]lconque des revendica- tions 3 à 9, caracterisé en ce que l'élément de radiation de chaleur (26) est coulé autours de la couche d'isolation et de préférence composé d'un matériel métallique.