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WO 2009/044078 PCT/FR2008/051614
CABLE AUTOREGULANT A COMPORTEMENT CTP ET A PUISSANCE
ELECTRIQUE MODULABLE, SON CONNECTEUR, UN DISPOSITIF LES
COMPRENANT ET UTILISATION DE CE DERNIER.
La présente invention porte sur un câble autorégulant
à comportement CTP et à puissance électrique modulable, son
connecteur spécifique, un dispositif comprenant ledit câble
et ledit connecteur ainsi que l'utilisation de ce
dispositif pour générer une puissance électrique modulable
à partir d'un câble unique.
Dans le cadre d'applications de mise hors gel et de
maintien en température, il existe des câbles à
comportement CTP (Coefficient de Température Positif),
c'est-à-dire des câbles pour lesquels on pourra observer
une augmentation de leur résistance électrique avec la
température jusqu'à ce qu'ils délivrent un courant de très
faible intensité, voire nul. En effet, lorsque ces câbles
sont soumis à une tension électrique quelconque, le courant
électrique va échauffer le matériau par effet joule, la
quantité d'énergie thermique dégagée par effet joule
induira une mobilité des chaînes macromoléculaires, un
éloïgnement des particules conductrices les unes des autres
et une dilatation du matériau. Cette augmentati.on de la
température interne du câble, augmentera donc la résistance
du câble, ce qui aura pour finalité de diminuer la
puissance électrique du câble. Par conséquent, cette
diminution progressive de la puissance électrique va se
poursuivre jusqu'à atteindre une puissance nulle et donc
une température limite d'auto échauffement du matériau. Le
câble peut ainsi s'autoréguler en résistance électrique
donc en puissance électrique et par conséquent en
temuérature.
Une des particularités de ces câbles est qu'ils
peuvent ètre autorégulants de part la nature de leur
matériaux de composition. Ceci a d'ailleurs été décrit par
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la Société déposante dans les demandes EP0965138B1 et FR
0705142. De manière générale, l'autorégulation du câble
vient du fait qu'en modifiant la température interne du
câble, la puissance électrique générée par ce dernier sera
également modifiée.
Cela dit, il est impossible aujourd'hui de retrouver
sur le marché un câble à comportement CTP pouvant générer
différentes puissances à une température donnée, ainsi
qu'un connecteur spécifiquement adapté pour ce type de
câbles.
Il existe cependant des câbles, par exemple le VLBTV
de la Société RAYCHEM, possédant un nombre de conducteurs
électriques supérieur à deux, mais la fonction de ces
conducteurs est l'augmentation de la section totale des
conducteurs pour des applications de chauffage ou maintien
en température sur de longues distances et cela sous 480 et
600V.
Il existe donc un besoin réel pour un câble à
comportement CTP permettant de générer différentes
puissances électriques à une température donnée.
La Société déposante, après de nombreuses recherches a
eu le grand mérite de trouver un câble autorégulant à
comportement CTP {Coefficient de Température Positif} et à
puissance électrique modulable répondant parfaitement à ces
critères. Le câble selon l'invention est caractérisé en ce
qu'il comprend au moins trois conducteurs électriques
séparés par un alliage de polymères dit à comportement CTP,
les conducteurs électriques étant tous destinés à être
connectés deux à deux. Par connecté deux à deux on
entend ou bien un conducteur connecté à un autre conducteur
ou bien au moins deux conducteurs court-circuités entre
eux, la résultante étant connectée à un autre conducteur.
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Le câble selon l'invention contient au moins trois
conducteurs électriques enrobés dans un alliage semi-
conducteur à base de polymères chargé de particules
conductrices électriques. Cet alliage à base de polymères
présente un comportement CTP, c'est-à-dire, une
augmentation de sa résistance électrique avec la
température jusqu'à délivrer un courant de très faible
intensité voire nul. Cet alliage de polymères peut être tel
que décrit dans le brevet EP0965138 ou dans la demande
FR0705142. Plus particulièrement, il comprend une
polyoléfine polaire, une charge conductrice et un polymère
de matrice. La polyoléfine polaire, éventuellement chargée
totalement ou partiellement avec du noir de carbone, est
choisie dans le groupe comprenant les copolymères
d'éthylène/acétate de vinyle, les copolymères
d'éthylène/acrylate d'alkyle en C1-C6, ou leurs mélanges.
Le polymère de matrice quant à lui peut être choisi parmi
les poly(alkylène en Cl-C4) téréphtalates, les polyamides,
les polypropylènes, les polycarbonates, les copolymères de
polyester et de polyéther, les polyméthacrylates de méthyle
ou leurs mélanges. La nature du polymère est définie par
les conditions d'utilisation de l'alliage, son aptitude à
avoir un comportement CTP dans la plage de température
souhaitée ainsi qu'en fonction des caractéristiques
mécaniques pouvant lui conférer une géométrie particulière
et des déformations spécifiques de type flexible.
Selon un mode de réalisation préfé.rentielle, le câble
autorégulant à puissance électrique modulable selon
l'invention est caractérisé en ce que la quantité d'alliage
de polymères séparant les deux conducteurs connectés
détermine la résistance du câble.
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La présente invention permet donc par la sélection des
conducteurs connectés deux à deux d'obtenir différentes
valeurs de résistance électrique (ohmique) et par
conséquent, de puissance électrique du câble. En effet,
puisque la résistance est fonction de la quantité de
matière polymère séparant deux conducteurs connectés, pour
moduler cette résistance, il suffit de connecter des
conducteurs plus ou moins distants les uns des autres. Lors
du branchement du câble, il est possible de sélectionner
les conducteurs donnant la résistance électrique adaptée à
l'application désirée: le même câble peut ainsi fournir une
combinaison de résistances électriques, donc, de
différentes puissances électriques pour une même
température et chaque puissance aura sa propre évolution en
fonction de la température.
Le câble selon l'invention peut être fabriqué par le
procédé décrit dans le brevet EP0965138 ou dans celui de la
demande FR 0705142. Particulièrement, ledit procédé est
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes dans
lesquelles :
-on mélange les différentes composantes d'un alliage de
polymères compatibles comprenant une polyoléfine polaire,
un polymère de matrice, une charge conductrice telle que du
noir de carbone et éventuellement des charges non
conductrices,
-on extrude le mélange ainsi obtenu afin d'obtenir des
granulats,
-on extrude les granulats autour de torons électriquement
conducteurs (i.e. les conducteurs),
-on recouvre ensuite le ruban ainsi formé d'un matériau
électriquement isolant,
-on insère l'ensemble dans un manchon métallique protecteur
et enfin,
-on entoure le manchon d'une gaine isolante.
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Selon un mode de réalisation préférentielle, le câble
autorégulant à puissance électrique modulable selon
l'invention est caractérisé en ce que lesdits conducteurs
électriques sont tous identiques.
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Selon un mode de réalisation préférentielle, le câble
autorégulant à puissance électrique modulable selon
l'invention est caractérisé en ce qu'au moins un desdits
conducteurs électriques est de section différente. Dans ce
cas, la modulation peut également se faire par le
branchement à un conducteur de section différente.
Les conducteurs électriques sont constitués à partir
d'un matériau choisi dans le groupe comprenant notamment le
cuivre, le cuivre nickelé, le cuivre étamé, l'aluminium et
leurs mélanges. De façon générale, tous les conducteurs
sont en matériau identique. Cependant, selon un mode de
réalisation préférentielle, afin d'augmenter les
applications possibles du câble selon l'invention, ce câble
autorégulant à puissance électrique modulable est
caractérisé en ce qu'au moins un desdits conducteurs
électriques est fabriqué à partir de matériaux différents.
Selon un mode de réalisation préférentielle, le câble
autorégulant à puissance électrique modulable selon
l'invention est caractérisé en ce que la distance entre
deux conducteurs électriques successifs est identique.
Selon un mode de réalisation préférentielle, le câble
autorégulant à puissance électrique modulable selon
l'invention est caractérisé en ce que la distance entre
deux conducteurs électriques successifs est différente.
Le câble selon 1.'invention comporte les avantages
suivants :
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-il réduit considérablement le nombre de références de
câble, par l'utilisation d'un seul câble permettant de
générer plusieurs puissances électriques,
-il peut servir de câble multi usages en tension
d'alimentation,
-il est facile d'adapter les outillages de fabrication pour
obtenir quatre, six, huit conducteurs électriques dans un
seul et même câble, et
-il autorise la suppression de composante comme un
thermostat.
La présente invention porte également sur un
connecteur destiné à un câble autorégulant à comportement
CTP et à puissance électrique modulable selon l'invention,
caractérisé en ce qu'il comprend un moyen permettant de le
relier à l'alimentation électrique et un moyen permettant
de connecter les conducteurs électriques deux à deux.
Selon un mode de réalisation préférentielle, le
connecteur selon l'invention est caractérisé en ce que le
moyen de connexion est à bouton rotatif, la rotation de
celui-ci permettant de présélectionner la mise en contact
des conducteurs du câble avec l'alimentation électrique.
Selon un mode de réalisation préférentielle, le
connecteur selon l'invention est caractérisé en ce que le
moyen de connexion est à translati.on, la translation des
contacts électriques permettant de présélectionner la mise
en contact des conducteurs du câble avec l'alimentation
électrique.
Selon un mode de réalisation préférentielle, le
connecteur selon l'invention est caractérisé en ce que le
moyen de connexion est à fiche, la fiche permettant de
présélectionner la mise en contact des conducteurs du câble
avec l'alimentation électrique en connectant lesdits
conducteurs dans le boitier pour sélectionner la valeur de
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résistance. D'autres moyens de connexion sont envisageables
comme les boutons poussoirs, les interrupteurs
électroniques et les relais.
La présente invention porte également sur un
disposi.tif permettant de générer une puissance électrique
modulable, caractérisé en ce qu'i1 comprend au moins un
câble selon l'invention et au moins un connecteur selon
l'invention.
La présente invention porte en outre sur l'utilisation
du dispositif selon l'invention pour générer une puissance
électrique modulable à l'aide d'un câble unique comprenant
au moins trois conducteurs électriques insérés dans un
alliage dit à comportement CTP, cet alliage étant lui-même
composé de polymères chargés de particules conductrices
électriques.
Ainsi, à l'aide d'un seul et même câble, l'utilisateur
peut choisir la puissance qu'il souhaite. Pour ce faire, il
connecte ensemble les deux conducteurs qui lui permettront
d'obtenir ladite puissance. Si, en cours d'utilisation ou
pour une autre application il désire obtenir une autre
puissance, il connectera alors ensemble d'autres
conducteurs. Ainsi, i1 n'a plus besoi.n de changer de câble.
D'autres aspects, objets, avantages et
caractéristiques de l'invention, seront présentés à la
lecture de la description non restrictive qui suit et qui
décrit des modes de réalisation préférés de l'invention
donnés par le biais d'exemples seulement par référence aux
figures suivantes, sur lesquelles :
-la figure 1 représente un câble à comportement CTP
conventionnel,
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-la figure 2 représente un câble à comportement CTP
selon l'invention,
-la figure 3 représente différentes variantes du câble
selon l'invention,
-la figure 4 est une représentation schématique d'un
moyen de connexion à bouton rotatif,
-la figure 5 est une représentation schématique d'un
moyen de connexion à translation,
-la figure 6 est une représentation schématique d'un
moyen de connexion à fiche,
-la figure 7 est une représentation graphique des
di.fférentes résistances électriques pouvant être obtenues
en fonction du branchement des conducteurs électriques sur
un échantillon à quatre conducteurs, et
-la figure 8 est une représentation graphique des
possibilités d'obtention d'une puissance croissante en
fonction des choix des conducteurs.
Sur la figure 1 est représenté un câble autorégulant à
comportement CTP conventionnel constitué par des
conducteurs électriques (1) enrobés dans un alliage de
polymères dit à comportement CTP (2). La quantité d'alliage
de polymères séparant les deux conducteurs détermine la
résistance et est représentée par Rl.
Sur la figure 2 est représenté un câble selon
l'invention constitué par des conducteurs électriques (3, 4
et 5) enrobés dans un alliage de polymères dit à
comportement CTP (2). La quantité d'alliage de polymères
séparant les divers conducteurs détermine la résistance :
la résistance entre les conducteurs 3 et 4 est représentée
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par R1 ; la résistance entre les conducteurs 4 et 5 est
représentée par R2, la résistance entre les conducteurs 3
et 5 est représentée par R3 et la rési.stance entre d'une
part la résultante du court-circuit des conducteurs 3 et 4
et d'autre part du conducteur 5 est représentée par R4.
Ai.nsi, la résistance est modifiée selon le choix des
conducteurs connectés ensembles.
Sur les figures 3A, 3B, 3C et 3D sont représentées
différentes variantes du câble selon l'invention. Sur la
figure 3A est représenté un câble à quatre conducteurs
électriques de sections différentes (6 à 9) répartis de
façon différente à l'intérieur du câble créant ainsi de
multiples possibilités de résistances. Sur les figures 3B
et 3C est représenté un câble à quatre conducteurs
électriques de sections différentes (10 à 17) répartis de
façon différente à l'intérieur des câbles de géométries
diverses créant ainsi différentes possibilités de
résistances. Sur la figure 3D est représenté un câble à
quatre conducteurs électriques de sections identiques (18 à
21) répartis de façon identique dans le câble créant ainsi
diverses possibilités de rés.istances. Il est donc possible
d'obtenir différentes résistances et donc différentes
puissance en fonction de la température en faisant varier
la section des conducteurs électriques, leur répartition à
l'intérieur même du câble, par la sélection des conducteurs
connectés ensemble, tout en ayant la possibilité de créer
des câbles de géométries différentes.
Sur la figure 4 est représenté un moyen de connexion à
bouton rotatif permettant de sélectionner la résistance R5
ou R6 du câble à comportement CTP selon l'invention. Pour
sélectionner la résistance R5, il suffit de tourner le
bouton rotatif de manière à ce que les contacts électriques
(22) du bouton rotatif puissent entrer en contact avec les
conducteurs électriques 23 et 25. De manière similaire,
afin de sélectionner la résistance R6, il suffit de tourner
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le bouton rotatif de manière à ce que les contacts
électriques (22) du bouton rotatif puissent entrer en
contact avec les conducteurs électriques 24 et 26.
5 Sur la figure 5 est représenté un moyen de connexion à
translation permettant de sélectionner la résistance R7 ou
R8 du câble à comportement CTP selon l'invention. Pour
sélectionner la résistance R7, il suffit de déplacer les
contacts électriques (27) de manière à ce qu`ils puissent
10 entrer en contact avec les conducteurs 28 et 30. De manière
similaire, afin de sélectionner la résistance R8, il suffit
de déplacer les contacts électriques (27) de manière à ce
qu'ils puissent entrer en contact avec les conducteurs
électriques 29 et 31.
Sur la figure 6 est représenté un moyen de connexion à
fiche permettant de sélectionner la rési.stance R9 ou R10 du
câble à comportement CTP selon l'invention. Pour
sélectionner la résistance R9, il suffit d'insérer les
conducteurs électriques 32 et 33 du câble dans les fiches
correspondantes 35 et 36 du boitier connecteur (38). De
manière similai.re, afin de sélectionner la résistance R10,
il suffit d'insérer les conducteurs électriques 32 et 34 du
câble dans les fiches correspondantes 35 et 37 du boitier
connecteur (38).
EXEMPLES
Exemple 1 : Résistance en fonction des branchements.
On a préparé un câble autorégulant à quatre
conducteurs électriques tel que représenté sur la Figure 3D
de la présente demande, la préparation dudit câble ayant
été faite selon l'exemple 1 de la demande de brevet FR
0705142.
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On a réalisé les di.fférents branchements suivants
entre les conducteurs : A. : 20 et 21, B : 18 et 20, C : 18
et 21, D : 18 et 19, E 19 et 21. Le nom de la courbe
correspond à celui des branchements.
Pour chaque branchement, les mesures de résistances sont
effectuées tous les mètres sur une longueur totale de 30
mètres. Les résultats sont présentés par les courbes de la
Figure 7. Cette dernière montre les différentes résistances
électriques que l'on peut obtenir en fonction du
branchement des conducteurs électriques sur un câble à
quatre conducteurs.
La figure 7 montre la parfaite symétrie de
l'élément chauffant à comportement CTP avec l'isotropie des
propriétés électriques du câble, l'homogénéité de la
répartition des charges conductrices à comportement CTP de
l'alliage. Cela permet d'avoir plusieurs résistances
identiques et non identiques sur un même produit.
Cette combinaison de connexion offre la possibilité
d'avoir plusieurs puissances de câble et cela permet aussi
de multiplier la résistance d'un câble.
La multiplication de la résistance offre la
possibilité d'augmenter la quantité de production d'un
câble avec une seule résistance : en effet avec un câble à
quatre conducteurs, nous avons la possibilité de couper en
deux le câble et d'avoir deux câbles avec la même
résistance.
En fonction du choix des conducteurs il est
possible d'obtenir des résistances identiques ou non
(symétrie des propriétés du câble, plusieurs combinaisons).
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Exemple 2 : Courbe de puissance.
Un câble identique à celui mis en uvre dans
l'exemple 1 a été utilisé. Les branchements suivants ont
été successivement effectués : F : 18 et 21, G : 18 et 19
et H : 18 et 20. La puissance électrique en fonction de la
température a été mesurée pour chaque branchement et les
résultats sont illustrés sur la Figure 8. Le nom de la
courbe correspond à celui des branchements.
La figure 8 montre qu'en fonction du choix des
conducteurs il est possi.ble d'avoir différentes puissances.
Le réglage de la puissance peut donc être fait en fonction
du choix des connexions.
Bien que la présente invention ait été décrite ci-
dessus par le biais d'exemples de ses modes de réalisation
préférées, il est entendu qu'elle peut être modifiée sans
se détourner de l'esprit et de la nature de l'invention
telle que définie dans les revendications annexées.
