FR2999594A1 - IMPROVED HEATING PAINT. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une peinture chauffante destinée à être déposée sur un substrat (6) en vue d'y appliquer une tension électrique de sorte à obtenir une augmentation de sa température. Elle comprend une résine en phase aqueuse et du graphite. La présente invention concerne encore un élément chauffant (1) utilisant une telle peinture, ainsi qu'un procédé de mise en œuvre de la peinture selon l'invention.The present invention relates to a heating paint intended to be deposited on a substrate (6) in order to apply an electric voltage so as to obtain an increase in its temperature. It comprises an aqueous phase resin and graphite. The present invention also relates to a heating element (1) using such a paint, as well as a method of implementing the paint according to the invention.
Description
Peinture chauffante améliorée. La présente invention concerne le domaine du chauffage. Elle concerne plus particulièrement une peinture chauffante améliorée On connait du document FR2 802 761 un dispositif de chauffage comprenant du graphite amorphe, et permettant d'atteindre une température de 100°C. Le document W09626984 divulgue une matière fluide ou pâteuse électriquement conductrice destinée à couvrir une surface, et convenant notamment pour le chauffage par rayonnement. Cette matière comprend un liant et des charges conductrices comportant des oxydes doubles. Elle permet dans certains cas d'atteindre une température légèrement supérieure à 100°C. Néanmoins dans de nombreuses applications, il est souhaitable d'atteindre des températures bien supérieures, dépassant 500°C, en particulier pour des éléments radiants pouvant atteindre ces températures.Enhanced heat painting. The present invention relates to the field of heating. It relates more particularly to an improved heating paint is known from FR2 802 761 a heating device comprising amorphous graphite, and to achieve a temperature of 100 ° C. The document WO9626984 discloses a fluid or pasty electrically conductive material intended to cover a surface, and which is particularly suitable for radiant heating. This material comprises a binder and conductive fillers comprising double oxides. It allows in some cases to reach a temperature slightly above 100 ° C. However, in many applications, it is desirable to achieve much higher temperatures, exceeding 500 ° C, especially for radiant elements that can reach these temperatures.
La présente invention a pour but de pallier au moins en partie à ces inconvénients. A cet effet elle propose une peinture chauffante destinée à être déposée sur un substrat en vue d'y appliquer une tension électrique de sorte à obtenir une augmentation de sa température. Cette peinture chauffante est particulière en ce qu'elle comprend une résine en phase aqueuse et du graphite.The present invention aims to overcome at least some of these disadvantages. For this purpose it proposes a heating paint intended to be deposited on a substrate in order to apply a voltage to it so as to obtain an increase in its temperature. This heating paint is particular in that it comprises a resin in the aqueous phase and graphite.
Grâce à la combinaison du graphite et de la résine en phase aqueuse, la peinture selon l'invention résiste à des températures très largement supérieures à 100°C, dans certains cas dépassant 500°C sans se dénaturer. Selon d'autres caractéristiques ladite résine en phase aqueuse peut être une résine acrylique, ledit graphite peut être un graphite diamagnétique, ce qui améliore les performances de vitesse de montée en température de ladite peinture chauffante, ladite résine en phase aqueuse peut représenter entre 40 et 90% en poids de ladite peinture chauffante, permettant une fluidité suffisante d'une part, et non excessive d'autre part, ledit graphite peut représenter entre 10 et 60% en poids de ladite peinture chauffante, permettant une conductivité suffisante et non excessive, La présente invention concerne encore un élément chauffant comportant une couche de peinture chauffante selon l'invention. Cet élément chauffant est particulier en ce que l'épaisseur de ladite couche est supérieure à un demi millimètre.Thanks to the combination of graphite and the resin in aqueous phase, the paint according to the invention withstands temperatures very much higher than 100 ° C, in some cases exceeding 500 ° C without denaturing. According to other characteristics, said resin in the aqueous phase may be an acrylic resin, said graphite may be a diamagnetic graphite, which improves the temperature rise performance of said heating paint, said resin in aqueous phase may represent between 40 and 90% by weight of said heating paint, allowing a sufficient fluidity on the one hand, and not excessive on the other hand, said graphite may represent between 10 and 60% by weight of said heating paint, allowing a sufficient and not excessive conductivity, The present invention also relates to a heating element comprising a heating paint layer according to the invention. This heating element is particular in that the thickness of said layer is greater than half a millimeter.
Selon d'autres caractéristiques : ledit élément chauffant peut comporter deux électrodes configurées pour appliquer ladite tension à ladite couche, et lesdites électrodes être disposées dans l'épaisseur de ladite couche ; on observe en effet que la performance en termes de vitesse de montée en température en est améliorée, ledit élément chauffant peut comporter deux couches d'une telle peinture chauffante. La présente invention concerne enfin un procédé d'application d'une peinture selon l'invention. Ce procédé est particulier en ce qu'il comprend les étapes suivantes, dans cet ordre : application d'une première couche pose des électrodes sur ladite première couche application d'une deuxième couche de sorte à recouvrir lesdites électrodes. L'avantage apporté par la présente invention réside principalement en ce qu'elle propose une peinture chauffante qu'on peut mettre en oeuvre à des températures bien supérieures à celles utilisables avec les peintures chauffantes de l'état de la technique. Par ailleurs elle est particulièrement simple à mettre en oeuvre, et n'a pas d'effet dangereux pour l'homme ni à titre chimique, ni à titre électrique en 12V.According to other features: said heating element may comprise two electrodes configured to apply said voltage to said layer, and said electrodes to be arranged in the thickness of said layer; it is observed that the performance in terms of rate of rise in temperature is improved, said heating element may comprise two layers of such a heating paint. The present invention finally relates to a method of applying a paint according to the invention. This method is particular in that it comprises the following steps, in this order: applying a first layer laying electrodes on said first layer applying a second layer so as to cover said electrodes. The advantage of the present invention lies mainly in that it provides a heating paint that can be used at temperatures much higher than those used with the heating paints of the state of the art. Moreover, it is particularly simple to implement, and has no dangerous effect for humans either chemically or electrically in 12V.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe d'un élément chauffant selon l'invention, la figure 2 est une vue de face de l'élément chauffant de la fig. 1 Comme on peut le voir sur la fig. 1 du dessin ci-joint, l'élément chauffant 1 selon l'invention comporte de préférence une première couche 2 de peinture chauffante, une deuxième couche 3 de peinture chauffante, et deux électrodes 4 et 5 disposées sensiblement au milieu de l'épaisseur constituée des deux couches 2, 3 de peinture chauffante. Il est disposé sur un substrat 6.The present invention will be better understood on reading the detailed description which follows with reference to the appended figures in which: FIG. 1 is a sectional view of a heating element according to the invention, FIG. 2 is a front view. of the heating element of FIG. 1 As can be seen in fig. 1 of the attached drawing, the heating element 1 according to the invention preferably comprises a first layer 2 of heating paint, a second layer 3 of heating paint, and two electrodes 4 and 5 disposed substantially in the middle of the thickness constituted two layers 2, 3 of heating paint. It is arranged on a substrate 6.
Des essais ont été effectués en disposant les électrodes 4, 5 sous, ou sur l'élément chauffant 1. Avec une épaisseur de peinture chauffante de 500pm, 250pm pour chacune des couches 2, 3, une longueur d'électrode de 60 cm et un écartement des électrodes de 5 cm, on obtient avec une tension appliquée de 10V une puissance consommée de 89W quand les électrodes sont placées sous l'élément, de 58W quand les électrodes sont placées sur l'élément chauffant 1, et 136W quand les électrodes sont placées dans l'épaisseur de l'élément chauffant 1, comme illustré à la fig. 1. Il est donc avantageux de disposer les électrodes 4, 5 dans l'épaisseur de la couche de l'élément chauffant 1, ladite couche étant dans cet exemple constituée de deux couches 2, 3 superposées. On peut de préférence disposer les électrodes 4, 5 entre ces deux couches superposées 2 et 3. Typiquement chacune des couches 2 et 3 peut présenter une épaisseur de 250pm. En effet des couches épaisses permettent de bien meilleures puissances. Dans l'exemple ci-dessus, avec des couches réduites à 100pm chacune, la puissance chute à 50W au lieu des 136W. La distance entre les électrodes est également un paramètre important déterminant la puissance consommée : quand on augmente cette distance de 5cm dans l'exemple ci-dessus, à 16cm, la puissance chute de 136W à 47W.Tests were carried out by arranging the electrodes 4, 5 under, or on the heating element 1. With a heating paint thickness of 500 μm, 250 μm for each of the layers 2, 3, an electrode length of 60 cm and a spacing of electrodes 5 cm, we obtain with an applied voltage of 10V a power consumption of 89W when the electrodes are placed under the element, 58W when the electrodes are placed on the heating element 1, and 136W when the electrodes are placed in the thickness of the heating element 1, as illustrated in FIG. 1. It is therefore advantageous to arrange the electrodes 4, 5 in the thickness of the layer of the heating element 1, said layer being in this example consisting of two superposed layers 2, 3. The electrodes 4, 5 can preferably be arranged between these two superposed layers 2 and 3. Typically, each of the layers 2 and 3 may have a thickness of 250 μm. Indeed thick layers allow much better powers. In the example above, with layers reduced to 100pm each, the power drops to 50W instead of 136W. The distance between the electrodes is also an important parameter determining the power consumed: when we increase this distance of 5cm in the example above, at 16cm, the power drops from 136W to 47W.
Pour augmenter la puissance, on peut alors augmenter la tension appliquée. En effet en appliquant une tension de 10V alternatifs et 3A d'intensité, on obtient une puissance de 30W, et on atteint une température de 85°C après vingt minutes de chauffage, puis cette température se stabilise. Si on applique une tension de 220V alternatifs et 10A d'intensité, on obtient une puissance de 2200W, on atteint une température de 250°C en moins de trois minutes, et plus de 500°C en moins de cinq minutes. D'une manière générale, une tension alternative donne de meilleures performances qu'une tension continue, en termes de vitesse de montée en température.To increase the power, it is then possible to increase the applied voltage. Indeed by applying a voltage of 10V AC and 3A intensity, we obtain a power of 30W, and reached a temperature of 85 ° C after twenty minutes of heating, then this temperature is stabilized. If we apply a voltage of 220V AC and 10A of intensity, we obtain a power of 2200W, we reach a temperature of 250 ° C in less than three minutes, and more than 500 ° C in less than five minutes. In general, an AC voltage gives better performance than a DC voltage, in terms of rate of rise in temperature.
On a également observé au cours des essais qu'une tension continue appliquée dans la surface de la peinture chauffante est sensiblement identique qu'on soit proche des fils d'alimentation 7 (voir fig. 2), ou qu'on s'en éloigne, mais croissante en allant de l'électrode négative 4 vers l'électrode positive 5. Par ailleurs la température est maximale sensiblement à mi-distance entre les fils d'alimentation 7 et l'autre extrémité de l'élément chauffant 1, et très faible à l'extérieur de la zone comprise entre les deux électrodes, ceci s'expliquant probablement par de la conduction thermique du substrat.It has also been observed during the tests that a DC voltage applied in the surface of the heating paint is substantially identical whether it is close to the supply wires 7 (see Fig. 2), or away from it. , but increasing going from the negative electrode 4 to the positive electrode 5. Furthermore the temperature is maximum substantially halfway between the supply wires 7 and the other end of the heating element 1, and very weak outside the area between the two electrodes, this is probably explained by the thermal conduction of the substrate.
Une composition préférée de peinture chauffante contient : 43,27% de résine vinyle versatate, à 50% d'extrait sec 4,81% de débullant, à 40% d'extrait sec 33,65% de graphite diamagnétique, à 100% d'extrait sec 0,2% de biocide, à 100% d'extrait sec 18,07% d'eau La styrène acrylique est également une résine qui convient. On peut augmenter la part de graphite dans cette composition, et réduire la part de résine notamment pour utilisation en tension plus basse. On peut également diminuer la part de graphite et augmenter la part de résine en phase aqueuse, notamment pour utilisation en tension plus élevée. Le graphite peut être mis en oeuvre sous forme de pigments avec des concentrations en poids allant de 7 à 70%. On peut utiliser du graphite simple, par exemple tel qu'on peut le trouver sous la marque Timrex®, référence K25. Néanmoins les performances sont meilleures avec un graphite diamagnétique, comme la référence SFG75 du même fabricant. La montée en température est bien plus rapide avec un graphite diamagnétique. Dans le cadre de la présente demande, il faut comprendre sous l'expression « graphite diamagnétique » un graphite aux propriétés diamagnétiques améliorées, en général liées à la pureté améliorée.A preferred composition of heating paint contains: 43.27% vinyl versatate resin, 50% dry extract 4.81% defoamer, 40% dry extract 33.65% diamagnetic graphite, 100% d dry extract 0.2% biocide, 100% dry extract 18.07% water Acrylic styrene is also a suitable resin. We can increase the proportion of graphite in this composition, and reduce the share of resin especially for use in lower voltage. It is also possible to reduce the proportion of graphite and increase the proportion of resin in the aqueous phase, especially for use in higher tension. Graphite can be used in the form of pigments with weight concentrations ranging from 7 to 70%. It is possible to use simple graphite, for example such as can be found under the trademark Timrex®, reference K25. Nevertheless the performances are better with a diamagnetic graphite, like reference SFG75 of the same manufacturer. The rise in temperature is much faster with a diamagnetic graphite. In the context of the present application, the term "diamagnetic graphite" should be understood to mean a graphite with improved diamagnetic properties, generally related to the improved purity.
Le choix des résines phase aqueuse, qu'elles soient hydro-diluables ou hydro- solubles, permet d'une part une mise en oeuvre à l'eau, et d'autre part une tenue en température bien meilleure que des résines solvantées. En effet la peinture selon l'invention dans laquelle une telle résine en phase aqueuse est associée à du graphite, a résisté, selon les essais effectués, à une température de 540°C.The choice of aqueous phase resins, whether hydro-dilutable or water-soluble, allows on the one hand an implementation with water, and on the other hand a temperature resistance much better than solvent resins. In fact, the paint according to the invention in which such a resin in aqueous phase is associated with graphite, has withstood, according to the tests carried out, at a temperature of 540 ° C.
L'essai a été interrompu à cette température par crainte de détérioration du substrat 6; la peinture elle-même résiste probablement à des températures encore supérieures. Une telle résistance à chaud est très surprenante, les peintures chauffantes de l'état de la technique étant limitées à un peu plus de 100°C. On s'aperçoit que les consommations électriques sont faibles en regard des températures atteintes, et permettent, avec quelques dizaines de watts d'être efficaces en chauffe, en adaptant cette consommation à l'utilité recherchée. La peinture chauffante selon l'invention est une peinture toute aussi simple d'utilisation que n'importe quelle autre peinture de bâtiment. Une, ou de préférence deux couches 2, 3 posées avec des moyens conventionnels tels que pinceau, rouleau, pistolet, suffisent à produire un effet thermique suffisamment significatif. La peinture chauffante selon l'invention est déposée sur un substrat 6 isolant électriquement, équipé de deux électrodes 4, 5 longitudinales et parallèles en matériau conducteur, cuivre, argent ou autre, elles-mêmes reliées à une alimentation à travers un système de régulation. La peinture selon l'invention peut être utilisée par couches de quelques dizaines de microns, comme n'importe quelle peinture. En formulation plus pâteuse, elle peut être utilisée en enduit de quelques millimètres d'épaisseur. La peinture selon l'invention ainsi déposée sur un substrat 6 peut transmettre à celui-ci la chaleur produite pour la restituer dans le temps, soit en rayonnement, soit en convection, ou alors directement chauffer par rayonnement l'ambiance ou l'objet exposé. Un grand nombre de fonctionnalités de chauffe sont envisageables avec l'élément chauffant selon l'invention : le chauffage domestique, notamment bâtiment à basse consommation, à basse température pour les sols chauffants ; à 100W de consommation, on peut maintenir une chauffe en surface de 35°C pour un mètre carré ; à température intermédiaires, de 40 à 90°C, on peut l'appliquer sur des éléments chauffants de type radiateur, avec des consommations de 50 à 400W; il est aussi possible de l'appliquer à des chauffe-eau ; le chauffage de denrées, dans la cuisine, en équipant une casserole d'un élément chauffant selon l'invention, elle peut être directement branchée au secteur sans avoir besoin de recourir à une plaque de chauffe ; on peut aussi réaliser une plaque de chauffe avec un élément chauffant selon l'invention, ou encore des fours, notamment à pizza ou des chauffe-plats ; le chauffage de denrées dans les industries chimiques ou cosmétiques peut être réalisé en cuves équipées d'éléments chauffants selon l'invention ; le chauffage de cabines en navigation de plaisance à la voile les vêtements chauffants par enduction des tissus ; les systèmes de réchauffage des piscines bien d'autres applications sont possibles, et sur une grande diversité de substrats 6 (bois, pierre, plastique, ...).The test was interrupted at this temperature for fear of deterioration of the substrate 6; the painting itself is probably resistant to even higher temperatures. Such a heat resistance is very surprising, the heating paints of the state of the art being limited to a little more than 100 ° C. We realize that the electricity consumption is low compared to the temperatures reached, and allow, with a few tens of watts to be effective in heating, adapting this consumption to the desired utility. The heating paint according to the invention is a paint as easy to use as any other building paint. One, or preferably two layers 2, 3 laid with conventional means such as brush, roller, gun, are sufficient to produce a sufficiently significant thermal effect. The heating paint according to the invention is deposited on an electrically insulating substrate 6, equipped with two longitudinal and parallel electrodes 4, 5 of conductive material, copper, silver or other, themselves connected to a supply through a control system. The paint according to the invention can be used in layers of a few tens of microns, like any other paint. In more pasty formulation, it can be used in plaster of a few millimeters thick. The paint according to the invention thus deposited on a substrate 6 can transmit thereto the heat produced to restore it over time, either in radiation or in convection, or can then directly heat the atmosphere or the object by radiation. . A large number of heating functions can be envisaged with the heating element according to the invention: domestic heating, in particular low-energy building, at low temperature for heated floors; at 100W of consumption, it is possible to maintain a surface heating of 35 ° C for one square meter; at intermediate temperatures, from 40 to 90 ° C, it can be applied to radiator-type heating elements, with consumptions of 50 to 400W; it is also possible to apply it to water heaters; heating food, in the kitchen, by equipping a pan with a heating element according to the invention, it can be directly connected to the mains without the need to resort to a heating plate; it is also possible to make a heating plate with a heating element according to the invention, or even ovens, in particular pizza ovens or plate warmers; the heating of commodities in the chemical or cosmetic industries can be carried out in tanks equipped with heating elements according to the invention; booth heating in sailing boating heating clothing by coating fabrics; pool heating systems many other applications are possible, and on a wide variety of substrates 6 (wood, stone, plastic, ...).
Les éléments chauffants selon l'invention sont générateurs d'économies substantielles en termes de consommation énergétique. Ils sont adaptables à des formes diverses, à des substrats 6 les plus variés, et sa mise en oeuvre ne nécessite pas de technologie coûteuse. Bien que l'invention ait été décrite selon un mode de réalisation particulier, elle n'y est nullement limitée, et des variantes peuvent y être apportées, ainsi que des combinaisons des variantes décrites concernant notamment l'épaisseur du film de peinture ou d'enduit, l'écartement des électrodes, le substrat 6 lui-même, la tension appliquée, l'ampérage appliqué, la nature des électrodes, la concentration en graphite dans la peinture chauffante, la nature de ce graphite, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.The heating elements according to the invention generate significant savings in terms of energy consumption. They are adaptable to various forms, to the most varied substrates, and its implementation does not require expensive technology. Although the invention has been described according to a particular embodiment, it is not limited thereto, and variations can be made thereto, as well as combinations of the variants described concerning in particular the thickness of the paint film or coating, the spacing of the electrodes, the substrate 6 itself, the applied voltage, the amperage applied, the nature of the electrodes, the concentration of graphite in the heating paint, the nature of this graphite, without departing from the scope of the present invention.
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