Brevet FR2921194A1 — publié le 20090320

CABLE AUTOREGULANT A COMPORTEMENT CTP ET A PUISSANCE ELECTRIQUE MODULABLE, SON CONNECTEUR, UN DISPOSITIF LES COMPRENANT ET UTILISATION DE CE DERNIER. La présente invention porte sur un câble autorégulant à comportement CTP et à puissance électrique modulable, son connecteur spécifique, un dispositif comprenant ledit câble et ledit connecteur ainsi que l'utilisation de ce dispositif pour générer une puissance électrique modulable à partir d'un câble unique. Dans le cadre d'applications de mise hors gel et de maintien en température, il existe des câbles à comportement CTP (Coefficient de Température Positif), c'est-à-dire des câbles pour lesquels on pourra observer une augmentation de leur résistance électrique avec la température jusqu'à ce qu'ils délivrent un courant de très faible intensité, voire nul. En effet, lorsque ces câbles sont soumis à une tension électrique quelconque, le courant électrique va échauffer le matériau par effet joule, la quantité d'énergie thermique dégagée par effet joule induira une mobilité des chaînes macromoléculaires, un éloignement des particules conductrices les unes des autres et une dilatation du matériau. Cette augmentation de la température interne du câble, augmentera donc la résistance du câble, ce qui aura pour finalité de diminuer la puissance électrique du câble. Par conséquent, cette diminution progressive de la puissance électrique va se poursuivre jusqu'à atteindre une puissance nulle et donc une température limite d'auto échauffement du matériau. Le câble peut ainsi s'autoréguler en résistance électrique donc en puissance électrique et par conséquent en température. Une des particularités de ces câbles est qu'ils peuvent être autorégulants de part la nature de leur matériaux de composition. Ceci a d'ailleurs été décrit par la Société déposante dans les demandes EP0965138B1 et FR 0705142. De manière générale, l'autorégulation du câble vient du fait qu'en modifiant la température interne du câble, la puissance électrique générée par ce dernier sera également modifiée. Cela dit, il est impossible aujourd'hui de retrouver sur le marché un câble à comportement CTP pouvant générer différentes puissances à une température donnée, ainsi qu'un connecteur spécifiquement adapté pour ce type de câbles. Il existe cependant des câbles, par exemple le VLBTV de la Société RAYCHEM, possédant un nombre de conducteurs électriques supérieur à deux, mais la fonction de ces conducteurs est l'augmentation de la section totale des conducteurs pour des applications de chauffage ou maintien en température sur de longues distances et cela sous 480 et 600V. Il existe donc un besoin réel pour un câble à comportement CTP permettant de générer différentes puissances électriques à une température donnée. La Société déposante, après de nombreuses recherches a eu le grand mérite de trouver un câble autorégulant à comportement CTP (Coefficient de Température Positif) et à puissance électrique modulable répondant parfaitement à ces critères. Le câble selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois conducteurs électriques séparés par un alliage de polymères dit à comportement CTP, les conducteurs électriques étant tous destinés à être connectés deux à deux. Par � connecté deux à deux � on entend ou bien un conducteur connecté à un autre conducteur ou bien au moins deux conducteurs court-circuités entre eux, la résultante étant connectée à un autre conducteur. 3 Le câble selon l'invention contient au moins trois conducteurs électriques enrobés dans un alliage semi-conducteur à base de polymères chargé de particules conductrices électriques. Cet alliage à base de polymères présente un comportement CTP, c'est-à-dire, une augmentation de sa résistance électrique avec la température jusqu'à délivrer un courant de très faible intensité voire nul. Cet alliage de polymères peut être tel que décrit dans le brevet EP0965138 ou dans la demande FR0705142. Plus particulièrement, il comprend une polyoléfine polaire, une charge conductrice et un polymère de matrice. La polyoléfine polaire, éventuellement chargée totalement ou partiellement avec du noir de carbone, est choisie dans le groupe comprenant les copolymères d'éthylène/acétate de vinyle, les copolymères d'éthylène/acrylate d'alkyle en C1-C6, ou leurs mélanges. Le polymère de matrice quant à lui peut être choisi parmi les poly(alkylène en Cl-C4) téréphtalates, les polyamides, les polypropylènes, les polycarbonates, les copolymères de polyester et de polyéther, les polyméthacrylates de méthyle ou leurs mélanges. La nature du polymère est définie par les conditions d'utilisation de l'alliage, son aptitude à avoir un comportement CTP dans la plage de température souhaitée ainsi qu'en fonction des caractéristiques mécaniques pouvant lui conférer une géométrie particulière et des déformations spécifiques de type flexible. Selon un mode de réalisation préférentielle, le câble autorégulant à puissance électrique modulable selon l'invention est caractérisé en ce que la quantité d'alliage de polymères séparant les deux conducteurs connectés détermine la résistance du câble. La présente invention permet donc par la sélection des conducteurs connectés deux à deux d'obtenir différentes valeurs de résistance électrique (ohmique) et par conséquent, de puissance électrique du câble. En effet, puisque la résistance est fonction de la quantité de matière polymère séparant deux conducteurs connectés, pour moduler cette résistance, il suffit de connecter des conducteurs plus ou moins distants les uns des autres. Lors du branchement du câble, il est possible de sélectionner les conducteurs donnant la résistance électrique adaptée à l'application désirée: le même câble peut ainsi fournir une combinaison de résistances électriques, donc, de différentes puissances électriques pour une même température et chaque puissance aura sa propre évolution en fonction de la température. Le câble selon l'invention peut être fabriqué par le procédé décrit dans le brevet EP0965138 ou dans celui de la demande FR 0705142. Particulièrement, ledit procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes dans lesquelles : - on mélange les différentes composantes d'un alliage de polymères compatibles comprenant une polyoléfine polaire, un polymère de matrice, une charge conductrice telle que du noir de carbone et éventuellement des charges non conductrices, - on extrude le mélange ainsi obtenu afin d'obtenir des granulats, - on extrude les granulats autour de torons électriquement 30 conducteurs (i.e. les conducteurs), - on recouvre ensuite le ruban ainsi formé d'un matériau électriquement isolant, - on insère l'ensemble dans un manchon métallique protecteur et enfin, 35 -on entoure le manchon d'une gaine isolante. Selon un mode de réalisation préférentielle, le câble autorégulant à puissance électrique modulable selon l'invention est caractérisé en ce que lesdits conducteurs électriques sont tous identiques. Selon un mode de réalisation préférentielle, le câble autorégulant à puissance électrique modulable selon l'invention est caractérisé en ce qu'au moins un desdits conducteurs électriques est de section différente. Dans ce cas, la modulation peut également se faire par le branchement à un conducteur de section différente. Les conducteurs électriques sont constitués à partir d'un matériau choisi dans le groupe comprenant notamment le cuivre, le cuivre nickelé, le cuivre étamé, l'aluminium et leurs mélanges. De façon générale, tous les conducteurs sont en matériau identique. Cependant, selon un mode de réalisation préférentielle, afin d'augmenter les applications possibles du câble selon l'invention, ce câble autorégulant à puissance électrique modulable est caractérisé en ce qu'au moins un desdits conducteurs électriques est: fabriqué à partir de matériaux différents. Selon un mode de réalisation préférentielle, le câble autorégulant à puissance électrique modulable selon l'invention est caractérisé en ce que la distance entre deux conducteurs électriques successifs est identique. Selon un mode de réalisation préférentielle, le câble autorégulant à puissance électrique modulable selon l'invention est caractérisé en ce que la distance entre deux conducteurs électriques successifs est différente. Le câble selon l'invention comporte les avantages 35 suivants : 6 - il réduit considérablement le nombre de références de câble, par l'utilisation d'un seul câble permettant de générer plusieurs puissances électriques, - il peut servir de câble multi usages en tension 5 d'alimentation, - il est facile d'adapter les outillages de fabrication pour obtenir quatre, six, huit conducteurs électriques dans un seul et même câble, et - il autorise la suppression de composante comme un 10 thermostat. La présente invention porte également sur un connecteur destiné à un câble autorégulant à comportement CTP et à puissance électrique modulable selon l'invention, 15 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen permettant de le relier à l'alimentation électrique et un moyen permettant de connecter les conducteurs électriques deux à deux. Selon un mode de réalisation préférentielle, le 20 connecteur selon l'invention est caractérisé en ce que le moyen de connexion est à bouton rotatif, la rotation de celui-ci perme':tant de présélectionner la mise en contact des conducteurs du câble avec l'alimentation électrique. 25 Selon un mode de réalisation préférentielle, le connecteur selon l'invention est caractérisé en ce que le moyen de connexion est à translation, la translation des contacts électriques permettant de présélectionner la mise en contact des conducteurs du câble avec l'alimentation 30 électrique. Selon un mode de réalisation préférentielle, le connecteur selon l'invention est caractérisé en ce que le moyen de connexion est à fiche, la fiche permettant de 35 présélectionner la mise en contact des conducteurs du câble avec l'alimentation électrique en connectant lesdits conducteurs dans le boitier pour sélectionner la valeur de 7 résistance. D'autres moyens de connexion sont envisageables comme les boutons poussoirs, les interrupteurs électroniques et les relais. La présente invention porte également sur un dispositif permettant de générer une puissance électrique modulable, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un câble selon l'invention et au moins un connecteur selon l'invention. La présente invention porte en outre sur l'utilisation du dispositif selon l'invention pour générer une puissance électrique modulable à l'aide d'un câble unique comprenant au moins trois conducteurs électriques insérés dans un alliage dit à comportement CTP, cet alliage étant lui-même composé de polymères chargés de particules conductrices électriques. Ainsi, à l'aide d'un seul et même câble, l'utilisateur peut choisir la puissance qu'il souhaite. Pour ce faire, il connecte ensemble les deux conducteurs qui lui permettront d'obtenir ladite puissance. Si, en cours d'utilisation ou pour une autre application il désire obtenir une autre puissance, connectera alors ensemble d'autres conducteurs. Ainsi, il n'a plus besoin de changer de câble. D'autres aspects, objets, avantages et caractéristiques de l'invention, seront présentés à la lecture de la description non restrictive qui suit et qui décrit des modes de réalisation préférés de l'invention donnés par le biais d'exemples seulement par référence aux figures suivantes, sur lesquelles : -la figure 1 représente un câble à comportement CTP 35 conventionnel, 8 - la figure 2 représente un câble à comportement CTP selon l'invention, - la figure 3 représente différentes variantes du câble 5 selon l'invention, -la figure 4 est une représentation schématique d'un moyen de connexion à bouton rotatif, 10 -la figure 5 est une représentation schématique d'un moyen de connexion à translation, - la figure 6 est une représentation schématique d'un moyen de connexion à fiche, - la figure 7 est une représentation graphique des différentes résistances électriques pouvant être obtenues en fonction du branchement des conducteurs électriques sur un échantillon à quatre conducteurs, et - la figure 8 est une représentation graphique des possibilités d'obtention d'une puissance croissante en fonction des choix des conducteurs. 25 Sur la figure 1 est représenté un câble autorégulant à comportement CTP conventionnel constitué par des conducteurs électriques (1) enrobés dans un alliage de polymères dit à comportement CTP (2). La quantité d'alliage de polymères séparant les deux conducteurs détermine la 30 résistance et est représentée par R1. Sur la figure 2 est représenté un câble selon l'invention constitué par des conducteurs électriques (3, 4 et 5) enrobés dans un alliage de polymères dit à 35 comportement CTP (2). La quantité d'alliage de polymères séparant les divers conducteurs détermine la résistance : la résistance entre les conducteurs 3 et 4 est représentée 15 20 9 par R1 ; la résistance entre les conducteurs 4 et 5 est représentée par R2, la résistance entre les conducteurs 3 et 5 est représentée par R3 et la résistance entre d'une part la résultante du court-circuit des conducteurs 3 et 4 et d'autre part du conducteur 5 est représentée par R4. Ainsi, la résistance est modifiée selon le choix des conducteurs connectés ensembles. Sur les figures 3A, 3B, 3C et 3D sont représentées différentes variantes du câble selon l'invention. Sur la figure 3A est représenté un câble à quatre conducteurs électriques de sections différentes (6 à 9) répartis de façon différente à l'intérieur du câble créant ainsi de multiples possibilités de résistances. Sur les figures 3B et 3C est représenté un câble à quatre conducteurs électriques de sections différentes (10 à 17) répartis de façon différente à l'intérieur des câbles de géométries diverses créant ainsi différentes possibilités de résistances. Sur la figure 3D est représenté un câble à quatre conducteurs électriques de sections identiques (18 à 21) répartis de façon identique dans le câble créant ainsi diverses possibilités de résistances. Il est donc possible d'obtenir différentes résistances et donc différentes puissance en fonction de la température en faisant varier la section des conducteurs électriques, leur répartition à l'intérieur même du câble, par la sélection des conducteurs connectés ensemble, tout en ayant la possibilité de créer des câbles de géométries différentes. Sur la figure 4 est représenté un moyen de connexion à bouton rotatif permettant de sélectionner la résistance R5 ou R6 du câble à comportement CTP selon l'invention. Pour sélectionner la résistance R5, il suffit de tourner le bouton rotatif de manière à ce que les contacts électriques (22) du bouton rotatif puissent entrer en contact avec les conducteurs électriques 23 et 25. De manière similaire, afin de sélectionner la résistance R6, il suffit de tourner lo le bouton rotatif de manière à ce que les contacts électriques (22) du bouton rotatif puissent entrer en contact avec les conducteurs électriques 24 et 26. Sur la figure 5 est représenté un moyen de connexion à translation permettant de sélectionner la résistance R7 ou R8 du câble à comportement CTP selon l'invention. Pour sélectionner la résistance R7, il suffit de déplacer les contacts électriques (27) de manière à ce qu'ils puissent entrer en contact avec les conducteurs 28 et 30. De manière similaire, afin de sélectionner la résistance R8, il suffit de déplacer les contacts électriques (27) de manière à ce qu'ils puissent entrer en contact avec les conducteurs électriques 29 et 31. Sur la figure 6 est représenté un moyen de connexion à fiche permettant de sélectionner la résistance R9 ou R10 du câble à comportement CTP selon l'invention. Pour sélectionner la résistance R9, il suffit d'insérer les conducteurs électriques 32 et 33 du câble dans les fiches correspondantes 35 et 36 du boitier connecteur (38). De manière similaire, afin de sélectionner la résistance R10, il suffit d'insérer les conducteurs électriques 32 et 34 du câble dans les fiches correspondantes 35 et 37 du boitier connecteur (38). EXEMPLES Exemple 1 : Résistance en fonction des branchements. 30 On a préparé un câble autorégulant à quatre conducteurs électriques tel que représenté sur la Figure 3D de la présente demande, la préparation dudit câble ayant été faite selon l'exemple 1 de la demande de brevet FR 35 0705142. On a réalisé les différents branchements suivants entre les conducteurs : A : 20 et 21, B : 18 et 20, C : 18 et 21, D : 18 et 19, E : 19 et 21. Le nom de la courbe correspond à celui des branchements. Pour chaque branchement, les mesures de résistances sont effectuées tous les mètres sur une longueur totale de 30 mètres. Les résultats sont présentés par les courbes de la Figure 7. Cette dernière montre les différentes résistances électriques que l'on peut obtenir en fonction du branchement des conducteurs électriques sur un câble à quatre conducteurs. La figure 7 montre la parfaite symétrie de l'élément chauffant à comportement CTP avec l'isotropie des propriétés électriques du câble, l'homogénéité de la répartition des charges conductrices à comportement CTP de l'alliage. Cela permet d'avoir plusieurs résistances identiques et non identiques sur un même produit. Cette combinaison de connexion offre la possibilité d'avoir plusieurs puissances de câble et cela permet aussi de multiplier la résistance d'un câble. La multiplication de la résistance offre la possibilité d'augmenter la quantité de production d'un câble avec une seule résistance : en effet avec un câble à quatre conducteurs, nous avons la possibilité de couper en deux le câble et d'avoir deux câbles avec la même résistance. En fonction du choix des conducteurs il est possible d'obtenir des résistances identiques ou non (symétrie des propriétés du câble, plusieurs combinaisons).35 12 Exemple 2 : Courbe de puissance. Un câble identique à celui mis en oeuvre dans l'exemple 1 a été utilisé. Les branchements suivants ont été successivement effectués : F : 18 et 21, G : 18 et 19 et H : 18 et 20. La puissance électrique en fonction de la température a été mesurée pour chaque branchement et les résultats sont illustrés sur la Figure 8. Le nom de la courbe correspond à celui des branchements. La figure 8 montre qu'en fonction du choix des conducteurs il est possible d'avoir différentes puissances. Le réglage de la puissance peut donc être fait en fonction du choix des connexions. Bien que la présente invention ait été décrite ci-dessus par le biais d'exemples de ses modes de réalisation préférées, il est entendu qu'elle peut être modifiée sans se détourner de l'esprit et de la nature de l'invention telle que définie dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Câble autorégulant à comportement CTP (Coefficient de Température Positif) et à puissance électrique modulable caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois conducteurs électriques séparés par un alliage de polymères dit à comportement CTP, les conducteurs électriques étant tous destinés à être connectés deux à deux. 2.Câble autorégulant à puissance électrique modulable selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'alliage de polymères séparant les deux conducteurs connectés détermine la résistance du câble. 3.Câble autorégulant à puissance électrique modulable selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits conducteurs électriques sont tous identiques. 4. Câble autorégulant à puissance électrique modulable selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un desdits conducteurs électriques est de section différente. 5. Câble autorégulant à puissance électrique modulable selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisé en ce qu'au moins un desdits conducteurs électriques est fabriqué à partir de matériaux différents. 6. Câble autorégulant à puissance électrique modulable selon l'une quelconques des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la distance entre deux conducteurs électriques successifs est identique. 7.Câble autorégulant à puissance électrique modulable selon l'une quelconques des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la distance entre deux conducteurs électriques successifs est différente. 8. Connecteur destiné à un câble autorégulant à comportement CTP et à puissance électrique modulable selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen permettant de le relier à l'alimentation électrique et un moyen permettant de connecter les conducteurs électriques deux à deux. 14 9. Connecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de connexion est à bouton rotatif, la rotation de celui-ci permettant de présélectionner la mise en contact des conducteurs du câble avec l'alimentation électrique. 10. Connecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de connexion est à translation, la translation des contacts électriques permettant de présélectionner la mise en contact des conducteurs du câble avec l'alimentation électrique. 11. Connecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de connexion est à fiche, la fiche permettant de présélectionner la mise en contact des conducteurs du câble avec l'alimentation électrique en connectant lesdits conducteurs dans le boitier pour sélectionner la valeur de résistance. 12. Dispositif permettant de générer une puissance électrique modulable, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et au moins un connecteur selon l'une quelconque des revendications 8 à 11. 13. Utilisation du dispositif selon la revendication 12 pour générer une puissance électrique modulable à l'aide d'un câble unique comprenant au moins trois conducteurs électriques insérés dans un alliage dit à comportement CTP, cet alliage étant lui-même composé de polymères chargés de particules conductrices électriques.