Brevet FR3033445A1 — publié le 20160909

CABLE CHAUFFANT A FLUX THERMIQUE ORIENTE La présente invention concerne le domaine des câbles chauffants, et porte en particulier sur un câble 5 chauffant plat, flexible, à flux thermique orienté. On connaît les câbles chauffants destinés à être fixés à un support à chauffer. Ceux-ci sont souvent fixés au support à chauffer par des colliers, ce qui rend l'efficacité de chauffe du support optimale au niveau des 10 colliers, et d'efficacité moindre entre les colliers. En outre, une partie non négligeable de la chaleur est généralement perdue du côté du câble non fixé au support à chauffer, ce qui diminue fortement le rendement du câble chauffant. 15 La présente invention vise à résoudre les inconvénients de l'état antérieur de la technique, en proposant un câble chauffant plat, flexible, à flux thermique orienté, ledit câble chauffant plat possédant au niveau de l'une de ses faces plates un isolant thermique et 20 au niveau de l'autre de ses faces plates une couche adhésive qui permet d'assurer un contact uniforme avec un support à chauffer afin d'augmenter l'efficacité de chauffe, et l'isolant thermique permettant d'orienter le flux thermique produit par le câble chauffant vers le 25 support à chauffer afin de réduire les déperditions thermiques sur les faces du câble chauffant ne nécessitant pas de chauffage. La présente invention a donc pour objet un câble chauffant plat, flexible, caractérisé par le fait qu'il 30 comprend : au moins deux conducteurs métalliques s'étendant suivant la direction longitudinale du câble chauffant ; 3033445 2 une matrice chauffante dans laquelle les conducteurs métalliques sont noyés ; un isolant électrique enveloppant la matrice chauffante, la matrice chauffante étant plate et possédant une face supérieure plate et une face inférieure plate de telle sorte que l'isolant électrique possède une face externe supérieure plate et une face externe inférieure plate ; un isolant thermique formé sur l'une des faces 10 externes supérieure et inférieure de l'isolant électrique ; et une couche adhésive formée sur l'autre des faces externes supérieure et inférieure de l'isolant électrique, la face adhésive de la couche adhésive étant celle opposée 15 à celle disposée sur l'isolant électrique et configurée pour coller le câble chauffant sur un support, l'isolant thermique et la couche adhésive étant accolés sur les côtés de l'isolant électrique de telle sorte que l'isolant thermique et la couche adhésive enveloppent l'isolant 20 électrique ; la résistance thermique de l'isolant thermique étant supérieure à celle de la couche adhésive de telle sorte qu'un flux thermique produit par la matrice chauffante est orienté vers la face externe de l'isolant 25 électrique portant la couche adhésive. Le câble chauffant est plat et de faible épaisseur, de préférence sous forme de ruban, conditionné ou non sous forme de bobine, et la matrice chauffante permet de chauffer par l'intermédiaire d'un courant 30 électrique circulant dans la matrice chauffante. Le câble peut avantageusement être coupé, pour dénuder les conducteurs métalliques en vue de la connexion 3033445 3 du câble chauffant à une source de courant par une borne, une fiche, une prise ou similaires. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la résistance thermique de l'isolant thermique 5 est ajustée par l'épaisseur de l'isolant thermique formé sur l'isolant électrique, notamment par rapport à l'épaisseur de la couche adhésive, ou par le choix du matériau de l'isolant thermique. Selon une caractéristique particulière de l'invention, le câble chauffant comprend en outre un écran thermique disposé entre l'isolant électrique et l'isolant thermique, l'écran thermique s'étendant de préférence sur toute la longueur du câble chauffant et s'étendant transversalement sur toute ou partie de la largeur de la face de l'isolant électrique sur laquelle est disposé l'isolant thermique, l'écran thermique étant avantageusement noyé dans l'isolant thermique, au voisinage de la face de l'isolant thermique en contact avec l'isolant électrique. Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'écran thermique peut recouvrir l'isolant thermique, l'isolant thermique se trouvant alors entre l'écran thermique et l'isolant électrique. Ainsi, l'écran thermique permet de davantage limiter le flux thermique traversant l'isolant thermique, orientant ainsi la plus grande partie du flux thermique produit par la matrice chauffante vers la couche adhésive et donc vers le support à chauffer. L'écran thermique peut être en polyester à faible 30 retrait, polyester stabilisé, complexe polyester non tissé et aluminium, complexe polyester non tissé et polyester, ou matériau de type polyétherimide (PEI). 3033445 4 L'isolant thermique peut être un polymère de type polyoléfine, fluoropolymère, polymère thermoplastique ou alliage de polymères. Le polymère de type polyoléfine peut, par 5 exemple, être du polyéthylène ou du polyéthylène réticulé. Le fluoropolymère peut, par exemple, être l'un parmi du FEP (éthylène propylène fluoré), du PVDF (polyfluorure de vinylidène), du ECTFE (polyéthylènechlorotrifluoroéthylène) ou du ETFE (éthylène 10 tétrafluoroéthylène). Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'isolant thermique est une gaine thermiquement isolante. L'homme du métier, en fonction du matériau 15 constituant la couche adhésive et du matériau constituant l'isolant thermique, ajuster l'épaisseur de l'isolant thermique pour orienter le flux selon l'invention. L'homme du métier saura également au besoin choisir un matériau pour l'isolant thermique. 20 Ainsi, la gaine thermiquement isolante permet de limiter le flux thermique traversant celle-ci, orientant ainsi une grande partie du flux thermique produit par la matrice chauffante vers la couche adhésive et donc vers le support à chauffer. 25 L'isolant thermique peut aussi avantageusement être un isolant électrique. La couche adhésive peut être un adhésif double face appliqué sur la face externe de l'isolant électrique opposée à celle sur laquelle est disposé l'isolant 30 thermique. Ainsi, l'adhésif double face permet d'assurer une surface de contact plus importante avec le support à chauffer afin d'augmenter l'efficacité de chauffe, et 3033445 5 l'isolant thermique permet d'orienter le flux thermique produit par la matrice chauffante vers le support chauffer afin de réduire les déperditions thermiques sur les faces du câble chauffant ne nécessitant pas de 5 chauffage. De plus, l'adhésif à double face permet une simplicité d'installation du câble chauffant sur un support à chauffer. Le câble chauffant étant plat et flexible, celui-ci peut, par exemple, facilement être enroulé sur 10 toute la longueur ou autour d'un support de type canalisation tout en assurant un contact uniforme avec le support de type canalisation. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la matrice chauffante peut être une matrice 15 chauffante semi-conductrice à coefficient de température positif. La matrice chauffante semi-conductrice peut être réalisée en polymère à base de polyoléfine ou fluoropolymère chargé de noir de carbone ou d'un mélange de 20 noir de carbone et de nanotubes de carbone. Le polymère à base de polyoléfine peut, par exemple, être du polyéthylène, et le fluoropolymère peut, par exemple, être du PVDF (polyfluorure de vinylidène), du FEP (éthylène propylène fluoré), du PFA (perfluoroalkoxy) ou du PEEK 25 (polyétheréthercétone). La matrice chauffante peut avantageusement avoir une résistance électrique qui varie en fonction de la température, pour une autorégulation de puissance électrique du câble chauffant. Des exemples de câbles chauffants autorégulés en température sont décrits dans le brevet américain US4876440. Selon une caractéristique particulière de l'invention, le câble chauffant comprend au moins deux 3033445 6 conducteurs métalliques s'étendant parallèlement suivant la direction longitudinale du câble chauffant. Chaque conducteur métallique peut avantageusement être un toron en cuivre nickelé. 5 Ainsi, le ou les torons de cuivre nickelé permettent de transporter un courant électrique à l'intérieur du câble chauffant afin de chauffer la matrice chauffante pour que cette dernière produise un flux thermique orienté vers le support à chauffer. 10 Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'isolant électrique est réalisé en polymère à base de polyoléfine. Ainsi, l'isolant électrique présente de bonnes caractéristiques diélectrique et mécanique. 15 Le polymère à base de polyoléfine peut, par exemple, être du polyéthylène ou de l'élastomère thermoplastique. Selon une caractéristique particulière de l'invention, le câble chauffant comprend en outre à chaque 20 extrémité des bornes pour l'alimentation en courant des conducteurs métalliques. Il peut également comprendre des fiches ou des prises. Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'épaisseur du câble chauffant est comprise 25 entre 0,1 et 15 mm et la largeur du câble chauffant est comprise entre 0,5 et 800 mm, sans que ces dimensions soient limitatives. Ainsi, le câble chauffant peut facilement être plié ou courbé afin d'optimiser le contact avec un support 30 à chauffer de forme quelconque. L'invention a également pour objet une bobine comprenant un câble chauffant tel que défini ci-dessus enroulé. 3033445 7 Ainsi, le câble chauffant étant plat et flexible, celui-ci peut facilement être enroulé en forme de bobine afin de rendre son conditionnement compact. Pour mieux illustrer l'objet de la présente 5 invention, on va en décrire ci-après, à titre illustratif et non limitatif, deux modes de réalisation préférés, avec référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : - la Figure 1 est une vue en coupe transversale d'un 10 câble chauffant selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; et - la Figure 2 est une vue en coupe transversale d'un câble chauffant selon un second mode de réalisation de la présente invention. 15 Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir qu'il y est représenté un câble chauffant 1 selon un premier mode de réalisation de la présente invention disposé sur un substrat à chauffer 2. 20 Le câble chauffant 1 est plat, flexible et de préférence à autorégulation de la puissance électrique en fonction de la température. Les modes de réalisation représentés sont à autorégulation de la puissance électrique en fonction de la température, mais l'invention 25 n'est pas limitée à cet égard et les câbles à simple matrice chauffante entrent dans le cadre de la présente invention. Le câble chauffant 1 comprend, sur toute sa longueur, deux conducteurs métalliques 3 s'étendant suivant 30 la direction longitudinale du câble chauffant 1, une matrice chauffante semi-conductrice à coefficient de température positif 4 dans laquelle les conducteurs 3033445 8 métalliques 3 sont noyés, et un isolant électrique 5 enveloppant la matrice chauffante semi-conductrice 4. La matrice chauffante semi-conductrice 4 est plate et possède une face supérieure plate et une face 5 inférieure plate de telle sorte que l'isolant électrique 5 possède une face externe supérieure plate et une face externe inférieure plate. Le câble chauffant 1 comprend en outre, sur toute sa longueur, un isolant thermique 6 disposé sur la face 10 externe supérieure de l'isolant électrique 5, et une couche adhésive représentée dans les modes de réalisation, sans que l'invention soit limitée à cet égard, sous la forme d'un adhésif à double face 7 disposé sur la face externe inférieure de l'isolant électrique 5. La couche adhésive 7 15 pourrait par exemple être extrudée avec l'isolant électrique 5, la face tournée vers l'extérieur de la couche adhésive 7 étant ensuite rendue adhésive. Il est à noter que l'isolant thermique 6 et l'adhésif à double face 7 pourraient respectivement être 20 disposés sur la face externe inférieure de l'isolant électrique 5 et sur la face externe supérieure de l'isolant électrique 5, sans s'écarter du cadre de la présente invention. L'adhésif à double face 7 est ensuite collé, par 25 un utilisateur, sur le substrat à chauffer 2 de telle sorte que le câble chauffant 1 est fixé au substrat à chauffer 2. Le substrat à chauffer 2 peut, par exemple, être une canalisation, une gouttière ou une rampe d'accès d'un bâtiment. 30 La résistance thermique de l'isolant thermique 6 est supérieure à celle de l'adhésif à double face 7 de telle sorte qu'un flux thermique produit par la matrice chauffante semi-conductrice 4 est orienté vers la face 3033445 9 externe de l'isolant électrique 5 portant l'adhésif double face 7, c'est-à-dire vers le substrat à chauffer 2. L'isolant thermique 6 est réalisé en polymère de type polyoléfine (par exemple, polyéthylène ou polyéthylène 5 réticulé), fluoropolymère (par exemple, FEP, PVDF, ECTFE ou ETFE), polymère thermoplastique ou alliage de polymères. Les deux conducteurs métalliques 3 sont deux torons en cuivre nickelé espacés l'un de l'autre, s'étendant parallèlement à la direction longitudinale du 10 câble chauffant 1. Il est à noter que le câble chauffant 1 pourrait comprendre plus que deux conducteurs métalliques 3, sans s'écarter du cadre de la présente invention. La matrice chauffante semi-conductrice 4 est 15 réalisée en polymère à base de polyoléfine (par exemple, polyéthylène) ou fluoropolymère (par exemple, PVDF ou FEP) chargé de noir de carbone. L'isolant électrique 5 est réalisé en polymère à base de polyoléfine (par exemple, polyéthylène ou 20 élastomère thermoplastique). L'épaisseur du câble chauffant 1 est comprise, de préférence, entre 0,1 et 15 mm et la largeur du câble chauffant 1 est comprise, de préférence, entre 0,5 et 800 mm, l'invention n'étant pas limitée à cet égard. 25 Lorsqu'un courant électrique est injecté dans les conducteurs métalliques 3, la matrice chauffante semiconductrice à coefficient de température positif 4 produit un flux thermique, ladite matrice chauffante 4 étant autorégulée en puissance électrique par rapport à la 30 température. L'isolant thermique 6 permet d'orienter le flux thermique produit par la matrice chauffante 4 vers le substrat à chauffer 2, une partie mineure 8 du flux thermique traversant l'isolant thermique 6 et une partie 3033445 10 majeure 9 du flux thermique traversant l'adhésif à double face 7 et atteignant le substrat à chauffer 2. Ainsi, l'adhésif à double face 7 permet d'assurer une surface de contact plus importante du câble chauffant 1 5 avec le substrat à chauffer 2 afin d'augmentation l'efficacité de chauffe, et l'isolant thermique 6 permet de réduire les déperditions thermiques sur les faces du câble chauffant 1 ne nécessitant pas de chauffage. Le câble chauffant 1 étant plat et flexible, 10 celui-ci peut facilement être enroulé sur toute la longueur d'un substrat à chauffer 2 de type canalisation tout en assurant un contact uniforme sur toute la longueur de la canalisation. Si l'on se réfère à la Figure 2, on peut voir 15 qu'il y est représenté un câble chauffant 11 selon un second mode de réalisation de la présente invention. Les éléments communs entre le premier mode de réalisation de l'invention sur la Figures 1 et ce second mode de réalisation de l'invention portent le même chiffre 20 de référence auquel on a ajouté 10, et ne seront pas décrits plus en détail ici lorsqu'ils sont de structures identiques. Le câble chauffant 11 comprend en outre, sur toute sa longueur, un écran thermique 20 disposé entre 25 l'isolant électrique 15 et l'isolant thermique 16. L'écran thermique 20 est réalisé en polyester à faible retrait, polyester stabilisé, complexe polyester non tissé et aluminium, complexe polyester non tissé et polyester, ou matériau de type polyétherimide (PEI). 30 Ainsi, l'écran thermique 20 permet de davantage limiter le flux thermique, produit par la matrice chauffante 14, traversant l'isolant thermique 16, orientant ainsi la plus grande partie du flux thermique produit par 3033445 11 la matrice chauffante semi-conductrice 14 vers l'adhésif à double face 17 et donc vers le support à chauffer. La disposition de l'écran thermique 20 entre l'isolant thermique 16 et l'isolant électrique 15 permet de 5 réduire l'épaisseur de l'isolant thermique 16 par rapport l'isolant thermique 6 de la Figure 1, permettant ainsi de réduire davantage l'épaisseur globale du câble chauffant 11. Il est à noter que l'épaisseur de l'isolant 10 thermique 16 pourrait également être identique l'épaisseur de l'isolant thermique 6 de la Figure 1, sans s'écarter du cadre de la présente invention. Le câble chauffant 1, 11 étant plat et flexible, de préférence en forme de ruban, celui-ci peut facilement 15 être enroulé en bobine afin de rendre son conditionnement compact. La présente invention porte également sur une bobine comprenant un câble chauffant 1, 11 selon la présente invention enroulé. 20 REVENDICATIONS1 - Câble chauffant (1 ,11) plat, flexible, caractérisé par le fait qu'il comprend : - au moins deux conducteurs métalliques (3, 13) s'étendant suivant la direction longitudinale du câble chauffant (1, 11) ; une matrice chauffante (4, 14) dans laquelle les conducteurs métalliques (3, 13) sont noyés ; un isolant électrique (5, 15) enveloppant la matrice chauffante (4, 14), la matrice chauffante (4, 14) étant plate et possédant une face supérieure plate et une face inférieure plate de telle sorte que l'isolant électrique (5, 15) possède une face externe supérieure plate et une face externe inférieure plate ; un isolant thermique (6, 16) formé sur l'une des faces externes supérieure et inférieure de l'isolant électrique (5, 15) ; et une couche adhésive (7, 17) formée sur l'autre des faces externes supérieure et inférieure de l'isolant électrique (5, 15), la face adhésive de la couche adhésive (7, 17) étant celle opposée à celle disposée sur l'isolant électrique (5, 15) et configurée pour coller le câble chauffant (1, 11) sur un support, l'isolant thermique (6, 16) et la couche adhésive (7, 17) étant accolés sur les côtés de l'isolant électrique (5, 15) de telle sorte que l'isolant thermique (6, 16) et la couche adhésive (7, 17) enveloppent l'isolant électrique (5, 15) ; la résistance thermique de l'isolant thermique (6, 16) étant supérieure à celle de la couche adhésive (7, 17) de telle sorte qu'un flux thermique produit par la matrice chauffante (4, 14) est orienté vers la face externe de 3033445 13 l'isolant électrique (5, 15) portant la couche adhésive (7, 17). 2 - Câble chauffant (11) selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un écran 5 thermique (20) disposé entre l'isolant électrique (15) et l'isolant thermique (16), l'écran thermique (20) s'étendant de préférence sur toute la longueur du câble chauffant (11) et s'étendant transversalement sur toute ou partie de la largeur de la face de l'isolant électrique (15) sur 10 laquelle est disposé l'isolant thermique (16). 3 - Câble chauffant (11) selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'écran thermique (20) est en polyester à faible retrait, polyester stabilisé, complexe polyester non tissé et aluminium, complexe 15 polyester non tissé et polyester, ou matériau de type polyétherimide (PEI). 4 - Câble chauffant (1, 11) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'isolant thermique (6, 16) est un polymère de type polyoléfine, 20 fluoropolymère, polymère thermoplastique ou alliage de polymères. 5 - Câble chauffant (1, 11) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'isolant thermique (6, 16) est aussi un isolant électrique. 25 6 - Câble chauffant (1, 11) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la couche adhésive (7, 17) est un adhésif double face appliqué sur la face externe de l'isolant électrique (5, 15) opposée celle sur laquelle est disposé l'isolant thermique (6, 16). 30 7 - Câble chauffant (1, 11) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la matrice chauffante (4, 14) est une matrice chauffante semiconductrice à coefficient de température positif. 3033445 14 8 Câble chauffant (1, 11) selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la matrice chauffante semi-conductrice (4, 14) est réalisée en polymère à base de polyoléfine ou fluoropolymère chargé de 5 noir de carbone ou d'un mélange de noir de carbone et de nanotubes de carbone. 9 - Câble chauffant (1, 11) selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que la matrice chauffante (4, 14) a une résistance électrique qui 10 varie en fonction de la température. 10 - Câble chauffant (1, 11) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux conducteurs métalliques (3, 13) s'étendant parallèlement suivant la direction longitudinale 15 du câble chauffant (1, 11). 11 - Câble chauffant (1, 11) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que chaque conducteur métallique (3, 13) est un toron en cuivre nickelé. 20 12 - Câble chauffant (1, 11) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'isolant électrique (5, 15) est réalisé en polymère à base de polyoléfine. 13 - Câble chauffant (1, 11) selon l'une des 25 revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre à chaque extrémité des bornes pour l'alimentation en courant des conducteurs métalliques (3, 13). 14 - Bobine comprenant un câble chauffant (1, 11) 30 selon l'une des revendications 1 à 13 enroulé.