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WO 96/27271 PCT/F1R96/00324
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ELEMENT DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE DU TYPE PAR CONVECTION OU
PAR CONVECTION ET RADIATION.
La présente invention concerne des éléments de
chauffage électrique du type par convection ou par
convection et radiation.
Le chauffage électrique domestique est aujourd'hui
non seulement couramment usité mais encouragé et de nombreux
appareils sont utilisés pour le réaliser.
Ils utilisent généralement le principe de l'effet
Joule pour créer une source de chaleur grâce à une chute de
potentiel dans une résistance, gérée par la loi d'Ohm. La
chaleur ainsi produite est ensuite transférée par différents
procédés.
Le plus largement employé est le transfert par
convection. L'air situé au voisinage de la résistance
chauffée voit sa température augmenter, donc sa densité
diminuer. Il tend à s'élever ; il s'établit un courant
ascendant et l'air chaud est remplacé par de l'air froid qui
s'échauffe à son tour et, le phénomène de thermo-siphon
amorcé, il perdure. L'appareil réalisé sur ce mode de
transfert est un convecteur.
Une autre façon de transférer l'énergie produite
au niveau de la résistance électrique est le rayonnement
émis par celle-ci et qui se propage à travers la pièce.
L'énergie rayonnée est en première approximation
proportionnelle à la puissance quatrième de la température
Kelvin comme l'ont démontré Stephan et Boltzmann.
L'appareil correspondant est un panneau radiant.
Enfin, il arrive que le transfert se fasse à
partir de la résistance par conduction dans un fluide qui
échauffe à son tour une enveloppe, laquelle transfère ses
calories à l'air ambiant par les différentes méthodes de
transfert décrites. Ce processus est utilisé dans le
chauffage central traditionnel dont l'eau, la vapeur, une
huile sont les fluides caloporteurs. Ces appareils sont
généralement (et improprement) appelés radiateurs.
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Ces appareils divers présentent des inconvénients,
qui, acceptables dans certains cas, peuvent être sérieux
dans de nombreuses utilisations.
En premier lieu, ils nuisent souvent à
l'esthétique générale des pièces dans lesquelles ils sont
installés.
Les éléments chauffants lumineux, qui sont à la
base du fonctionnement de certains appareils, plus ou moins
visibles, plus ou moins compliqués (fils tortillonnés, fils
enrobés, etc.), entourés de pièces supports et de
protection, peuvent constituer des ensembles
particulièrement disgracieux.
Les éléments résistifs non lumineux, généralement
employés pour les convecteurs, sont enfermés dans des
boîtiers ou des capots comportant des ouvertures en partie
basse, en partie haute, parfois latéralement, sont opaques
et encombrants et s'insèrent souvent mal dans le décor
environnant. Parfois même (chauffage des monuments
historiques par exemple), ils peuvent s'avérer carrément
inacceptables.
En second lieu, ces appareils actuels souffrent en
outre de pertes de rendement liées à leur structure même.
Ainsi, lorsqu'il s'agit de convecteurs muraux, ils
transmettent une partie notable de la chaleur à la paroi
contre laquelle ils sont placés qui la dissipe par
conduction vers l'extérieur. Cette perte est d'autant plus
élevée que le souci de ne pas dépasser une température
maximum sur la paroi extérieure du convecteur conduit à
limiter le transfert de la résistance vers l'air qui
traverse le convecteur. D'autres phénomènes peuvent limiter
le rendement ou l'utilisation des appareils de chauffage
actuels. Ainsi, l'effet radiant des convecteurs métalliques
actuels est limité par le fait que la paroi extérieure du
convecteur qui ferme le conduit dans lequel circule l'air
doit être maintenue à une température faible et s'oppose par
son opacité à la transmission du rayonnement infrarouge
produit par la résistance chaude. Ou bien, les panneaux
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radiants ne peuvent atteindre une bonne température de
rayonnement qu'à condition d'être placés à des endroits
inaccessibles, tels que les plafonds, ce qui est peu
favorable au chauffage d'un volume de grande hauteur de
plafond tel qu'on en trouve dans les appartements duplex
avec mezzanine.
Enfin, les exigences accrues sur la notion de
confort, qui nécessitent de minimiser les à-coups
thermiques, c'est-à-dire les variations de température de la
pièce entre deux enclenchements successifs de l'appareil de
chauffage ne sont pas, dans la plupart des cas, satisfaites
par les appareils actuels.
4~Ç"âe CL
4 La présente invention concerne des éléments de
3ci- chauffage qui ne présentent pas les inconvénients signalés
par l'art antérieur.
Ils comportent un corps de chauffe composé par au
moins une plaque de verre thermiquement et mécaniquement
résistante, recouverte d'une couche mince transparente
électroconductrice, qui fait office de résistance dans
laquelle l'électricité qui la traverse se transforme en
chaleur par- effet Joule ; ledit corps de chauffe étant
associé à une ou plusieurs surfaces, sous forme de couches
ou plaques, transparentes, complémentaires, parallèles ou
presque parallèles à la (ou aux) plaque(s) chauffante(s),
qui, par leurs propriétés et/ou leurs dispositions par
rapport à la (ou aux) plaque(s) chauffante(s), permet(tent)
de définir et de contrôler, selon l'utilisation choisie, le
mode de transfert de la chaleur de l'élément chauffant vers
l'environnement et/ou d'assurer l'isolation électrique, les
différentes plaques étant agencées de façon à permettre une
circulation d'air entre elles.
Dans le cas des appareils selon la présente
invention, formés de plaques écartées entre elles, qui ne
sont réunies entre elles par aucun cadre fermé, permettant
ainsi l'entrée de l'air par la partie basse et latéralement,
l'air s'écoule à plus basse température et le débit convectif
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3a
Passage à insérer page 3 entre les lignes 12 et 13 :
La demande de brevet allemand DE-A-2 106 329 se
rapporte à une plaque de verre isolant, composée d'une
plaque intérieure, d'une plaque extérieure et de cadres
d'écartement, l'espace intermédiaire entre la plaque
intérieure et la plaque extérieure étant fermé et la plaque
intérieure présentant, sur son côté tourné vers l'espace
intermédiaire, une couche résistive métallique, et la plaque
extérieure présentant, sur son côté tourné vers l'espace
intermédiaire, une couche réfléchissante, et la couche
résistive pouvant être chauffée électriquement. Le
chauffage s'effectue ici par radiation.
La demande de brevet français FR-A-2 652 980
concerne une feuille transparente de chauffage électrique
par effet Joule comprenant un substrat transparent en
matériau électriquement isolant, une couche de matériau
conducteur homogène de faible épaisseur et une pellicule
transparente de protection en matériau isolant, ladite
couche étant par ailleurs recouverte à sa périphérie, en au
moins deux zones, d'une marge en matériau conducteur ayant
une résistance au carré inférieure d'au moins deux ordres de
grandeur à celle de la couche.
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4
Cj,iy f],l,lY d'a,i r As t- pl ilc i tnnAYtant,ce, pour ui3e meilleccrc
rPcj:l-tlatinn tharsnirplP cle lapiA.ce.
Les éléments de chauffage selon l'invention
assurent, comme il va être indiqué ci-après, une bonne
transparence, un très bon rendement, un encombrement minimum
et une conformité de l'appareil aux exigences de sécurité et
des normes en vigueur.
Pour comprendre le fonctionnement, selon
l'invention, de ces surfaces transparentes complémentaires,
il convient de rappeler quelques-unes des propriétés des
couches transparentes, par exemple déposées sur la surface
d'un verre.
Soit une plaque de verre revêtue d'une couche de
0
300 nm (3000 A) d'oxyde d'étain dopé. Elle présente :
(a) une résistance surfacique de 30 f2/o environ et si on
établit une différence de potentiel entre deux côtés
opposés d'une plaque rectangulaire, la couche se
comporte comme une résistance électrique dont la valeur
dépend du rapport des dimensions des côtés du rectangle
et qui s'échauffe par effet Joule, et, par conduction,
échauffe également la plaque de verre. Ainsi, un carré
d'un tel verre à couches, connecté à un réseau
d'alimentation électrique en 220 Volts, dissiperait une
puissance de 1613 Watts, quelles que soient les
dimensions du carré. Il apparaît que les performances
thermiques ne dépendent que de la surface et du rapport
des dimensions (longueur et largeur) de la plaque. Le
choix de la puissance, pour un verre à couche donné,
s'obtient par le rapport des dimensions de la plaque et
le choix de la température par le produit des
dimensions de la plaque. En se fixant la puissance et
la température, il est aisé de calculer les dimensions.
La surface du verre, côté opposé à la couche, est
considérée comme isolante. Sa résistance surfacique
est de l'ordre de 1Q12 S2/^ (1000 milliards d'SZ/o );.
(b) une émissivité de surface côté couche de 0,15 et côté
opposé de 0,9. Une plaque chaude émet un rayonnement
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proportionnel à l'émissivité et qui sera dissymétrique
et dans les proportions de 0,9 à 0,15, soit 6. D'après
Kirchoff, le rayonnement émis ne peut se faire que sur
les longueurs où la plaque de verre présente une bande
5 d'absorption. Elle se situe sur les longueurs
supérieures à 5 m. Seules les longueurs d'onde
comprises entre 5 et 20 E.cro sont porteuses d'énergie
appréciable, calculable par la loi de Planck. Elles
correspondent aux longueurs d'onde physiologiques,
c'est-à-dire celles qui procurent une sensation de
confort et de bien-être.
(c) Une réflectivité dans l'infrarouge de 85% côté couche
et de 4% côté opposé. L'ensemble verre et couche reste
transparent à la lumière.
Les auteurs de la présente invention ont ainsi eu
l'idée d'utiliser ces propriétés pour orienter le sens de
l'émission d'un côté ou de l'autre de la plaque de chauffe,
pour réfléchir, ou, au contraire, laisser passer le
rayonnement. En outre, une plaque de verre supplémentaire
ou une couche transparente isolante peut être utilisée pour
éviter que l'on puisse accéder à la plaque de chauffe et
ainsi s'y brûler ou recevoir une décharge électrique, tout
en maintenant la transparence de l'élément de chauffage.
Accessoirement, des effets décoratifs peuvent être trouvés
en utilisant les effets de couleur ou de lumière que
permettent ces plaques ou ces couches.
C'est ainsi que, selon la présente invention, sont
proposés des éléments de chauffage aussi variés que
convecteurs muraux ou mobiles, plinthes ou bandeaux
chauffants, panneaux radiants muraux ou mobiles, éléments
mixtes convecteurs radiants muraux ou mobiles, cloisons
chauffantes mobiles ou amovibles, pour espaces modulaires,
sèche-linge, etc.
Pour approfondir davantage la compréhension, selon
l'invention, du fonctionnement d'un appareil de chauffage,
examinons un mode de réalisation sous la forme d'un
convecteur mural.
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Les calories sont apportées par effet Joule dans
un corps de chauffe constitué d'une plaque de verre, revêtue sur une face
d'une couche transparente électroconductrice
positionnée vers le mur. Cette disposition permet de
minimiser le rayonnement thermique en direction du mur du
fait de la faible émissivité de la couche. Devant cette
première plaque I. et écartée, par exemple, de 15 mm, est
disposée une plaque de verre II thermiquement et
mécaniquement résistante, dont l'objet est :
(a) de définir un espace où se produit la convection, l'air
circulant de bas en haut ;
(b) d'empêcher les utilisateurs de toucher la plaque chaude
I dont la température peut ainsi être portée à 120'C ;
(c) d'éviter que les utilisateurs ne puissent en touchant
la plaque I subir la tension électrique. A cette
effet, ou bien la plaque I est de dimension plus
réduite que la plaque II, ou bien, ce qui est mieux
encore, la couche conductrice est limitée à une surface
plus réduite que celle de la plaque I ;
(d) de bloquer le rayonnement infrarouge émis par la
plaque I vers la plaque II par une couche
réfléchissante de l'infrarouge déposée sur la plaque II
en regard de la face I ou de réémettre vers la pièce
après absorption par le verre de la plaque II une
partie du rayonnement émis si la plaque II ne comporte
pas de couche réflectrice de l'infrarouge.
Dans les deux options précitées, la température de
la plaque II ne dépasse pas 60'C.
Contre le mur, à quelques millimètres de celui-ci,
est placée entre le mur et la plaque I, une plaque III
écartée de la plaque I, par exemple de 15 mm. Cette plaque
est constituée d'un verre, revêtu, sur la face la plus
éloignée du mur, d'une couche réfléchissant l'infrarouge,
dont le rôle est :
(a) de délimiter un deuxième espace entre les plaques I et
III où circule de l'air chauffé par la plaque I
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(b) de renvoyer vers la plaque I, le rayonnement infrarouge
qu'elle avait émise, de telle sorte que le mur soit
protégé et qu'ainsi les pertes soient très réduites.
L'efficacité d'un tel convecteur est fortement
améliorée comparativement aux convecteurs traditionnels :
- la surface d'échange entre l'air et le corps de chauffe
est maximum et correspond au double de la surface du
convecteur du fait du double compartimentage de
l'espace de convection. Le débit d'air, important à
température plus réduite que dans les appareils
classiques, répond aux exigences modernes du confort
thermique dans l'habitat ;
- les pertes ont été minimisées par la maîtrise du
rayonnement émis par le corps de chauffe.
L'esthétique de cet appareil est apportée soit par
la transparence de ses composants, soit par des éléments de
couleur ou de décor, bénéficiant de qualités propres du
matériau "verre" - transparence, reflets, couleurs, etc. -
qui peuvent être apportés par la plaque II et,dont un large
éventail existe chez les verriers ou les transformateurs
verriers.
Pour d'autres applications, le choix et la
disposition des surfaces transparentes complémentaires qui
accompagnent la plaque de chauffe pourront être différents.
Ainsi, pour constituer une cloison transparente
chauffante, par exemple en bureaux paysagers, on dispose
d'une grande surface de chauffe, ce qui permet de maintenir
une faible dissipation d'énergie par unité de surface et la
température de surface reste basse. L'énergie émise sous
forme de rayonnement est cette fois utilisable de part et
d'autre de la cloison, et il n'y a donc pas lieu de prévoir
les moyens de la réfléchir vers le corps de chauffe.
Il suffit donc de protéger la plaque de chauffe,
thermiquement et mécaniquement résistante, contre la
possibilité de contacts électriques intempestifs. Cela peut
se faire en disposant une deuxième plaque de verre contre la
couche conductrice, éventuellement séparée par un intervalle
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d'air ou par une feuille de polymère transparent ou encore
de recouvrir la couche conductrice par une deuxième couche
transparente, isolante, compatible avec la température du
corps de chauffe, telle que les couches de silice, d'oxyde
de chrome, d'oxyde de titane ou de silicone.
Une autre application permettant d'apprécier la
versatilité et l'efficacité du dispositif selon l'invention
concerne un panneau radiant.
La base en est toujours une plaque de chauffe,
transparente, thermiquement résistante, revêtue d'une couche
mince électroconductrice tournée vers la paroi qui supporte
le panneau. Comme indiqué ci-dessus, le rayonnement émis
par la plaque portée à une température par exemple de 120 -
130'C est dissymétrique. Il est beaucoup plus élevé (plus
dé 4 fois) vers la pièce que vers la paroi. Toutefois, pour
minimiser les pertes par transmission à la paroi, on
interpose entre celle-ci et la plaque de chauffe une autre
surface transparente constituée par exemple d'une plaque de
verre recouverte d'une couche réfléchissant l'infrarouge (ce
peut être un verre à couche d'oxyde d'étain identique à
celui qui est employé pour la plaque de chauffe). Dans
cette utilisation comme panneau radiant, destiné à
transmettre directement le chauffage à la pièce et à ses
habitants, il peut ne pas être avantageux de laisser une
partie de la chaleur se dissiper par convection. On peut
agir pour ce faire sur la géométrie (distance entre les deux
plaques, obturation de la partie haute) ou sur la position
(panneaux radiants disposés contre le plafond).
Les trois illustrations qui précèdent ayant montré
la variété des applications possibles de l'invention, nous
allons maintenant nous attacher à en décrire les composants
et les modes pratiques de réalisation.
Comme plaque de chauffe, on utilise une plaque de
verre revêtue sur l'une de ses faces par une couche mince
électroconductrice transparente à basse émissivité et
réfléchissant l'infrarouge. Il en existe de plusieurs
sortes, notamment celles qui sont à base d'oxyde d'étain
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- .. . ~ .
9
dopé à l'antimoine ou au fluor, ou d'oxyde d'indium dopé à
l'étain, déposées sous une épaisseur de quelques centaines
de nanomètres, et dont la résistance surfacique peut aller
de quelques S2/0 à quelques centaines d'i2/M. On peut citer
l'emploi de verres couramment commercialisés, de résistance
surfacique 35 n/^ ou 50 i2/cI, fabriqués par la Société
Saint-Gobain-Vitrage et commercialisés sous les
dénominations respectivement EKO et EKO Plus, ou du K-Glass
de 30 i2/o de la Société Pilkinton, ou du Thermoplus-confort
de 40 S2/0 de Glaverbel.
Toutefois, ces verres doivent être trempés pour
l'utilisation selon la présente invention, afin de rendre
les plaques résistantes aux chocs thermiques importants
auxquels elles vont être soumises.
De tels verres, à l'état non trempé, sont
commercialisés pour la réalisation de vitrages laissant
pénétrer la lumière solaire et réfléchissant au contraire le
rayonnement infrarouge de longueurs d'onde plus élevées ;
n'émettant pas ces longueurs d'onde, ce vitrage est
favorable aux économies d'énergie. De même, de tels verres
non trempés sont parfois utilisés dans la structure de
certains pare-brise, conçue pour assurer le dégivrage par
effet Joule sous température faible.
Pour constituer la ou les surfaces transparentes
complémentaires qui ont pour objet de définir et d'orienter
les flux thermiques issus de la (ou des) plaque(s) de
chauffe ou assurer d'autres fonctions, on peut citer les
exemples suivants non limitatifs :
- pour réfléchir le rayonnement infrarouge : les couches
à basse émissivité déjà citées possèdent cette
propriété ; on peut également citer des couches
métalliques fines (à l'argent ou au cuivre par
exemple) ; toutes ces couches sont éventuellement
protégées par une sur-couche transparente (silice,
polymères transparents) ;
- pour assurer l'isolation électrique . de simples
plaques de verre ou de couches transparentes (silice,
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oxyde de chrome, oxyde de titane, silicone, polymères
transparents) ;
- pour assurer la protection mécanique : des plaques de
verre trempé ou des plaques de polymères transparents
5 ou de composites feuilletés verre - matière(s)
plastique(s) (verre-PVB ; verre-polyuréthanne par
exemple) ;
- pour assurer les effets décoratifs : des plaques de
verre ou de polymères transparents, de couleur ou
10 gravées, ou imprimées, ou émaillées, ou revêtues de
couches ou de films eux-mêmes décoratifs.
Bien entendu, certaines de ces plaques peuvent
assurer simultanément plusieurs des fonctions évoquées.
A ces composants de base, s'ajoutent des
composants complémentaires, tels que les moyens de fixation
des plaques les unes par rapport aux autres et par rapport
aux parois concernées, ou encore les interrupteurs et
thermostats de modèles comparables à ceux qui sont employés
pour les appareils actuels, choisis en harmonie esthétique
avec"les éléments de chauffage précédemment définis.
L'arrivée du courant s'effectue par
l'intermédiaire de deux lignes fortement conductrices
(sérigraphiées ou collées), situées en intime contact avec
la couche électroconductrice, sur deux bords opposés de
celle-ci. Des lignes complémentaires de même type peuvent
être déposées à l'intérieur de cet intervalle, permettant
alors, par un branchement approprié, de brancher en série
les résistances représentées par les surfaces délimitées sur
la couche conductrice.
Pour certains de ces éléments de chauffage, il
pourra être avantageux de commander les fonctionnements par
un détecteur automatique de présence. Il pourrait en être
ainsi par exemple pour des panneaux radiants destinés à
réchauffer le public dans certains lieux ouverts vers
l'extérieur, tels que galeries marchandes, salles d'attente,
étalages, etc.
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La présente invention va être illustrée de façon
plus précise par les exemples suivants.
Exemple 1 : CONVECTEUR
Ce type d'appareil, dans son principe, a été
décrit ci-dessus. Ce peut être un convecteur mural, ou
encore un convecteur mobile, pouvant dans ce cas être un
appareil de chauffage d'appoint.
Un tel appareil comporte la succession suivante de
plaques disposées en regard l'une de l'autre :
- une première plaque protectrice, en verre thermiquement
et mécaniquement résistant ;
- une plaque de chauffe dont la couche mince
électroconductrice est tournée vers ladite première
plaque protectrice ;
- le cas échéant, une seconde plaque de chauffe dont la
couche mince électrocondiictrice est tournée du même
côté que la précédente ; ou bien plusieurs autres
plaques de chauffe dont les couches minces électro-
conductrices sont tournées du même côté que la
précédente ;
- une seconde plaque protectrice, en verre thermiquement
et mécaniquement résistant ;
chacune des plaques protectrices pouvant comporter, du côté
tourné vers la plaque de chauffe voisine, une couche
réfléchissant l'infrarouge, et les différentes plaques étant
écartées entre elles d'une distance suffisamment grande pour
que la convection n'apporte pas de surchauffe exagérée de
l'air, et suffisamment faible pour que la convection
n'apporte pas de phénomènes de perturbation par courants
descendants.
Dans le cas d'un convecteur mural, si la première
plaque protectrice est celle disposée en regard du mur, il
est avantageux qu'elle comporte, du côté opposé au mur, une
couche réfléchissant l'infrarouge, faisant face à la couche
mince électroconductrice de la plaque de chauffe voisine.
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En pratique, dans la plupart des cas, la distance
entre deux plaques voisines serait donc comprise entre 5 et
25 mm.
Les plaques composant le convecteur sont
généralement disposées verticalement, leur écartement étant
donc constant ; elles peuvent aussi (au moins l'une d'entre
elles) être inclinées par rapport au plan vertical de telle
sorte que l'écartement entre deux plaques augmente de bas en
haut, cette disposition géométrique étant favorable à la
régularisation du transfert thermique qui réchauffe l'air.
Par ailleurs, on peut avantageusement prévoir
qu'au moins une plaque protectrice du convecteur déborde de
la ou des plaques de chauffe sur tout son pourtour, ou
encore que toutes les plaques du convecteur soient de même
dimension, la partie sous tension des couches conductrices
des plaques de chauffe étant limitée à une surface plus
réduite que celle des plaques proprement dites.
Un exemple de réalisation particulier de
convecteur mural va maintenant être décrit avec référence
aux Figures 1 et 2 du dessin annexé :
- la Figure 1 est une vue de face de ce convecteur ; et
- la Figure 2 est, à plus grande échelle, une vue en
coupe partielle selon II-II de la Figure 1.
On peut voir sur ces Figures 1 et 2 que l'on a
représenté par 1, dans son ensemble, un convecteur
transparent monté contre un mur 2 à une distance classique
par rapport au sol 3.
En position de montage, le convecteur 1 comprend
trois plaques rectangulaires 4, 5 et 6, sensiblement
parallèles entre elles et au mur 2, faites d'un même verre
à couche type EKO 6 mm de la Société Saint-Gobain, cette
couche mince étant désignée respectivement 4a, 5a et 6a.
La plaque 4, la plus proche du mur, est disposée
de telle sorte que sa couche 4a soit tournée à l'opposé du
mur 2.
La plaque 5 a une longueur inférieure à celle de
la plaque 4 et elle est disposée par rapport à la plaque 4
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de façon que, dans le sens de la longueur, cette dernière
déborde d'une distance égale de part et d'autre, et que,
dans le sens de la hauteur, elle déborde à la partie
inférieure d'une distance sensiblement égale à la distance
précitée, et, à la partie supérieure, d'une distance un peu
plus grande. La plaque 5 est par ailleurs disposée de telle
sorte que sa couche 5a soit tournée vers la couche 4a.
Quant à la plaque 6, elle est identique à la
plaque 4, excepté qu'elle est de moins grande hauteur, et
elle est disposée en regard de celle-ci de façon à déborder
de la plaque 5 d'une distance égale sur tout le pourtour.
La couche 6a est tournée vers la plaque 5.
Le long des deux bordures verticales de la
plaque_5, du côté de la couche 5a, sont disposées deux fines
bandes conductrices 7a, 7b, lesquelles constituent des bus
d'amenée du courant à ladite couche 5a. A la partie
inférieure de chaque bande 7a, 7b, est soudé un fil
respectivement 8a, 8b de connexion au réseau. Ces fils 8a,
8b, bien que visibles sur le dessin, sont relativement
cachés à la vue.
Deux bandes isolantes décoratives respectivement
9a, 9b peuvent être disposées le long des deux bordures
horizontales de la plaque 5, également sur la couche 5a.
Ces bandes 9a, 9b, facultatives, dessinent, avec les
bandes 7a, 7b, le pourtour légèrement plus foncé d'un
rectangle, améliorant ainsi l'aspect esthétique.
Pour le montage du convecteur 1, quatre trous sont
pratiqués dans chacune des plaques 4, 5 et 6. Les trous
sont pratiqués aux quatre coins de la plaque 5, et ceux des
plaques 4 et 6 dans les emplacements en regard pour observer
le positionnement relatif des plaques, ces dernières étant
par ailleurs écartées l'une de l'autre et la plaque 4 étant
écartée du mur 2 comme décrit ci-après.
Quatre fourreaux 10 sont vissés dans le mur 2,
selon l'écartement des trous pratiqués dans les plaques, ces
fourreaux 10 recevant des vis 11 sur la partie saillante
desquelles est vissée une pièce cylindrique 12 de maintien
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des plaques 4, 5 et 6. Chaque pièce 12 comporte, à son
extrémité venant se placer contre le mur 2, une
collerette 13 constituant l'entretoise d'écartement entre le
mur 2 et la plaque 4. Une fois cette dernière appliquée
contre les collerettes 13, on vient mettre en place
successivement des bagues 14 jouant le rôle d'entretoises
d'écartement entre les plaques 4 et 5, la plaque 5, des
bagues 15 jouant le rôle d'entretoises d'écartement entre
les plaques 5 et 6, la plaque 6, puis des cabochons 16 de
maintien de cette dernière, dont les tiges viennent se
visser dans les parties d'extrémité des pièces 12 et dont
~'- les têtes peuvent avoir un rôle décoratif.
Une tablette 17 peut être fixée au mur 2,
perpendiculairement à celui-ci venant en appui sur la
bordure supérieure de la plaque 4.
Dans le convecteur 1, la plaque 4 est une plaque
de protection thermique, la plaque 5, la plaque chauffante,
et la plaque 6, une plaque de protection mécanique et
thermique ainsi que décorative, si elle est choisie en un
verre ayant un effet décoratif. On peut, à la place d'une
plaque 6 revêtue d'une couche 6a, utiliser une plaque 6 non
revêtue, auquel cas celle-ci aura un rôle de protection
mécanique seulement, et éventuellement un rôle décoratif
selon le choix du verre.
On utiliser des
peut plaques 4, 5 et 6 de 4 mm
d'épaisseur. La distance entre deux plaques successives
peut être de 20 mm, auquel cas l'encombrement total des
plaques en profondeur est de 52 mm.
Par ailleurs, la plaque chauffante 5 pourrait être
remplacée par deux plaques chauffantes du même type, avec
les couches électroconductrices toujours tournées du côté de
la plaque 4. Dans ce cas, on peut prévoir une distance de
15 mm entre deux plaques successives, l'encombrement total
des plaques en profondeur étant alors de 61 mm.
Egalement, il est possible, par le choix de
bagues-entretoises 14 et 15 de formes appropriées, de monter
par exemple la ou les plaques chauffantes 5 et la plaque 6
f=ï:~.` ...:..
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en position inclinée par rapport au plan vertical de façon
que l'écartement entre une plaque inclinée et le plan
vertical augmente de bas en haut. On peut ainsi prévoir un
angle d'inclinaison de moins de 20' entre les plaques.
5 Alimentée sous une tension normale du réseau de
distribution, la couche 5a dissipe par effet Joule une
énergie qui échauffe la plaque 5 et la porte à une
température T5. Comme indiqué plus haut, on peut considérer
sans grande erreur que les deux faces de la plaque 5 sont à
10 la même température T5. L'énergie rayonnée par la face 5a
est faible et est réfléchie par la face 4a de la plaque 4,
réfléchissant l'infrarouge. L'énergie rayonnée par la
plaque 4 étant faible, cette dernière ne s'échauffe pas par
rayonnement. L'énergie rayonnée par la face opposée à la
15 couche 5a correspond approximativement à celle d'un corps
noir. Elle est réfléchie par la face 6a de la plaque 6.
Les températures T4 et T6 ne dépendent que d'un échange
convectif provoqué par l'air chaud qui circule entre les
plaques 4 et 5, et 5 et 6. Le système est géré par la
température T5 (donc la puissance du convecteur) et des
écartements entre les plaques. -
La résistance électrique R de la plaque
rectangulaire de verre 5 est la suivante
b
R (~) = Rc (n/o) x
a
où :
- a est la hauteur de la plaque ou longueur de chacun des
collecteurs de courant 7a, 7b ;
- b est la longueur de la plaque ou distance entre les
deux collecteurs de courant 7a, 7b ; et
- Rc est la résistance ohmique surfacique.
Pour une tension électrique donnée d'alimentation de cette
résistance R, la puissance électrique est
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U2 (V)
P (W) _
R(n)
U étant fixée (220 Volts), pour choisir une puissance, ou
déterminer une gamme de puissances, on calcule R, puis on
ajuste le rapport b/a pour obtenir R. Un autre paramètre
intervient, à savoir la charge de puissance par unité de
surface (S), laquelle conditionne la température de surface
de la plaque :
2
P (W) P (W) U
S = _ _
S(dm2) a x b Rc x b2
6 ne dépend donc que de b b étant fixé, la puissance
électrique souhaitée fournira a. -
Si l'on vise à proposer des convecteurs d'une
gamme de puissances de 500 à 2000 W en restant dans
l'intervalle de 10 à 20 W/dm2, en particulier de 10 à
13 W/dm2' pour la charge 6, on peut concevoir, en disposant
de verres à couches du commerce dont les résistances sont de
35 n/D et 50 S2/D environ, un élément chauffant vertical à
trois plaques (fortes puissances de 5000 à 2000 W) ou un
élémént chauffant horizontal à trois plaques (faibles
puissances de 500 à 1000 W) ou à quatre plaques dont deux
chauffantes (puissances supérieures à 1000 W). Les
dimensions a et b des plaques de chauffe sont par exemple
telles que S < 1 m2 ; 0, 5< b/a < 1, 5; et 8 < b < 12 dm.
La température de surface de la plaque
protectrice 6 est limitée à 60'C.
L'écartement des plaques, que l'on peut faire
varier entre 10 et 20 mm par exemple, permet d'ajuster la
température de l'air qui circule entre les plaques.
Dans le cas de deux plaques de chauffe en
parallèle, les associations de deux plaques de chauffe de
puissances différentes sont possibles.
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Exemple 2 PLINTHE CHAUFFANTE / BANDEAU CHAUFFANT
Un tel appareil comporte deux plaques de chauffe
disposées en regard avec leurs couches minces
électroconductrices disposées face à face, l'une servant de
plaque réfléchissant l'infrarouge pour l'autre, une plaque
protectrice en verre thermiquement ou mécaniquement
résistant pouvant être disposée en regard de la plaque de
chauffe extérieure.
Sur la Figure 3 du dessin annexé, on a représenté
schématiquement, en coupe verticale, une plinthe
chauffante 18, composée de deux plaques de chauffe 19, 20
dont les couches 19a, 20a sont disposées en regard. et
montées en parallèle, une plaque protectrice 21 étant le cas
échéant disposée en regard de l'une des deux plaques 19, 20.
Si l'on fixe la hauteur a de la plinthe à 1 dm,
b/a étant très supérieur à 1, notamment compris entre 8 et
10, une densité de puissance de 15 W/dm2 conduit à une
puissance de 250 W avec une couche de 46,5 ft/D, et une
densité de puissance de 10 W/dm2 conduit à une puissance de
200 W, avec une couche de 38,7 ft/E. Pour S= 15 W/dm2, la
température de surface de 110'C environ impose une structure
à trois plaques de verre (19 ; 20 ; 21). Pour S= 10 W/dm2,
la température de surface de 80'C environ permet une
structure à deux plaques de verre (19, 20), avantageuse pour
l'encombrement en épaisseur. La deuxième plaque sert à la
fois de plaque de chauffe et de plaque réfléchissante.
L'augmentation de la cote a (bandeau) permet
d'atteindre des puissances plus grandes avec les couches
commerciales de valeurs peu différentes de 35 S2/U et 50
f2/0 .
Pour a = 3 dm, avec des densités de puissance de
15 W/dm2 et 10 W/dm2, nous obtenons respectivement 360 W et
225 W pour Rc = 50 S2/^ et 430 W et 350 W pour Rc = 35 S2/E.
õ= , ._
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Exemple 3 PANNEAU RADIANT SUPPORTÉ
Cet appareil, dans son principe, a été décrit ci-
dessus.
Il comporte une plaque protectrice de verre
thermiquement et mécaniquement résistant, disposée en regard
de la paroi-support, et comportant du côté opposé à cette
dernière, une couche réfléchissant l'infrarouge, et, en
regard de celle-ci, une plaque de chauffe dont la couche
mince électroconductrice est tournée vers la plaque
protectrice de verre, les deux plaques étant écartées d'une
distance suffisamment grande pour que la convection
n'apporte pas une surchauffe exagérée de l'air, et
suffisamment faible pour que la convection n'apporte pas de
phénomène de perturbation par courants descendants.
Sur la Figure 4 du dessin annexé, on a représenté
schématiquement, en coupe verticale, un panneau radiant 22,
composé d'une plaque de chauffe 23 revêtue d'une couche
mince électroconductrice 23a, et, disposée en regard de
cette dernière, une plaque protectrice de verre 24, laquelle
est revêtue d'une couche mince réfléchissante de l'infra-
rouge 24a.
La plaque 23 peut avoir les dimensions suivantes
7 < b < 8,5 dm ; 1/3 < b/a < 1 ; la densité 6 étant de
l'ordre de 20 W/dm2, pour une puissance de 1000 à 2000 W.
La couche conductrice 23a est aussi à basse
émissivité ; du point de vue du rayonnement émis par le
verre, le comportement des deux faces de la plaque 23 est
dissymétrique, et les énergies rayonnées sont
proportionnelles aux émissivités. La faible épaisseur du
verre fait que le gradient dans l'épaisseur est très faible
et que l'on peut admettre que le verre est isotherme. La
température du verre pour une valeur de â de 20 W/dm2
avoisine 120-130'C, d'où il résulte que l'énergie rayonnée
par la face côté couche 23a (F = 0,2) est de l'ordre de
300 W/m2 et l'énergie rayonnée par la face opposée (e = 0,9)
est de l'ordre de 1300 W/m2. Aux températures précitées, la
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longueur d'onde qui émet le plus d'énergie équivaut à
7,3 um. La largeur pratique du domaine spectral est
comprise entre 3,65 Mm et 32,85 m, ce qui correspond à la
bande d'absorption du verre, donc d'émission selon la loi de
Kirchoff. La couche à basse émissivité 23a sur ces
longueurs d'onde a tendance à minimiser l'énergie rayonnée
côté couche. Une variation de température de l'ordre de
10'C modifie peu la répartition du rayonnement.
Pour améliorer la performance du panneau
radiant 23 seul, il faut réfléchir l'énergie rayonnée émise
par la couche 23a. On place donc en regard de la
couche 23a, la plaque 24 de verre à couche, dont la
couche 24a est tournée vers la couche 23a et qui réfléchira
l'infrarouge.
Selon l'écartement entre les plaques 23 et 24, on
peut générer de la convection entre elles. On obtient ainsi
l'élément chauffant 22, tel que représenté sur la Figure 4,
à la fois radiant et convecteur si les plaques 23 et 24 sont
disposées verticalement.
Le panneau 22 peut également être placé contre un
plafond.
La présente invention permet également de réaliser
des cloisons chauffantes. De telles cloisons peuvent
comporter une plaque de chauffe dont la couche mince
électroconductrice est protégée par une plaque de verre
disposée en regard de celle-ci, avec un intervalle d'air,
les deux plaques étant écartées d'une distance suffisamment
grande pour que la convection n'apporte pas une surchauffe
exagérée de l'air, et suffisamment faible pour que la
convection n'apporte pas de phénomènes de perturbation par
courants descendants.
Il est bien entendu que les modes de réalisation
ci-dessus décrits ne sont aucunement limitatifs et pourront
donner lieu à toutes modification désirables, sans sortir
pour cela du cadre de l'invention.
