Brevet FR3076430A1 — publié le 20190705

- 1 - Dispositif de chauffage sans contact DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La presente invention est relative a un dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact permettant de chauffer une surface plane ou courbe de faible ou de forte epaisseur d'une piece quelconque. DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR Les situations necessitant un dispositif de chauffage sont nombreuses. Par exemple, la reparation d'un impact sur la surface du fuselage d'un aeronef necessite classiquement la mise en oeuvre d'un chauffage afin d'accelerer a des fins de reparation, la polymerisation de la resine constituant le materiau composite du fuselage. Une telle operation se heurte a plusieurs difficultes, parmi celles-ci : - la portion de fuselage a chauffer peut presenter une courbe, - la portion de fuselage a chauffer peut presenter une petite surface, - la portion de fuselage a chauffer peut presenter une epaisseur differente sous ladite surface, - la portion de fuselage a chauffer peut presenter des inserts ou etre associee a des elements en materiaux differents, - la portion de fuselage ou bien l'aeronef peuvent etre positionnes dans une zone a atmosphere dangereuse de type ATEX (reservoir de kerosene/essence, etc..) Le chauffage d'une surface allant au-dela de la portion a reparer peut avoir pour inconvenient d'endommager le fuselage. De plus, la presence d'une courbe rend le chauffage heterogene. Le chauffage d'une surface sous laquelle peuvent etre presents des inserts ou des elements en materiaux differents a pour inconvenient de creer un chauffage heterogene. Le chauffage en atmosphere dangereuse necessite lorsqu'il est possible des precautions particulieres rendant ('operation longue et couteuse. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Le dispositif de chauffage uniforme suivant la presente invention permet a titre d'exemple non limitatif d'accelerer la polymerisation de resine, de chauffer des pieces en materiaux composites se situant dans une atmosphere ATEX (reservoir de kerosene/essence etc..) ou dans une atmosphere saine et neutre (atelier ou salle blanche) dans tous les domaines industriels comme l'aeronautique. L'objet du dispositif de chauffage est de proposer un dispositif deformable de chauffe, sans contact economique en termes de coat de fonctionnement permettant de chauffer de maniere tres uniforme toutes surfaces planes ou courbes, de faibles ou fortes epaisseurs, associees ou non a des elements de materiaux differents. Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend au moins un groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED, des moyens d'alimentation, de controle et de synchronisation d'au moins une ampoule de type LED appartenant au groupe sur une meme consigne de temperature afin de chauffer par rayonnement ou conduction la surface de la piece, des moyens de mesure de la temperature de chaque ampoule a LED et de la surface de la piece a chauffer. II est ainsi possible de chauffer une zone precisement delimitee, au watt pres, rapidement et en temps reel. Un tel dispositif de chauffage peut etre exploite dans differentes situations telles : - 2 - - la fusion a des fins d'acceleration de la polymerisation de materiaux composites, - le sechage d'un revetement, - etc... Un tel dispositif evite les grosses disparites de chaleur. 5 L'utilisation d'ampoules a diode electroluminescente de type LED evite une trop grosse consommation d'energie et permet d'envisager plusieurs possibilites pour les moyens d' alimentation. Ce dispositif de chauffage permet de chauffer soit par rayonnement soit par transfert via 10 un film. Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend des moyens de dissipation de la chaleur provenant des d'ampoules pour refroidir le groupe. Cette dissipation autorise le dispositif a fonctionner en atmosphere dangereuse. II 15 evite en outre l'endommagement desdites ampoules. Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention peut etre supporte par tout moyen au plus pres de la surface a chauffer. 20 Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend des moyens de fixation dudit dispositif de chauffage sur la surface a chauffer. II n'est donc pas necessaire de separer la portion a reparer du reste de la piece notamment dans le cas d'un fuselage. Ces moyens de fixation permettent egalement de mieux controler recartement entre la surface a chauffer et les moyens de chauffage. 25 Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend un groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED qui presente une longueur d'onde determinee. Cette longueur d'onde est definie en fonction de ('application (fusion, sechage, etc...) et du ou des materiaux devant etre chauffe(s). Comme le 30 dispositif surveille la temperature projetee de chaque ampoule LED, le chauffage est realise exactement de la puissance voulue, en temps reel. Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend plusieurs groupes d'ampoules a diode electroluminescente de type LED qui sont controles 35 independamment et tous synchronises sur une meme consigne de temperature. Le controle independant assure au niveau de la piece une temperature adaptee malgre l'heterogeneite de la surface, de l'epaisseur de la piece, des elements qui y sont associes de sa forme geometrique, etc... Chaque ampoule LED ou groupe d'ampoules LED est controle independamment en fonction de son capteur de temperature. 40 Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend des moyens de mesure de la temperature qui sont constitues par des thermocouples ou des composants CTN (Coefficient de Temperature Negatif). 45 Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend des moyens de mesure de la temperature qui sont constitues par des capteurs infra rouge. Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend 50 des moyens de dissipation de la chaleur qui sont constitues de ventilateurs positionnes a proximite du groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED. - 3 - Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend des moyens de fixation qui sont constitues de ventouses permettant de maintenir ledit dispositif de chauffage sur la surface a chauffer. 5 Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend un film transfert permettant ('absorption et la conduction de la chaleur sur la surface de la piece a chauffer. Ce film transfert peut etre mis en oeuvre par differents materiaux et appliqué selon differentes fawns. II est, selon une autre caracteristique particulierement avantageuse de 10 l'invention, place dans atmosphere controlee (par exemple sous vide) et/ou it constitue la barriere de confinement de ladite atmosphere. Le dispositif de chauffage uniforme sans contact suivant la presente invention comprend un film transfert en silicium. On utilise alors une propriete du semi-conducteur silicium 15 sous rayonnement rouge/proche infrarouge. Dans ce cas, on « pompe » le silicium, et par absorption et transition non radiative, celuici chauffe de maniere tres efficace. Ainsi, a 620nm, on convertira dans le film entre 50 et 100% de la puissance optique fournie par les ampoules LED. 20 Ce film est une fine couche qui peut etre posee sous forme solide ou par vaporisation et n'avoir une epaisseur que de quelques microns. La description qui va suivre en regard des dessins annexes et donnee a titre d'exemple non limitatif permettra de mieux comprendre l'invention, les caracteristiques qu'elle 25 presente, et les avantages qu'elle est susceptible de procurer. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Figure 1 est une vue en perspective du dispositif de chauffage sans contact suivant la 30 presente invention. Figure 2 est une vue en perspective du groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED du dispositif de chauffage sans contact suivant la presente invention. 35 Figure 3 est une vue de dessous du groupe d'ampoules de la figure 2. Figure 4 est une vue en perspective du dispositif de chauffage sans contact exploitant un film de transfert suivant la presente invention. 40 DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION On a montre en figures 1 et 2 un dispositif de chauffage sans contact 1 comprenant un boitier 2 agence sur des moyens de fixation 3 permettant la mise en place et ('immobilisation dudit dispositif de chauffage sur la surface a chauffer. Un tel dispositif est 45 facilement portable par un operateur. Selon un mode de realisation non Must* le dispositif comprend plusieurs boitiers relies ou non entre eux. Les moyens de fixation 3 peuvent etre constitues par exemple de pieds a ventouses 3a solidaires d'un cadre 3b sur lequel est fixe le boitier 2 du dispositif de chauffage 1 50 permettant de maintenir ledit dispositif de chauffage sur la surface a chauffer. La liaison entre le cadre 3b et les pieds 3a ainsi que celle entre le boitier 2 et le cadre 3b, autorisent un reglage de recartement entre le boitier et la piece ainsi qu'un reglage de la position angulaire du boitier. - 4 - Le dispositif de chauffage 1 comprend au moins un groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED 4 disposees a rinterieur du boitier 2, chaque ampoule a LED 4 etant pilotee par des moyens d'alimentation, de controle et de synchronisation non representes assurant a chaque ampoule 4 une meme consigne de temperature afin de 5 chauffer par rayonnement la surface de la piece. Les moyens d'alimentation, de controle et de synchronisation permettent de determiner la temperature de chaque ampoule a LED 4 pour chauffer a la puissance voulue et en temps reel. 10 Les moyens d'alimentation, de controle et de synchronisation permettent egalement de pixeliser la zone de la surface a chauffer, c'est-a-dire que chaque ampoule a LED 4 est controlee independamment en fonction des moyens de mesure de la temperature de cette derniere et de la surface de la piece a chauffer. La surface chauffee et la surface de 15 chauffe font donc ('objet d'un decoupage, chaque cellule decoupee pouvant etre controlee independamment l'une de l'autre. Les moyens de mesure de la temperature non representes peuvent etre constitues par des thermocouples ou CTN ou par des capteurs infra rouges. Le reseau d'ampoule LED 20 et les sondes de temperature sont connectes a un systeme de pilotage « multizone ». Le dispositif de chauffage 1 comprend des moyens de dissipation 5 de la chaleur provenant des ampoules a LED 4 afin de refroidir ces dernieres. Les moyens de dissipation 5 peuvent etre constitues de ventilateurs positionnes a proximite du groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED 4. Ils peuvent egalement etre 25 constitues par les ailettes de dissipation de chaleur 4a associees aux ampoules a diode electroluminescente de type LED 4. Le groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED 4 est determine de maniere que remission de la lumiere soit prevue dans une gamme de longueur d'onde 30 determinee. Le dispositif de chauffage 1 peut comprendre plusieurs groupes d'ampoules a diode electroluminescente de type LED 4 qui sont controles independamment et tous synchronises sur une meme consigne de temperature de la surface a chauffer. Ce 35 controle peut egalement etre groupe selon les zones a chauffer. Par exemple, selon le mode de realisation non limitatif illustre par le dessin de la figure 3, les ampoules a diode electroluminescente de type LED 4 sont reparties en trois groupes G1, G2 et G3 representes en traits interrompus courts. Le groupe central came G3 etant horde par les deux groupes peripheriques G1 et G2 adoptant la forme de C disposes en vis-a-vis. Une 40 telle repartition autorise par exemple une temperature superieure des ampoules des groupes peripheriques G1 et G2 par rapport a celle des ampoules du groupe central G3. Une telle gestion permet de disposer d'une temperature uniforme sur la piece en evitant les effets de bords conduisant classiquement les bords d'une portion chauffee a presenter une temperature inferieure. 45 Comme illustre sur le dessin de la figure 4, le dispositif de chauffage 1 peut etre associe a un film de transfert 6 dont les proprietes permettent d'absorber la chaleur provenant des ampoules de type LED 4 et de restituer cette derniere par conduction sur la surface de la piece a chauffer. 50 Le film de transfert 6 associe peut etre en silicium permettant une absorption et une transition non radiative de la chaleur sur la surface de la piece a chauffer. II peut etre place dans une atmosphere controlee ou constituer lui-meme une barriere de confinement de ('atmosphere REVENDICATIONS1. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact d'une piece dont la surface peut etre plane ou courbe de faible ou de forte epaisseur, caracterise en ce qu'il comprend au moins un groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED (4), des moyens d'alimentation, de controle et de synchronisation d'au moins une ampoule de type LED (4) appartenant au groupe sur une meme consigne de temperature afin de chauffer par rayonnement ou conduction la surface de la piece, des moyens de mesure de la temperature de chaque ampoule a LED (4) et de la surface de la piece a chauffer. 2. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 1, caracterise en ce qu'il comprend des moyens de dissipation de la chaleur (5) provenant des d'ampoules pour refroidir le groupe. 3. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 1, caracterise en ce qu'il comprend des moyens de fixation (3) dudit dispositif de chauffage sur la surface a chauffer. 4. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 1, caracterise en ce que le groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED (4) presente une longueur d'onde determinee. 5. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 1, caracterise en ce qu'il comprend plusieurs groupes d'ampoules a diode electroluminescente de type LED (4) qui sont controles independamment et synchronises sur une meme consigne de temperature. 6. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 1, caracterise en ce que les moyens de mesure de la temperature sont constitues par des thermocouples ou des composants CTN. 7. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 1, caracterise en ce que les moyens de mesure de la temperature sont constitues par des capteurs infra rouge. 8. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 3, caracterise en ce que les moyens de fixation (3) sont constitues de ventouses (3a) permettant de maintenir ledit dispositif de chauffage (1) sur la surface a chauffer. 9. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 2, caracterise en ce que les moyens de dissipation de la chaleur (5) sont constitues de ventilateurs positionnes a proximite du groupe d'ampoules a diode electroluminescente de type LED (4). 10. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 1, caracterise en ce qu'il comprend un film transfert (6) permettant ('absorption et la conduction de la chaleur sur la surface de la piece a chauffer. 11. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 10, caracterise en ce que ledit film (6) est en silicium. - 6 - 12. Dispositif deformable de chauffage uniforme sans contact suivant la revendication 10, caracterise en ce que !edit film (6) est place dans une atmosphere controlee et/ou it constitue lui-meme une barriere de confinement de ('atmosphere controlee. 5