FR3127096A1 - Dispositif de chauffage électrique - Google Patents

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Victor D'halluin
Laurent FEHR
Clément HOULLIER
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Abstract

Dispositif de chauffage électrique (0), comportant :- un bloc (1) ; et- au moins une première résistance électrique de chauffe (2). Le bloc est en un matériau comprenant du béton fibré ultra haute performance et en ce que ladite au moins une première résistance électrique de chauffe (2) est en un matériau qui contient du graphène ou de l’oxyde de graphène ou un mélange de graphène et d’oxyde de graphène, ladite au moins une première résistance (2) étant en contact contre au moins une première surface du bloc (1), ledit bloc portant cette au moins une résistance de chauffe (2) et le dispositif de chauffage électrique (0) comportant au moins des première et deuxième électrodes (3a, 3b) reliées électriquement entre elles par l’intermédiaire de ladite au moins une première résistance de chauffe (2). FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1a

Description

Dispositif de chauffage électrique
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de chauffage électrique comportant un bloc pour conférer une inertie thermique au dispositif de chauffage.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Il est connu de mettre en contact des résistances électriques de chauffe avec des blocs massifs, comme des pierres, pour obtenir un chauffage électrique capable d’accumuler de la chaleur et la diffuser lorsque les résistances de chauffe ne sont plus alimentées.
Ces dispositifs de chauffage sont couteux et complexes à fabriquer (besoin de découper / tailler des pierres).
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a notamment pour but de fournir un dispositif de chauffage électrique permettant de résoudre certains au moins des problèmes précités de l’art antérieur.
A cet effet, on prévoit, selon l’invention un dispositif de chauffage électrique, comportant :
- un bloc ; et
- au moins une première résistance électrique de chauffe.
Le dispositif de chauffage électrique selon l’invention est essentiellement, caractérisé en ce que le bloc est en un matériau comprenant du béton fibré ultra haute performance et en ce que ladite au moins une première résistance électrique de chauffe est en un matériau qui contient du graphène ou de l’oxyde de graphène ou un mélange de graphène et d’oxyde de graphène, ladite au moins une première résistance étant en contact contre au moins une première surface du bloc, ledit bloc portant cette au moins une résistance de chauffe et le dispositif de chauffage électrique comportant au moins des première et deuxième électrodes reliées électriquement entre elles par l’intermédiaire de ladite au moins une première résistance de chauffe.
Par définition un béton fibré à ultra haute performance, aussi appelé BFUP, est un matériau à matrice cimentaire, renforcé par des fibres et offrant une résistance en compression supérieure à 100 MPA, usuellement comprise entre 100 et 400 MPA.
Le graphène est un matériau constitué d’un ou plusieurs feuillets bidimensionnels. Chaque feuillet est composé d’atomes de carbone et chaque feuillet a l’épaisseur d’un seul atome de carbone.
Dans un mode de réalisation préférentiel du dispositif de chauffage selon l’invention, la résistance électrique est formée de 1 à 249 feuillets de graphène formant ainsi une résistance très fine de 1 à 249 couches cristallines.
L’oxyde de graphène est constitué d’une pluralité de 1 à 249 feuillets d’atome de carbone bidimensionnels avec présence d’atomes d’oxygène (c’est-à-dire de 1 à 249 couches cristallines exclusivement), les atomes d’oxygène y sont présents sous la forme de liaisons époxyde et/ou carbonyle et/ou carboxyle et/ou hydroxyle et/ou hydroxyle.
La circulation d’un courant électrique au travers de la résistance de chauffe, entre les première et deuxièmes électrodes, permet de produire de la chaleur par effet Joule.
L’association du graphène et/ou de l’oxyde de graphène sous forme de couche résistive portée par le bloc en BFUP, contre ce bloc, permet d’avoir un dispositif de chauffage particulièrement résistant aux chocs et capable de supporter un grand nombre de cycles de chauffe.
Comme le BFUP présente une grande résistance mécanique, il permet aussi de réaliser des formes particulièrement fines / élancées / esthétiques / sur-mesures.
Par exemple, le bloc peut prendre la forme d’une plaque de grande longueur ayant une faible épaisseur pour augmenter la surface d’échange thermique tout en maîtrisant le poids du dispositif de chauffage.
Par ailleurs, le bloc en béton fibré ultra haute performance peut être dépourvu d’armature interne ce qui facilite sa mise en œuvre par moulage.
Le bloc en béton fibré à ultra haute performance peut être utilisé directement comme façade du dispositif de chauffage car permet une variété de finitions (choix de finitions lisses, satinées, brillantes, possibilité d’ajout de couleurs / pigments ou de jeux de textures).
De plus, le béton fibré à ultra haute performance et le graphène et/ou l’oxyde de graphène présentent une excellente capacité de transfert de chaleur par conduction de contact.
Par ailleurs, comme le bloc en béton fibré à ultra haute performance présente une très bonne inertie thermique, il permet la diffusion de chaleur longtemps après l’arrêt de l’alimentation électrique de la résistance.
Conformément à l’invention, la première résistance de chauffe peut, selon le cas :
- comporter, du graphène tout en étant exempte d’oxyde de graphène ; ou
- comporter, de l’oxyde de graphène tout en étant exempte de graphène ; ou
- comporter, un mélange de graphène et d’oxyde de graphène.
L’usage du graphène et/ou de l’oxyde de graphène dans la résistance électrique de chauffe associé au bloc en béton Fibré Ultra haute-Performante permet d’avoir un dispositif de chauffage électrique de très haute performance qui présente :
- une rapide montée en température du fait de la très bonne conductivité thermique du graphène et de l’oxyde de graphène (le graphène et l’oxyde de graphène ont une très bonne conductivité thermique de l’ordre de 5 000 W.m-1.K-1) ;
- une rapide diffusion de chaleur par rayonnement de chaleur de la résistance en graphène et/ou oxyde de graphène ;
- un rapide transfert de chaleur par conduction de la résistance vers le bloc ;
- un très bon rendement de transfert thermique de la résistance vers le bloc en BFUP ;
- une très bonne inertie thermique du fait de la masse du bloc qui permet un stockage / accumulation de chaleur pendant la chauffe ;
- une très bonne capacité de diffusion de la chaleur par rayonnement thermique et par convexion après l’arrêt de la chauffe de la résistance.
Par ailleurs, comme le graphène et l’oxyde de graphène présentent de très bonnes résistances à la rupture, la résistance de chauffe est particulièrement durable.
La liaison mécanique par adhérence de la résistance contre le bloc est également particulièrement durable.
En outre, la résistance en graphène / oxyde de graphène est moins couteuse à fabriquer qu’une résistance à base de métaux.
Selon le cas, le dispositif de chauffage selon l’invention peut être agencé pour :
- constituer un radiateur conventionnel, avec par exemple une fixation murale ou des pieds support pour un positionnement au sol ou des pieds support à roulettes pour déplacer le dispositif sur le sol (un radiateur conventionnel est par exemple utilisé pour chauffer des petits volumes tels une chambre, un séjour) ; ou pour
- constituer une dalle de sol chauffante (plancher chauffant d’un bâtiment) permettant de chauffer des volumes plus importants par le sol ; ou pour
- constituer une dalle chauffante extérieure, pour obtenir un sol antigivre ; ou pour
- constituer un mur chauffant ou une paroi chauffante, intérieure ou extérieure d’un bâtiment.
Selon un autre aspect, l’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’un dispositif de chauffage selon l’un quelconque des modes de réalisation du dispositif de chauffage selon l’invention décrit et/ou revendiqué dans la présente demande de brevet.
Selon le procédé de l’invention, ladite première résistance de chauffe est formée par application sur le bloc d’un mélange liquide contenant un solvant liquide et contenant du graphène ou de l’oxyde de graphène ou une combinaison de graphène et d’oxyde de graphène et par élimination du solvant contenu dans le mélange ainsi appliqué sur le bloc pour former un matériau rigide constitutif de la première résistance de chauffe.
Ainsi, la première résistance thermique est directement formée contre le bloc en béton fibré ce qui facilite la fabrication du dispositif de chauffage qui est dépourvu de moyens d’assemblage entre la résistance et le bloc.
Pour cela, la résistance de graphène ou d’oxyde de graphène est déposée par application sur le bloc d’un mélange comportant un solvant, et soit du graphène, soit de l’oxyde de graphène, soit un mélange de graphène et d’oxyde de graphène.
Ce solvant peut par exemple être un solvant aqueux ou organique.
Une fois le solvant évaporé, ladite au moins une première résistance est directement formée à la surface du bloc qui la porte.
Dans certains modes de réalisation, le mélange contenant le solvant liquide peut aussi contenir au moins un agent surfactant afin d’améliorer la solubilisation du graphène et/ou de l’oxyde de graphène dans le mélange.
Préférentiellement, l’agent surfactant est choisi pour avoir une balance hydrophile/hydrophobe comprise entre 18 et 20.
Après application du mélange sur le bloc en BFUP et évaporation du solvant et/ou réticulation (dans le cas où le mélange contient une résine), les cristaux de graphène ou oxyde de graphène sont alors présents contre la première surface du bloc pour y former ladite au moins une première résistance de chauffe / couche résistive.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
La présente un exemple de réalisation d’un dispositif de chauffage 0 selon l’invention observé en perspective depuis sa face avant ;
La présente le dispositif de chauffage 0 de la observé en perspective depuis sa face arrière ;
La présente une vue éclatée d’un dispositif de chauffage selon un mode de réalisation particulier de l’invention dans lequel les électrodes 3a, 3b d’alimentation de la première résistance 2 sont placées entre la première résistance 2 et le bloc 1 en béton fibré ultra haute performance, dans ce mode de réalisation, le dispositif 0 comporte une plaque complémentaire 6 en béton fibré ultra haute performance présentant une forte résistivité électrique, la première résistance de chauffe 2 et les électrodes 3a, 3b sont ici placées entre le bloc 1 en forme de plaque et cette plaque complémentaire 6 qui sont en béton fibré ultra haute performance ;
La est une vue en coupe suivant un plan A-A du dispositif 0 de la une fois assemblé ;
La est une vue en perspective d’un bloc 1 de dispositif 0 selon l’invention dans un mode de réalisation où ce bloc est équipé de canaux 7 pour forcer une convection au travers du bloc entre un niveau inférieur et un niveau supérieur du dispositif selon l’invention (ces canaux 7 sont a section transversale fermée et traversent le bloc de haut en bas, ici la section transversale des canaux est hexagonale mais elle pourrait être d’une autre forme) ;
La est une vue en perspective d’un bloc 1 de dispositif 0 selon l’invention dans un mode de réalisation où ce bloc est équipé de canaux 7 pour forcer une convection, ces canaux étant ouverts vers l’extérieur suivant leurs longueurs respectives et étant formés entre des ailettes 7a ;
La est une vue en coupe verticale d’un dispositif 0 selon l’invention, dans un mode de réalisation similaire à celui des figures 2a et 2b, avec en plus une interface de fixation 5 en forme de pattes qui est reliée au bloc 1 via une liaison en encastrement, ces interfaces de fixation 5 ont ici la forme de crochets agencés pour vernir en prise sur une structure porteuse fixée sur un mur afin de supporter l’ensemble du dispositif 0 via l’interface de fixation 5 (le bloc 1 en BFUP est très résistant et permet une liaison durable et sécurisée avec l’interface de fixation 5) ;
La montre une vue en perspective arrière et une vue en coupe verticale selon un plan de coupe X-X d’un dispositif 0 selon l’invention dans un mode de réalisation où ce dispositif est équipé d’une couche 4 de matériau isolant thermiquement à l’arrière du dispositif pour favoriser une diffusion de chaleur vers l’avant du dispositif 0 (sont ici illustrés en pointillés, la couche isolante 4 et l’interface de fixation 5 en forme de crochet) ;
La montre une vue en perspective arrière et une vue en coupe verticale selon un plan de coupe B-B d’un dispositif 0 selon l’invention dans un mode de réalisation où les électrodes 3a, 3b sont placées entre le bloc 1 en béton et la première résistance 2, ce bloc 1 et la résistance 2 étant en forme de plaques parallélépipédiques dont deux faces principales sont plaquées / en contact l’une contre l’autre (les électrodes 3a, 3b sont dans l’épaisseur du bloc 1 et ont des surfaces de contact électrique avec la résistance qui sont à fleur de la surface de contact entre le bloc 1 et la résistance 2) ;
La montre une vue en perspective arrière d’un détail de l’assemblage entre le bloc 1, une électrode 3a et la première résistance 2 ainsi qu’une vue en coupe selon un plan C-C du dispositif 0 illustré à la ;
La montre une vue en perspective arrière d’un dispositif 0 selon l’invention dans un mode de réalisation où le bloc 1 supporte deux résistances de chauffe 2 et 2b, la première résistance de chauffe 2 étant reliée électriquement à aux première et deuxième électrodes 3a, 3b et la deuxième électrode 2b étant reliée électriquement à aux première et deuxième électrodes 3c, 3d, un premier boîtier 10a d’alimentation électrique étant relié électriquement aux électrodes 3a et 3b alors qu’un deuxième boîtier 10b d’alimentation électrique est relié électriquement aux électrodes 3c, 3d, ces boîtiers 10a, 1b sont ici portés par le bloc 1 (en l’occurrence, il sont placés dans des évidements pratiqués dans l’épaisseur du bloc 1) mais ils pourraient être déportés vis-à-vis de ce bloc 1 ;
La montre une vue de dessus d’un dispositif de chauffage 0 selon l’invention dans un mode de réalisation particulier où une plaque radiative arrière 8, ici une plaque ondulée est disposée pour favoriser les échanges convectifs sur une face arrière du dispositif 0 ;
La montre une vue éclatée en perspective arrière du dispositif 0 illustré à la , on voit ici la résistance 2 en graphène qui est disposée contre une face arrière du bloc 1, la résistance et la face arrière du bloc 1 étant courbées pour augmenter la surface d’échange thermique de part et d’autre de la résistance 2.

Claims (27)

  1. Dispositif de chauffage électrique (0), comportant :
    - un bloc (1) ; et
    - au moins une première résistance électrique de chauffe (2), caractérisé en ce que le bloc est en un matériau comprenant du béton fibré ultra haute performance et en ce que ladite au moins une première résistance électrique de chauffe (2) est en un matériau qui contient du graphène ou de l’oxyde de graphène ou un mélange de graphène et d’oxyde de graphène, ladite au moins une première résistance (2) étant en contact contre au moins une première surface du bloc (1), ledit bloc portant cette au moins une résistance de chauffe (2) et le dispositif de chauffage électrique (0) comportant au moins des première et deuxième électrodes (3a, 3b) reliées électriquement entre elles par l’intermédiaire de ladite au moins une première résistance de chauffe (2).
  2. Dispositif de chauffage électrique (0) selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une première surface du bloc contre laquelle la première résistance électrique (2) est en contact est une surface moulée.
  3. Dispositif de chauffage électrique selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle l’un des éléments choisis parmi le bloc (1) et ladite au moins une première résistance (2) est moulé contre l’autre de ces éléments.
  4. Dispositif de chauffage électrique (0) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite au moins une première résistance (2) est moulée contre des surfaces de chacune desdites première et deuxième électrodes (3a, 3b).
  5. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le béton fibré ultra haute performance du bloc (1) présente une résistivité électrique supérieure à 60 000 000 Ohm • m à 20 ° Celsius alors que la valeur de la résistivité de la résistance électrique (2) mesurée à 20° Celsius est inférieure à 0,1 ohm • m et supérieure à 0,0005 ohm.m.
  6. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel plus de 80% de la masse totale du dispositif de chauffage (0) est constituée par du béton fibré ultra haute performance.
  7. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ladite première électrode (3a) est disposée entre le bloc (1) et une première surface de contact appartenant à ladite au moins une première résistance de chauffe (2) et ladite deuxième électrode (3b) est disposée entre le bloc (1) et une seconde surface de contact appartenant à ladite au moins une première résistance de chauffe (2).
  8. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite première électrode (3a) est disposée dans un premier évidement formé dans le bloc (1) et ladite deuxième électrode (3b) est disposée dans un deuxième évidement formé dans le bloc (1).
  9. Dispositif de chauffage (0) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel une première portion de ladite au moins une première résistance de chauffe (2) est disposée entre ladite première électrode (3a) et le bloc (1) et une seconde portion de ladite au moins une première résistance de chauffe (2) est disposée entre ladite deuxième électrode (3b) et le bloc (1), ces première et seconde portions de ladite première électrode (2) étant éloignées l’une de l’autre.
  10. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comportant également une couche (4) de matériau isolant thermiquement et électriquement, ladite première résistance de chauffe 2 étant intégralement disposée dans un espace défini entre cette couche de matériau isolant 4 et le bloc.
  11. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comportant une plaque complémentaire (6) en béton fibré ultra haute performance présentant une résistivité électrique supérieure à 60 000 000 Ohm • m à 20 ° Celsius, ladite première résistance de chauffe (2) étant intégralement disposée dans un espace défini entre cette plaque complémentaire (6) et ledit bloc (1).
  12. Dispositif de chauffe selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le béton fibré à ultra haute performance du bloc comporte, lorsque durci :
    - un dosage en ciment compris entre 550 à 1 000 kg/m3 de béton fibré à ultra haute performance, ledit ciment ayant une granulométrie maximale inférieure à 15 µm et préférentiellement supérieure à 5 µm ; et/ou
    - des granulats de taille maximale exclusivement inférieure ou égale à 2 mm ; et/ou
    - des additions de type calcaire de granulométrie comprise entre 0,1 et 15 µm ; et/ou
    - des additions de type métakaolin de granulométrie comprise entre 5 et 15 µm ; et/ou
    - des additions de fumées de silice de granulométrie comprise entre 0.1 et 10 µm ; et/ou
    - des fibres représentant entre 1 et 3% du volume total du béton fibré à ultra haute performance.
  13. Dispositif de chauffe selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le matériau constitutif de la première résistance électrique de chauffe (2) contient un substrat liant pour lier entre elles des parties de ladite au moins une première résistance, ces parties étant en graphène ou oxyde de graphène.
  14. Dispositif de chauffe selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le matériau constitutif de la première résistance électrique de chauffe (2) contient du béton fibré ultra haute performance.
  15. Dispositif de chauffe selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel le graphène, l’oxyde de graphène ou le mélange de graphène et d’oxyde de graphène contenu dans le matériau constitutif de la première résistance électrique de chauffe représente la majorité du volume du matériau constitutif de ladite première résistance de chauffe.
  16. Dispositif de chauffe selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel ladite au moins une première surface du bloc (1) comporte un primaire d’accrochage pour améliorer une liaison mécanique entre ladite au moins une première résistance électrique de chauffe et la première surface du bloc.
  17. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, comprenant une interface de fixation (5) assujettie au bloc (1) pour pouvoir supporter l’intégralité du bloc via cette interface de fixation.
  18. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, comportant une surface externe (70) présentant une pluralité de canaux de guidage d’écoulement de fluide (7), chacun de ces canaux de guidage (7) s’étendant suivant sa longueur d’un niveau inférieur du dispositif de chauffage (0) jusqu’à un niveau supérieur du dispositif de chauffage (0).
  19. Dispositif de chauffage selon la revendication 18, dans lequel la surface externe (70) présentant ladite pluralité de canaux (7) est formée par une partie du dispositif de chauffage qui est en béton fibré ultra haute performance.
  20. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 18 ou 19, dans lequel la surface externe (70) présentant ladite pluralité de canaux (7) est obtenue par une pluralité d’ailettes (7a) parallèles entre elles qui s’étendent respectivement vers l’extérieur du dispositif de chauffage (0), chaque canal de guidage (7) comportant un côté longitudinal ouvert délimité par deux desdites ailettes (7a) de la pluralité d’ailettes.
  21. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 18 ou 19, dans lequel la surface externe (70) est une surface ondulée composée de plusieurs ondes de profil identique entre ces ondes.
  22. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 18 ou 19, dans lequel la surface externe présentant ladite pluralité de canaux (7) est obtenue par une pluralité tubes (7b) traversant le dispositif de chauffage entre ses niveaux inférieur et supérieur.
  23. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 18 à 22, dans lequel la surface externe (70) appartient à une pièce qui est accolée contre ladite au moins une première résistance électrique de chauffe (2).
  24. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 23 combinée à la revendication 17, dans lequel le bloc (1) est moulé autour d’une portion de l’interface de fixation (5) pour former une liaison en encastrement entre l’interface de fixation (5) et le bloc (1).
  25. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le dispositif est une dalle de sol constituant un plancher chauffant d’un bâtiment.
  26. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le dispositif appartient à un mur chauffant d’un bâtiment.
  27. Procédé de fabrication d’un dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 26, dans lequel ladite première résistance de chauffe (2) est formée par application sur le bloc d’un mélange liquide contenant un solvant liquide et contenant du graphène ou de l’oxyde de graphène ou une combinaison de graphène et d’oxyde de graphène et par élimination du solvant contenu dans le mélange ainsi appliqué sur le bloc pour former un matériau rigide constitutif de la première résistance de chauffe (2).
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