Brevet FR2899055A1 — publié le 20070928

Dispositif chauffant électrique La présente invention concerne un dispositif chauffant électrique, notamment pour le chauffage par le sol, par les murs ou par le plafond. Le document WO 2005/020635 présente une structure chauffante de type élastomère, destinée à être utilisée dans les vêtements ou les sièges de voitures. Ladite structure comprend une structure conductrice à mailles et au moins deux électrodes incorporées dans ladite structure, alimentées par une tension continue. La structure fournit une puissance de chauffe fixe qui est contrôlée 10 par l'intermédiaire d'un thermostat, connecté entre lesdites électrodes. Toutefois, ce thermostat coupe ou rétablit le courant pour certaines valeurs de la température de la structure mais n'agit en aucun cas directement sur la puissance de chauffe de cette dernière. Ainsi, après l'installation d'une telle structure, il n'est plus possible de 15 faire varier la puissance de chauffe. Le choix de la puissance, c'est-à-dire de la structure chauffante, doit se faire avant l'installation et suivant l'application de ladite structure. De ce fait, son utilisation est limitée. De manière connue, la puissance de chauffe d'une structure chauffante peut également être régulée par l'agencement de plus de deux 20 électrodes dans une même structure chauffante, suivant la mise sous tension d'une ou de plusieurs électrodes. Cependant, leur mise en oeuvre pose des problèmes de sécurité si un branchement incorrect ou un problème de câblage de ces différentes électrodes a lieu pendant l'installation, fournissant ainsi une puissance de 25 chauffe soit trop importante, soit trop faible. L'invention vise à résoudre les problèmes de l'art antérieur en proposant un dispositif chauffant permettant de faire varier la puissance de 2 chauffe de manière simple, notamment après l'installation dudit dispositif, pour un coût relativement faible. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif chauffant électrique comprenant une structure chauffante, déformable dans au moins une direction et solidaire d'un support fixe, ladite structure comprenant un élastomère chargé avec une charge conductrice, des moyens d'alimentation électrique en contact avec la structure chauffante, et au moins un moyen de réglage de la déformation, solidaire de ladite structure, apte à déformer la structure chauffante dans la direction de manière à entraîner une modification de la puissance de chauffe de ladite structure. On entend par solidaire tout organe ou pièce mécanique qui dans son fonctionnement, est lié soit par contact, soit par un intermédiaire à un autre organe ou pièce mécanique. Les termes élastomère chargé avec une charge conductrice 15 signifient que la charge conductrice est dispersée de façon homogène dans une matrice polymère à base d'élastomère. On entend par déformation tout déplacement de la structure chauffante sous l'action d'une force provoquant un changement des dimensions de ladite structure. 20 De façon surprenante, la demanderesse a découvert qu'en déformant la structure chauffante selon l'invention la puissance de chauffe varie en fonction de l'amplitude de la déformation. En effet, plus la structure est déformée, plus sa résistivité va augmenter du fait de la rupture des chemins conducteurs, créés par les 25 différentes particules de la charge conductrice de la structure chauffante. Toute déformation de la structure chauffante entraîne ainsi une diminution de la puissance de chauffe de ladite structure. 3 Bien entendu, une limite existe lorsque la structure subit une amplitude de déformation trop importante ne permettant plus d'obtenir une conductivité suffisante dans le cadre de l'invention. Cette limite correspond à la rupture de tous les chemins conducteurs de la structure chauffante. Ce phénomène est appelé dé-percolation. Le dispositif proposé par la présente invention est donc un dispositif simple et peu encombrant puisqu'il ne nécessite pas l'emploi d'appareils volumineux et coûteux pour réguler la puissance de chauffe, notamment un transformateur de réglage. La puissance de chauffe est ainsi régulée directement par la variation de la résistance de la structure chauffante selon l'invention par déformation de cette dernière. Selon un mode de réalisation, la structure chauffante comprend une première et une deuxième partie solidaires du support fixe, la première partie est fixée sur un premier élément support, ledit premier élément support étant solidaire du moyen de réglage de la déformation. Selon un autre mode de réalisation, la deuxième partie de la structure chauffante est fixée sur un deuxième élément support, ledit deuxième élément support étant solidaire du support fixe. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comprend en outre une grille de protection en regard de la structure chauffante, permettant une diffusion homogène et optimale de la chaleur dégagée par le dispositif mis sous tension. De façon particulièrement avantageuse, la structure chauffante est 25 une structure à mailles. Dans un exemple particulier, l'élastomère est choisi parmi l'EPDM ou des résines silicones. 4 Dans un autre exemple particulier, la charge conductrice est du noir de carbone. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre en référence aux dessins annotés, lesdits exemples et dessins étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif. La figure 1 représente une vue schématique de dessous d'un dispositif chauffant selon l'invention. La figure 2 représente une vue schématique en coupe selon l'axe 10 A-A du dispositif chauffant selon la figure 1 , comprenant en outre une plaque de protection 12. La figure 3 représente l'évolution de la résistivité en fonction de la température d'une structure chauffante selon l'invention pour différents allongements de la structure, sous une alimentation de 40V DC. 15 La figure 4 représente l'évolution de la résistivité en fonction de la température d'une structure chauffante selon l'invention pour différents allongements de la structure, sous une alimentation de 80V DC. La figure 5 représente l'évolution de la puissance de chauffe d'une structure chauffante selon l'invention en fonction du temps. 20 Dans un exemple particulier de réalisation et comme représenté sur la figure 1, le dispositif chauffant 1 comprend une structure déformable 2, sensiblement rectangulaire, à mailles de forme hexagonale. La structure 2 est réalisée par injection moulage d'un élastomère chargé avec une charge conductrice en incorporant, lors dudit moulage, des 25 moyens 3 d'alimentation électrique de type électrodes métalliques à deux de ses extrémités 7a, 7b opposées. Les deux électrodes 3 sont reliées à une source de courant par des connecteurs électriques 4 afin de mettre sous tension la structure chauffante 2. Selon les figures 1 et 2, la structure chauffante 2 est solidaire d'un 5 support fixe 5 du type cadre métallique portant deux éléments supports 8a, 8b. Pour éviter tout risque de court-circuit, la structure chauffante 2 est isolée électriquement de tous les éléments en contact direct avec elle et susceptibles d'être un conducteur électrique. Par exemple, la structure chauffante peut être recouverte, par une couche d'élastomère isolant ayant sensiblement les mêmes propriétés mécaniques que l'élastomère de la structure chauffante 2. Identiquement, les zones de fixation de la structure chauffante 2 peuvent être isolées du support rigide et/ou des éléments supports 8a, 8b par leur recouvrement avec un matériau isolant bien connu de l'homme du métier. Les deux extrémités 7a, 7b opposées sont fixées respectivement sur les éléments supports 8a, 8b à l'aide de plaques de fixation 9a, 9b, comme représenté sur la figure 2. Le premier élément support 8a est mobile par rapport au support fixe 5 et peut se déplacer par exemple en coulissant le long dudit support fixe 5, tandis que le second élément support 8b est fixé au support fixe 5. Dans la position initiale de la structure, les deux éléments supports 8a, 8b sont séparés par une distance suffisante pour ne pas déformer la structure 2 dans la direction X. La conductivité, et donc la puissance de chauffe, est alors maximale lorsque la structure 2 n'est pas déformée. Un élément de réglage 6 de la déformation, solidaire du premier élément support 8a, permet d'entraîner ledit élément support 8a et, de ce fait 6 l'extrémité 7a, dans la direction X afin d'amplifier la déformation de la structure 2 et de diminuer ainsi la puissance de chauffe de la structure 2. L'amplitude de la déformation de la structure chauffante 2 est limitée par la butée de l'élément support 8a sur le support fixe 5 ou sur une butée 5 fixe 10 intégrée ou non au support fixe 5, comme représenté sur la figure 2. Comme représenté sur la figure 2, l'élément de réglage 6 de la déformation est du type vis de réglage 6a sur laquelle est agencée une poignée 6b pour permettre la rotation manuelle de ladite vis 6a et déplacer le premier élément support 8a, ledit élément de réglage étant solidaire du 10 support fixe 5. Bien entendu, il est possible de ramener le premier élément support 8a dans la direction opposée à la direction X, notamment dans la position où la structure 2 reprend ses dimensions initiales, sans déformation, en agissant sur la vis de réglage 6a. 15 Selon la figure 2, le dispositif 1 est intercalé entre une grille 11 de protection et une plaque 12 de protection, la grille 11 et la plaque 12 étant, par exemple, fixées sur le support fixe 5. Le dispositif 1 peut être installé typiquement sur un mur par l'intermédiaire de la plaque 12 de protection en utilisant des vis de fixation. 20 Les connecteurs électriques 4, reliant les deux électrodes 3, sont raccordés à une prise électrique pour la mise sous tension de la structure chauffante 2. Le dispositif 1 ainsi fixé présente l'avantage d'être peu encombrant, notamment en terme d'épaisseur dudit dispositif. 25 De plus, il permet de moduler la puissance de chauffe à tout instant et de façon simple par action sur l'élément de réglage 6 de déformation. 7 En outre, le dispositif 1 peut également être fixé au mur directement à l'aide du support fixe 5, si le dispositif ne comprend pas de plaque 12 de protection. Afin de montrer les avantages obtenus avec le dispositif chauffant selon l'invention, des mesures de résistivité avec différents degrés de déformation sont effectuées sur une structure chauffante à mailles en forme d'hexagone. La structure chauffante est une structure rectangulaire de 13 cm de largeur sur 17 cm de longueur, avec une épaisseur de 2 mm. L'élastomère chargé, pour fabriquer la structure chauffante, est une résine silicone liquide bi-composants, chargée avec du noir de carbone, référencée Powersil 464 par la société Wacker. L'élastomère chargé est moulé, par injection moulage, dans une presse chauffante à 175 C pendant 15 minutes à 50 bars. Préalablement à cette étape de moulage, deux électrodes en cuivre sont placées dans la presse afin que l'élastomère chargé injecté enrobe lesdites électrodes. Ces électrodes sont positionnées au niveau des extrémités 7a, 7b opposées de la structure chauffante 2, sensiblement près des bords, comme 20 représenté sur les figures 1 et 2. Après refroidissement et démoulage, un maillage régulier est formé, entre les deux électrodes, à l'aide d'un emporte-pièce. Les motifs du maillage de la structure chauffante peuvent également être réalisés lors de l'étape de moulage, à l'aide d'un moule comprenant 25 lesdits motifs. 8 Il est également important de prendre en considération le phénomène de coefficient négatif de température (NTC) et le phénomène de coefficient positif de température (PTC). En effet, l'augmentation de la température de la structure provoque une agitation thermique qui favorise le mouvement de porteurs électroniques dans la structure et donc la diminution de la résistivité de la structure : c'est le phénomène NTC. L'augmentation de la température peut également provoquer le phénomène PTC qui est associé à une augmentation de la résistivité de la structure. L'élastomère tend à se dilater, de manière beaucoup plus importante que les charges en présence, ce qui a pour effet de séparer les particules de la charge conductrice. Il se produit alors le phénomène de dé-percolation, déjà décrit précédemment. Un premier essai est réalisé avec une alimentation de 40V DC, avec laquelle la structure ne chauffe pas. La résistivité de la structure est mesurée dans le cas d'une structure non déformée, déformée à 8,5% et à 13,0% dans le sens de sa largeur. Un second essai est réalisé dans les mêmes conditions que le premier essai mais avec une alimentation de 80V DC, permettant à la 20 structure de chauffer. Les résultats de ces deux essais sont représentés respectivement sur les figures 3 et 4. Comme représenté sur la figure 3, l'effet NTC est observé jusqu'à une température de 80 C, laissant ensuite apparaître l'effet PTC pour les 25 températures supérieures à 80 C, quel que soit le pourcentage de déformation de la structure. Bien entendu, pour une même température, plus la structure est déformée, plus la résistivité est grande. 9 Les mêmes conclusions peuvent être formulées à l'égard de la figure 4, à l'exception près que l'effet NTC est beaucoup moins visible dans ce cas. Enfin, un troisième essai est réalisé pour vérifier la stabilité de la structure par rapport à l'effet PTC lorsque la structure subit une déformation 5 de l'ordre de 13%. La figure 5 représente l'évolution de la puissance de chauffe dans le temps du dispositif chauffant pour une alimentation de 80V DC avec une déformation de la structure de l'ordre de 13%. Il est ainsi démontré que le dispositif chauffant se stabilise de façon 10 très satisfaisante après 15 minutes de diminution de la puissance de chauffe due à l'effet PTC. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits et porte dans sa généralité sur tous les dispositifs envisageables à partir des indications générales fournies dans 15 l'exposé de l'invention. La forme de la structure chauffante et de sa maille peuvent varier, par exemple, la forme de la structure peut être un disque dont la maille est de forme losange. Par ailleurs, le moyen de déformation peut être commandé par un 20 système électronique motorisé. De plus, la structure chauffante peut comprendre plusieurs moyens de déformations aptes à déformer ladite structure dans plusieurs directions. Enfin, la structure chauffante peut par ailleurs contenir un ou plusieurs additifs destinés à améliorer une ou plusieurs de ses propriétés 25 finales. Tous les additifs de polymères connus de l'état de la technique sont concernés, comme par exemple des agents plastifiants, des agents antioxydants, des agents de dispersion, des agents hydrophobes, des agents ignifuges, des agents de réticulation, etc. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) chauffant électrique comprenant : - une structure chauffante (2), déformable dans au moins une direction (X) et solidaire d'un support fixe (5), ladite structure comprenant un élastomère chargé avec une charge conductrice, - des moyens (3) d'alimentation électrique en contact avec la structure chauffante, et - au moins un moyen de réglage (6) de la déformation, solidaire de ladite structure (2), apte à déformer la structure chauffante (2) dans la direction (X) de manière à entraîner une modification de la puissance de chauffe de ladite structure (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure chauffante (2) comprend une première et une deuxième parties (7a, 7b) solidaires du support fixe (5), la première partie (7a) est fixée sur un premier élément support (8a), ledit premier élément support (8a) étant solidaire du moyen de réglage (6) de la déformation. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième partie (7b) de la structure chauffante (2) est fixée sur un deuxième élément support (8b), ledit deuxième élément support (8b) étant solidaire du support fixe (5). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend en outre une grille (11) de protection en regard de la structure chauffante (2). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure chauffante (2) est une structure à mailles.30 11 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élastomère est choisi parmi l'EPDM ou des résines silicones. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la charge conductrice est du noir de carbone.