Brevet FR2833451A1 — publié le 20030613

La présente invention concerne un panneau pour former une enveloppe d'une enceinte de travail, lequel panneau s'étend le long d'une surface géométrique directrice et comprend des moyens électriques de chauffage destinés à être raccordés à une alimentation électrique. L'invention s'applique notamment à la réalisation de parois d'enceintes thermostatées tels que des fours, des étuves ou des incubateurs. Généralement, les moyens électriques de chauffage comprennent des éléments chauffants discrets répartis dans le panneau. Ces éléments comprennent habituellement un support sur lequel un conducteur électrique linéaire est enroulé ou sérigraphié. De telles enceintes sont utilisées par exemple pour des applications biologiques telles que la culture de bactéries, de cellules ou d'autres organismes, ou pour des applications d'extraction de solvants ou de cuisson. Il est particulièrement souhaitable dans certaines applications biologiques que la température soit homogène dans tout l'espace de travail d'une telle enceinte. Pour atteindre ce résultat, on a utilisé des moyens de ventilation pour créer une convection forcée à l'intérieur de l'espace de travail. De tels moyens de ventilation posent cependant, pour ce type d'application, des problèmes d'intégration dans les enceintes, de nettoyage... On a également cherché à améliorer la convection naturelle dans l'espace de travail. Toutefois, cela impose à l'enceinte de travail de fortes contraintes de formes et de positionnement des éléments chauffants. De plus, les objets à chauffer ne peuvent être disposés d'une manière quelconque à l'intérieur d'une telle enceinte si on ne veut pas perturber les phénomènes de convection. En tout état de cause, ces solutions ne garantissent pas une homogénéité satisfaisante de la température de l'espace de travail lorsque des objets à chauffer y sont disposés. Un but de l'invention est de fournir un panneau du type précité permettant d'améliorer simplement l'homogénéité de la température de j'atmosphère intérieure d'une enceinte de travail. A cet effet, l'invention a pour objet un panneau pour former une enveloppe d'une enceinte de travail, lequel panneau s'étend le long d'une surface géométrique directrice et comprend des moyens électriques de chauffage destinés à être raccordés à une alimentation électrique, caractérisé en ce que les moyens électriques de chauffage comprennent deux plaques de connexion à l'alimentation électrique, ces deux plaques étant espacées l'une de l'autre, et une couche électriquement résistive interposée entre les deux plaques de connexion, et en ce que la couche électriquement résistive et les plaques de connexion s'étendent le long de la surface géométrique directrice sensiblement continûment sur toute la superficie du panneau pour former une résistance électrique chauffante. Selon des modes particuliers de réalisation, le panneau comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise (s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la résistivité électrique de la couche électriquement résistive est supérieure d'au moins un facteur 109 par rapport à celle des plaques de connexion, -la résistivité électrique des plaques de connexion est inférieure à 7. 10-7Q. m, - les plaques de connexion sont réalisées en métal, - la résistivité électrique de la couche électriquement résistive est supérieure à 1200Q. m, - le panneau comprend en outre une couche d'isolation thermique qui s'étend le long de la surface géométrique directrice, - le panneau comprend en outre un parement extérieur, les plaques de connexion électrique et la couche électriquement résistive formant un parement intérieur, et la couche d'isolation thermique est disposée entre le parement intérieur et le parement extérieur. L'invention a en outre pour objet une enceinte de travail comprenant une enveloppe, laquelle enveloppe comporte des panneaux délimitant intérieurement un espace de travail, au moins un panneau de l'enveloppe comprenant des moyens électriques de chauffage, caractérisée en ce que ledit panneau est un panneau tel que défini ci-dessus. Selon des modes particuliers de réalisation, l'enceinte comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise (s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - deux panneaux adjacents sont des panneaux tels que défini cidessus, et les plaques de connexion de ces panneaux sont raccordées électriquement, - lesdits deux panneaux adjacents forment un angle, et l'enceinte comprend des cornières fixées aux plaques de connexion des deux panneaux adjacents pour les raccorder électriquement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe horizontale d'une enceinte de travail selon l'invention, et - les figures 2 à 4 sont des vues schématiques agrandies des parties cerclées Il à IV de la figure 1. La figure 1 illustre une enceinte de travail thermostatée 1 qui comprend une enveloppe 2 parallélépipédique délimitant intérieurement un espace de travail 3. L'enveloppe 2 comprend une cuve 4 et une porte 5 articulée par des charnières 6 à la cuve 4 pour venir obturer la face avant ouverte de la cuve 4. Un joint d'étanchéité 7 est disposé entre la porte 5 et la cuve 4. L'enveloppe 2 est formée par assemblage de panneaux 10 qui comprennent chacun des moyens électriques 11 de chauffage. L'enceinte 1 comprend en outre un dispositif 12 d'alimentation électrique des moyens 11 de chauffage. Ce dispositif 12 comprend un transformateur 13 raccordé à une source 14 d'énergie électrique, par exemple le réseau électrique local, et une unité électronique 15 de commande du transformateur 13. Cette unité 15 est raccordée à au moins un capteur de température (non représenté) disposé à l'intérieur de l'espace de travail 3 pour piloter l'alimentation électrique des moyens 11 de chauffage en fonction de la température mesurée. Les panneaux 10 de l'enceinte 2 ont une structure analogue qui va être décrite en regard de la figure 2. Chaque panneau 10 est plan et présente une structure sandwich comprenant de l'intérieur vers l'extérieur de l'enceinte 1 : - une première plaque de connexion 20 en aluminium, dont la face intérieure forme parement intérieur et peut être peinte, - une couche 21 d'un matériau composite électriquement résistif comprenant une résine chargée d'éléments électriquement conducteurs, - une deuxième plaque de connexion 22 en aluminium, - une couche 23 d'un matériau thermiquement et électriquement isolant, par exemple de la mousse de polyuréthane, l'épaisseur de cette couche étant nettement supérieure à celle de la couche 21, et - un parement extérieur 24, par exemple réalisé en acier inoxydable ou en acier dont la face extérieure est peinte. Plus précisément, le matériau de la couche 21 comprend une résine époxy chargée d'inclusions d'aluminium. La résine est par exemple obtenue par mélange d'une prérésine LY 5052 et du durcisseur associé HY 5052 commercialisés sous la dénomination ARALDITE (marque déposée) par la société CIBA POLYMERES. Les proportions sont d'environ 38 grammes de durcisseur pour 100 grammes de prérésine. Le mélange est chauffé à 60 C avant ajout de poudre ou de copeaux d'aluminium. La résine finale comprend environ entre 30 et 40% en masse d'aluminium. Les plaques de connexion 20 et 22, les couches 21 et 23, et le parement extérieur 24 s'étendent parallèlement au plan géométrique directeur du panneau 10 de manière continue sensiblement sur toute la superficie du panneau 10. La couche 21 est enserrée entre les deux plaques de connexion 20 et 22 en assurant ainsi un raccordement électrique entre les plaques de connexion 20 et 22 et la couche 21. Les plaques de connexion 20 et 22 et la couche 21 forment ainsi les moyens 11 de chauffage comme décrit ultérieurement plus en détail. La couche 23 est enserrée entre la plaque de connexion 22 et le parement extérieur 24. Comme illustré par la figure 2, chaque paire de panneaux adjacents 10 de la cuve 4 est assemblée dans les angles que les deux panneaux 10 considérés forment au moyen de deux cornières 27 et d'une cornière 28. Les deux cornières 27 relient les plaques de connexion 20 et respectivement 22 des deux panneaux 10 adjacents en assurant ainsi le raccordement électrique de ces plaques. Les couches 21 des deux panneaux adjacents 10 sont alors en contact l'une avec l'autre et raccordées ainsi électriquement l'une à l'autre. Les cornières 27 sont par exemple réalisées en aluminium et fixées par rivetage aux plaques 20 et 22. La cornière 28 raccorde les parements extérieurs 24 des deux panneaux 10 adjacents en assurant, avec les cornières 27, la tenue mécanique de l'ensemble. Les couches d'isolation électrique et thermique 23 des deux panneaux 10 adjacents sont en contact intime. Comme on le voit sur les figures 1 et 4, les tranches avant des panneaux latéraux 10 de la cuve 4 sont fermées par des profilés en U 30. Il en est de même pour les tranches avant des panneaux 10 supérieur et inférieur de la cuve 4 qui ne sont pas visibles sur les figures. Les tranches latérales (figure 1), supérieure et inférieure du panneau 10 de la porte 5 sont également fermées par des profilés en U 30. Les profilés 30 sont par exemple réalisés en matière plastique électriquement isolante. Comme on le voit sur la figure 3, les plaques de connexion 20 et 22 du panneau 10 de porte 5 sont raccordées électriquement à celles du panneau 10 latéral droit de la cuve 4 par l'intermédiaire de deux fils conducteurs 32. Pour recevoir ces fils 32, un passage 34 de faibles dimensions a été ménagé dans le panneau 10 latéral droit de la cuve 4 et le profilé 30. Ce passage 34 s'étend successivement dans la couche 21, la plaque de connexion 22 et la couche 23 parallèlement à la face avant ouverte de la cuve 4, puis perpendiculairement à celle-ci pour déboucher au travers du profilé 30 à l'extérieur du panneau 10 latéral droit. Les fils conducteurs 32 passent au travers du passage 34 et sont connectés par des premières extrémités, l'un à la plaque intérieure de connexion 20 et l'autre à la plaque intermédiaire de connexion 22 du panneau 10 latéral droit. Les fils conducteurs 32 forment deux boucles ouvertes entre le profilé 30 et la porte 5 puis sont connectés par leurs deuxièmes extrémités l'un à la plaque intérieure de connexion 20 de la porte 5 et l'autre à la plaque intermédiaire de connexion 22 de la porte 5, via un passage 35 de faibles dimensions ménagé dans la plaque 20 et la couche 21 de la porte 5. Ainsi, les plaques de connexion 20 et respectivement 22 des panneaux 10 de la cuve 4 et de la porte 5 sont raccordées électriquement. Par ailleurs, les boucles formées par les conducteurs 32 autorisent l'ouverture de la porte 5 pour libérer la face ouverte de la cuve 4 et donc permettre l'accès à l'espace de travail 3. Comme illustré par la figure 4, un passage transversal 40 est ménagé dans le panneau 10 latéral gauche de la cuve 4 pour permettre le raccordement électrique au transformateur 13 des plaques de connexion 20 et 22 du panneau 10 latéral gauche, et ainsi de tous les autres panneaux 10 de l'enceinte 1. Plus précisément, ce passage 40 est rectiligne, de faibles dimensions, et s'étend depuis l'extérieur du panneau 10 latéral gauche au travers du parement extérieur 24, de la couche 23, de la plaque intermédiaire de connexion 22 et de la couche 21. Deux fils conducteurs 41 s'étendent dans ce passage 40 et sont raccordés par des premières extrémités respectivement aux plaques de connexion 20 et 22 et par leurs deuxièmes extrémités au transformateur 13. Lorsque le transformateur 13 impose sous l'effet de l'unité de commande 15, une tension électrique entre les plaques de connexion 20 et 22 des panneaux 10 latéraux, supérieur et inférieur de la cuve 4 et du panneau 10 de la porte 5, un courant électrique circule dans les couches 21, perpendiculairement aux plans géométriques des panneaux 10. Ainsi, de l'énergie électrique est dissipée par effet Joule dans les couches 21 en produisant de la chaleur. Dans chaque panneau 10, les plaques de connexion 20,22 et la couche 21 se comportent donc comme une résistance chauffante 11 qui s'étend continûment sensiblement sur toute la superficie de la face intérieure du panneau 10 considéré. La résistivité électrique des plaques de connexion 20 et 22 étant nettement inférieure à celle du matériau de la couche 21, les plaques 20 et respectivement 22 sont aux mêmes potentiels électriques sur toute leurs superficies et le flux de chaleur produit par tous les panneaux 10 est donc sensiblement homogène sur toutes leurs faces intérieures. Par conséquent, on constate que l'homogénéité de la température dans l'espace de travail 3 est améliorée en raison de la limitation voire de la disparition des gradients de température dans chaque panneau de l'enceinte, parallèlement au plan du panneau considéré. On notera que le chauffage d'objets placés dans l'espace de travail 3 est alors assuré essentiellement par conduction et non plus par convection, seuls des phénomènes transitoires de convection apparaissant lors de l'introduction d'un objet à chauffer. De manière générale, ce résultat peut être atteint en utilisant un matériau de couche 21 dont la résistivité électrique est nettement supérieure à celle des plaques de connexion 20 et 22, et par exemple supérieure d'au moins un facteur 109. En particulier, la résistivité électrique de la couche 21 peut être supérieure à 1200Q. m et celle des plaques de connexion 20 et 22 inférieure à 7. 10-7Q. m. Le matériau de la couche 21 sera de préférence un polymère intrinsèque ou un matériau composite comprenant une résine telle qu'époxy ou polyester, chargée d'éléments électriquement conducteurs tels que des fibres de carbone ou des particules de poudre métallique. Les plaques de connexion 20 et 22 seront de préférence réalisées en métal, tel que de l'acier inoxydable, ou tout autre matériau ayant une conductivité électrique suffisante et compatible avec l'utilisation de l'enceinte. De manière générale, le matériau de la couche 23 possédera une bonne tenue mécanique et adhérera aux plaques 20 et 22. Les mousses de polyuréthanne ou de polyester sont particulièrement bien adaptées. L'épaisseur de la couche 23 sera liée au niveau de déperdition thermique admis, ce niveau valant généralement 1 à 2 W. m-2. K-1. L'épaisseur de la couche 23 serait alors d'environ 15 à 20mm pour une mousse de polyuréthanne de masse volumique d'environ 40 kg/m3. Par ailleurs, grâce à leur structure sandwich, les panneaux 10 ont une tenue mécanique satisfaisante. On notera que les panneaux 10 peuvent être raccordés électriquement non pas par des cornières 28 mais par des fils électriquement conducteurs lorsque la puissance de chauffage est faible. On notera également que les principes ci-dessus peuvent s'appliquer à des enceintes de formes variées et à des panneaux 10 qui s'étendent le long de surfaces directrices autres que planes, par exemple courbes. De manière plus générale, les plaques de connexion 20 des panneaux 10 peuvent être revêtues d'une couche d'isolation électrique, permettant ainsi l'utilisation de tensions plus élevées pour alimenter les panneaux 10. De manière encore plus générale, seuls certains panneaux de l'enceinte peuvent présenter les principes ci-dessus. De préférence, ce sera le cas pour au moins un panneau de la cuve 4 d'une enceinte 1 dont l'enveloppe 2 comprend une cuve 4 et une porte 5. Dans une variante préférée, ce sera le cas pour tous les panneaux de la cuve 4. 1 REVENDICATIONS 1. Panneau (10) pour former une enveloppe (2) d'une enceinte de travail (1), lequel panneau s'étend le long d'une surface géométrique directrice et comprend des moyens électriques (11) de chauffage destinés à être raccordés à une alimentation électrique (12), caractérisé en ce que les moyens électriques de chauffage comprennent deux plaques (20,22) de connexion à l'alimentation électrique, ces deux plaques étant espacées l'une de l'autre, et une couche (21) électriquement résistive interposée entre les deux plaques de connexion (20,22), et en ce que la couche électriquement résistive et les plaques de connexion s'étendent le long de la surface géométrique directrice sensiblement continûment sur toute la superficie du panneau (10) pour former une résistance électrique chauffante. 2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistivité électrique de la couche (21) électriquement résistive est supérieure d'au moins un facteur 109 par rapport à celle des plaques de connexion (20, 22). 3. Panneau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la résistivité électrique des plaques de connexion (20,22) est inférieure à 7. 10-7Q. m. 4. Panneau selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques de connexion (20,22) sont réalisées en métal. 5. Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistivité électrique de la couche (21) électriquement résistive est supérieure à 1200Q. m. 6. Panneau selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche (23) d'isolation thermique qui s'étend le long de la surface géométrique directrice. 7. Panneau selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un parement extérieur (24), les plaques de connexion électrique (20,22) et la couche (21) électriquement résistive formant un parement intérieur, et en ce que la couche (23) d'isolation thermique est disposée entre le parement intérieur et le parement extérieur. 8. Enceinte de travail (1) comprenant une enveloppe (2), laquelle enveloppe comporte des panneaux (10) délimitant intérieurement un espace de travail (3), au moins un panneau (10) de l'enveloppe comprenant des moyens électriques (11) de chauffage, caractérisée en ce que ledit panneau est un panneau selon l'une des revendications précédentes. 9. Enceinte selon la revendication 8, caractérisée en ce que deux panneaux adjacents (10) sont des panneaux selon l'une des revendications 1 à 7, et en ce que les plaques de connexion (20,22) de ces panneaux (10) sont raccordées électriquement. 10. Enceinte selon la revendication 9, caractérisée en ce que lesdits deux panneaux adjacents (10) forment un angle, et en ce que l'enceinte comprend des cornières (27) fixées aux plaques de connexion (20, 22) des deux panneaux adjacents (10) pour les raccorder électriquement.