Brevet FR3118388A1 — publié le 20220624

Dispositif de chauffage par rayonnements infrarouges lointains La présente invention concerne un dispositif (1) de chauffage par rayonnement thermique à infrarouges lointains qui se caractérise en ce qu’il comprend : - une structure (100) comprenant: une paroi avant (101) présentant un coefficient d’émissivité supérieur à 0,8 et présentant une surface externe (101e) et une surface interne (101i), une paroi arrière (107) présentant un coefficient d’émissivité inférieur à 0,1 et présentant une surface externe (107e) et une surface interne (107i), une couche (104) de composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains, appliquée contre la surface interne (101i) de la paroi avant (101), au moins une paire (103) d’électrodes (103a ; 103b) en contact avec la couche (104) de composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains, un espace vide (108) entre la couche (104) de composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains et la surface interne (107i) de la paroi arrière, un cadre (106) en matériau étanche à l’air et délimitant l’espace vide (108), - une alimentation électrique (200) alimentant en tension électrique lesdites électrodes (103a ; 103b). Fig. 2 DISPOSITIF DE CHAUFFAGE PAR RAYONNEMENTS INFRAROUGES LOINTAINS La présente invention concerne un dispositif de chauffage par rayonnements infrarouges lointains, par exemple de chauffage d’une pièce d’habitation ou de tout autre bâtiment. Il existe aujourd’hui de nombreux dispositifs de chauffage, tels que des dispositifs de chauffage électrique, tels que des radiateurs, des dispositifs de chauffage à inertie et des dispositifs de chauffage à eau. Parmi les dispositifs de chauffage électrique, on distingue ceux fonctionnant essentiellement par convection et ceux fonctionnant essentiellement par rayonnements. La convection est la transmission de la chaleur par l’air alors que le rayonnement est la transmission de la chaleur par les infrarouges. Les infrarouges sont des ondes électromagnétiques capables de transporter de la chaleur et de diffuser dans toutes les directions. Les dispositifs fonctionnant sur ce principe sont constitués d’une résistance qui chauffe une plaque en aluminium située à l’intérieur de l’appareil. Cette plaque permet la diffusion de la chaleur qui passe au travers d’une grille de façade ou d’une plaque de façade, dans le cas d’un panneau rayonnant. On distingue deux familles de chauffage par infrarouge : ceux fonctionnant avec des infrarouges moyens (IR-B) et ceux fonctionnant avec des infrarouges lointains (IR-C ou IRL). Les infrarouges moyens ont une portée de trois mètres maximum et sont notamment utilisés pour chauffer les terrasses. Les infrarouges lointains ont une portée de quatre ou cinq mètres. Les dispositifs de chauffage par rayonnement d’infrarouges lointains sont utilisés pour chauffer les pièces de bâtiments selon le principe suivant : ils émettent des rayonnements infrarouges dans toutes les directions et les surfaces de la pièce telles que les murs, le sol, le plafond, accumulent l’énergie puis la restituent, à basse température. La différence de température entre ces surfaces et entre des surfaces et l’air est faible, voire inexistante. La chaleur est homogène dans toute la pièce. De plus, au contraire du chauffage par convection, le chauffage par rayonnement ne créé pas de mouvements d’air. Les poussières et autres allergènes ne sont pas brassés ni brûlés au contact d’une résistance chauffante. Par ailleurs, les infrarouges lointains commencent à faire l’objet d’études sur leurs bénéfices sur la santé qui démontrent leur intérêt, par exemple dans la détoxification de l’organisme, l’augmentation du flux sanguin, du métabolisme, la stimulation du système immunitaire et la réduction de certaines douleurs. Les dispositifs de chauffage par rayonnement d’infrarouges lointains aujourd’hui à disposition sur le marché ne sont cependant pas entièrement satisfaisants. En particulier, ils présentent l’inconvénient de fonctionner à l’aide de résistances qui sont susceptibles de s’endommager et qui ne sont pas facilement remplaçables. De plus, le choix des composants tels que les matériaux constitutifs des plaques utilisées pour transmettre les rayonnements infrarouges est essentiel et doit tenir compte de leur coefficient d’émissivité. L’émissivité est la capacité d’un matériau ou d’une surface à absorber puis à réémettre de la chaleur par rayonnement, ou radiation, et à une longueur d’onde donnée. Le coefficient d’émissivité d’un matériau (ε) est une valeur physique sans unité comprise entre 0 et 1. Il indique combien une surface émet de rayonnement thermique infrarouge par rapport à un corps idéal dit « corps noir ». Le « corps noir » est le plus efficace en termes d’émission de chaleur par rayonnement. Plus l’émissivité est faible, proche de 0, plus le transfert d’énergie est réduit, plus le matériau est isolant en termes de rayonnement. Ainsi, un matériau va évacuer de la chaleur sous forme de convection et sous forme de radiation. En fonction de son coefficient d’émissivité, cette évacuation se fera soit principalement sous forme de radiation, soit principalement sous forme de convection. Bon nombre de dispositifs de chauffage sur le marché supposés fonctionner par rayonnement fonctionnent en réalité principalement, ou trop, par convection. Un autre paramètre important concernant les dispositifs de chauffage est bien sûr leur consommation. Un dispositif de chauffage de qualité doit donc être le plus faible possible en termes de consommation. En outre, il peut être intéressant qu’un tel dispositif puisse fonctionner par alimentation solaire ou éolienne. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de chauffage par rayonnements infrarouges qui ne présente pas les inconvénients précités et qui, en particulier, soit : peu encombrant, simple de conception mais efficace, capable de fonctionner efficacement par radiation, à basse consommation. D’autres avantages découleront de la lecture de ce qui suit. A cet effet, l’invention concerne un dispositif de chauffage par rayonnements d’infrarouges lointains qui se caractérise en ce qu’il comprend : une structure comprenant : une paroi avant présentant un coefficient d’émissivité supérieur à 0,80 et présentant une surface externe et une surface interne, une paroi arrière présentant un coefficient d’émissivité inférieur à 0,10 et présentant une surface externe et une surface interne, une couche de composition émettrice de rayonnements à infrarouges lointains, appliquée contre la surface interne de la paroi avant, au moins une paires d’électrodes en contact avec la couche de composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains, un espace vide entre la couche émettrice de rayonnements à infrarouges lointains et la surface interne de la paroi arrière, un cadre en matériau étanche à l’air et délimitant l’espace vide, - une alimentation électrique alimentant en tension électrique lesdites électrodes. Dans le dispositif selon l’invention, la composition émettrice de rayonnements à infrarouges lointains remplace les résistances des dispositifs de l’état de la technique. Alimentée en tension par les électrodes elle va émettre des rayonnements infrarouges lointains. Il s’agit d’une composition communément nommée « peinture chauffante ». Des peintures chauffantes sont des peintures incluant des particules électro conductrices, telles que des poudres de graphite et des particules de carbone. Elles sont notamment disponibles dans le commerce. La paroi avant du dispositif, avec son coefficient d’émissivité supérieur à 0,80, va transmettre efficacement par radiation les rayonnements infrarouges lointains émis par cette couche de composition, en direction des murs, sol et plafond de la pièce dans laquelle se trouve le dispositif. La paroi arrière, avec son coefficient d’émissivité inférieur à 0,10, va réfléchir en direction de la paroi avant et, grâce au vide, les rayonnements infrarouges émis par la couche de composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains, de manière à limiter les déperditions à l’arrière du dispositif. Avantageusement, la paroi avant présente un coefficient d’émissivité supérieur à 0,85, préférentiellement supérieur à 0,90, plus préférentiellement supérieur à 0,95. Avantageusement, la paroi arrière présente un coefficient d’émissivité inférieur ou égal à 0,09, préférentiellement inférieure ou égal à 0,08, préférentiellement de 0,06. Dans le cadre de l’invention, les coefficients d’émissivité présentés sont mesurés à des longueurs d’ondes correspondant à l’infrarouge lointain, c’est-à-dire entre 8 et 14 µm. Selon un mode de réalisation, la paroi avant étant en matériau conducteur d’électricité, le dispositif comprend une couche d’un revêtement non conducteur d’électricité, et résistant à une température supérieure à 110°C interposée entre la surface interne de la paroi avant et la composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une couche de composition transparente et imperméable à l’eau appliquée entre la couche de composition émettrice de rayonnements d’infrarouges lointains et l’espace vide. Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la paroi avant présente une surface externe laquée, peinte ou anodisée. Préférentiellement selon ce mode de réalisation, la paroi avant est en aluminium ou en acier. L’acier et l’aluminium présentent un coefficient d’émissivité faible. L’application d’une laque, d’une peinture ou l’anodisation de la surface externe va permettre d’augmenter le coefficient d’émissivité de la paroi à une valeur supérieure à 0 ,8. Alternativement, la paroi avant est en verre ou en pyrex. Ces matériaux possèdent des coefficients d’émissivité adéquate à l’invention mais qui peuvent également être augmentés par l’application d’une laque ou d’une peinture. Avantageusement, la paroi arrière présente une surface interne en aluminium brut. L’aluminium brut possède un coefficient d’émissivité de 0,09 et permet efficacement de rediriger les rayonnements vers la paroi avant. On peut améliorer la redirection du rayonnement avec de l'aluminium poli et son coefficient d'émissivité de 0,06. Selon un mode de réalisation, le cadre délimitant l’espace vide est en liège. Le liège est en effet un parfait isolant pour l’air. Avantageusement, l’alimentation électrique alimente les électrodes en 12 à 36 volts, préférentiellement en 24 volts. Avantageusement encore, le dispositif comprend, de plus, un cadre dans lequel ladite structure est intégrée. Il peut s’agir par exemple d’un cadre constitué de profilés. Avantageusement encore, le dispositif comprend, de plus, un piétement, des moyens d’accrochage à un mur ou un plafond ou des moyens de suspension à un plafond. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : est une vue de profil en coupe d’un dispositif selon un mode de réalisation de l’invention, est une vue éclatée en perspective d’un dispositif selon un mode de réalisation de l’invention, est une vue en perspective d’un dispositif selon un mode de réalisation de l’invention. Les Figs. 1 et 2 illustrent un dispositif de chauffage 1 selon un même mode de réalisation. Le dispositif 1 comprend une structure 100 qui est délimitée par une paroi avant 101 et une paroi arrière 107. La paroi avant 101 présente une surface externe 101e qui est tournée vers l’extérieur de la structure 100 et une surface interne 101i qui est tournée vers l’intérieur de la structure 100. La paroi arrière 107 présente une surface externe 107e qui est tournée vers l’extérieur de la structure 100 et une surface interne 107i qui est tournée vers l’intérieur de la structure 100. Les parois avant 101 et arrière 107 représentent les façades avant et arrière respectivement du dispositif de chauffage 1. La paroi avant 101 est dans ce mode de réalisation une plaque en aluminium dont la surface externe 101i est recouverte d’une laque, de préférence de couleur noire. La paroi avant présente un coefficient d’émissivité de 0,95 environ, mesuré à des longueurs d’ondes correspondant à l’infrarouge lointain, c’est-à-dire entre 8 et 14 µm. La paroi arrière 107 est dans ce mode de réalisation une plaque en aluminium brut. La paroi avant présente un coefficient d’émissivité de 0,09 environ, mesuré à des longueurs d’ondes correspondant à l’infrarouge lointain, c’est-à-dire entre 8 et 14 µm. La paroi avant 101 étant en matériau conducteur d’électricité, une couche 102 d’un revêtement non conducteur d’électricité, et résistant aux hautes températures, en particulier aux températures supérieures à 110°C, est appliquée contre la surface interne 101i de la paroi avant 101. Cela peut être par exemple une peinture résistante aux hautes températures disponibles dans le commerce ou une couche de polyimide adhésif (Kapton). La couche de revêtement 102 permet d’isoler électriquement la paroi avant 101. Une couche de composition émettrice de rayonnements à infrarouges lointains 104 est appliquée contre la couche 102 de revêtement non conducteur d’électricité, et résistant aux hautes températures. Il s’agit d’une composition communément nommée « peinture chauffante » et comprenant une dispersion de particules électro conductrices. Ces particules peuvent être un mélange de particules de graphite et de particules de carbone. Des peintures chauffantes utilisables dans le cadre de l’invention sont disponibles dans le commerce. Dans la suite de la description, la couche de composition émettrice de rayonnements à infrarouges lointains 104 sera désignée par l’expression « peinture chauffante ». La structure 100 comprend encore une paire d’électrodes 103, dont l’électrode 103a et l’électrode 103b, de manière à alimenter en tension la couche de peinture chauffante 104 pour que celle-ci puisse émettre des rayonnements à infrarouges lointains. La paire d’électrodes 103 est disposée entre la couche de peinture chauffante 104 et la couche la couche 102 de revêtement non conducteur d’électricité, et résistant aux hautes températures. Elle peut aussi être disposée dans l’épaisseur de la couche de peinture chauffante 104. Les électrodes sont branchées sur une alimentation électrique 200 distribuant du 24 volts. Une couche de composition transparente et imperméable à l’eau 105 est appliquée contre la couche de peinture chauffante 104. Cette couche 105 forme une couche d’étanchéité contre la couche de peinture chauffante 104 qui peut être plus ou moins hydrophile. Il s’agit ici d’un vernis transparent, disponible dans le commerce. Un espace vide 108 est disposé entre la couche de composition transparente et imperméable à l’eau 105 et la surface interne 107i. L’étanchéité à l’air de cet espace est assurée au moyen d’un cadre en liège 106 appliqué entre la couche 105 et la surface 107i. Il s’agit d’un vide thermique. Lorsque le dispositif 1 est en fonctionnement et que l’alimentation électrique 200 fournit une tension électrique à la peinture chauffante 104 par l’intermédiaire de la paire d’électrodes 103, la peinture chauffante va émettre des rayonnements à infrarouges lointains en direction de la paroi avant 101 et de la paroi arrière 107. La paroi avant 107, présentant un coefficient d’émissivité élevé, c’est à dire supérieur à 0,8, va, par radiation, transmettre ces rayonnements à l’extérieur du dispositif, en direction des surfaces telles que les murs, le sol et le plafond de la pièce dans laquelle le dispositif 1 est installé. La surface externe 101e atteint une température comprise entre 70 et 80°C. La surface interne 107i de la paroi arrière 107 présentant un coefficient d’émissivité faible, c’est à dire inférieur à 0,1, elle va renvoyer les rayonnements qu’elle reçoit en direction de la paroi avant 101. L’espace vide 108 favorise le rayonnement. Sans lui, il y aurait conduction de chaleur sur la paroi en aluminium brut et le rayonnement ne serait pas reflété. La couche 105, du fait de sa transparence, laisse passer les rayonnements. Comme illustré sur la , la structure 100 du dispositif de chauffage 1 peut être encadrée par un cadre 300, par exemple en profilé. Elle peut aussi être fixée sur un empiétement 400. Dispositif (1) de chauffage par rayonnement thermique à infrarouges lointains caractérisé en ce qu’il comprend : une structure (100) comprenant: une paroi avant (101) présentant un coefficient d’émissivité supérieur à 0,8 et présentant une surface externe (101e) et une surface interne (101i), une paroi arrière (107) présentant un coefficient d’émissivité inférieur à 0,1 et présentant une surface externe (107e) et une surface interne (107i), une couche (104) de composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains, appliquée contre la surface interne (101i) de la paroi avant (101), au moins une paire (103) d’électrodes (103a ; 103b) en contact avec la couche (104) de composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains, un espace vide (108) entre la couche (104) de composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains et la surface interne (107i) de la paroi arrière, un cadre (106) en matériau étanche à l’air et délimitant l’espace vide (108), une alimentation électrique (200) alimentant en tension électrique lesdites électrodes (103a ; 103b). Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi avant (101) présente un coefficient d’émissivité supérieur à 0,85, préférentiellement supérieur à 0,90, plus préférentiellement supérieur à 0,95. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi arrière (107) présente un coefficient d’émissivité inférieur ou égal à 0,09, préférentiellement inférieure ou égal à 0,08, préférentiellement de 0,06. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une couche (102) d’un revêtement non conducteur d’électricité, et résistant à une température supérieure à 110°C interposée entre la surface interne (101i) de la paroi avant (101) et la couche (104) de composition émettrice de rayonnement à infrarouges lointains. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une couche (105) de composition transparente et imperméable à l’eau appliquée entre la couche (104) de composition émettrice d’infrarouges lointains et l’espace vide (108). Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi avant (101) présente une surface externe (101e) laquée, peinte ou anodisée. Dispositif (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi avant (101) est en aluminium ou en acier. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la paroi avant (101) est en verre ou en pyrex. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite paroi arrière (107) présente une surface interne en aluminium brut. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit cadre (106) délimitant l’espace vide est en liège. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’alimentation électrique (200) alimente lesdites électrodes (103a ; 103b) en 12 à 36 volts, préférentiellement en 24 volts. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, de plus, un cadre (300) dans lequel ladite structure (100) est intégrée. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, de plus, un piétement (400), des moyens d’accrochage à un mur ou un plafond ou des moyens de suspension à un plafond.