CA2213835A1

CA2213835A1 - Element de chauffage electrique du type par convection ou par convection et radiation

Info

Publication number: CA2213835A1
Application number: CA 2213835
Authority: CA
Inventors: Jacques Fremaux; Andre Giraud (Deceased)
Original assignee: Individual
Current assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1996-09-06
Also published as: WO1996027271A1; EP0812522A1; FR2731311A1; JPH11505662A; FR2731311B1

Abstract

Ces éléments de chauffage, assurant un très bon rendement, transparents et à
encombrement minimum, comportent un corps de chauffe formé d'au moins une plaque de verre trempé
recouverte d'une couche mince électroconductrice, et associé à une ou plusieurs surfaces sous forme de couches ou plaques, transparentes, complémentaires, permettant de définir et de contrôler le mode de transfert thermique de l'élément chauffant vers l'environnement et/ou d'assurer l'isolation électrique. On cite un convecteur mural comportant deux plaques protectrices (4, 6), en venre thermiquement et mécaniquement résistant, la plaque murale (4) comportant une couche (4a) réfléchissant l'infrarouge, et une plaque de chauffe intermédiaire (5) à couche mince électroconductrice (5a) tournée vers la couche (4a); ces plaques étant écartées 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.

Description

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.

2 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

3 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 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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CA 02213835 1997-08-26' 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 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 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.

6 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

7 (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

8 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 - .. . ~ .

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, 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.

11 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.

12 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

13 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

14 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:~.` ...:..

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

16 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 :

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.

17 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= , ._

18 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

19 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.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Elément de chauffage électrique, comportant un corps de chauffe composé par au moins une plaque de chauffage en verre thermiquement et mécaniquement résistante, recouverte d'une couche mince électroconductrice transparente qui fait office de résistance dans laquelle l'électricité qui la traverse se transforme en chaleur par effet Joule ; caractérisé par le fait que ledit corps de chauffe est associé à une ou plusieurs surfaces sous forme de couches ou plaques, transparentes, supplémentaires, parallèles ou presque parallèles à la (ou aux) plaque(s) chauffante(s), qui, par leurs propriétés et/ou leur disposition 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.

2 - Elément de chauffage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite couche mince électroconductrice transparente est à basse émissivité, réfléchit l'infrarouge et est une couche d'oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor, ou d'oxyde d'indium dopé à
l'étain, déposée sous une épaisseur de quelques centaines de nanomètres, et dont la résistance surfacique va de quelques .OMEGA./~^ à quelques centaines d'.OMEGA./~.

3 - Elément de chauffage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'au moins une desdites une ou plusieurs surfaces transparentes supplémentaires possède une couche mince transparente apte à réfléchir le rayonnement infrarouge et choisie notamment parmi les couches transparentes à basse émissivité du type de celles définies à la revendication 2 et les couches métalliques fines ; lesdites couches étant éventuellement protégées par une sur-couche transparente, notamment en silice ou en un polymère transparent.

4 - Elément de chauffage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une surface transparente supplémentaire apte à
assurer une isolation électrique et choisie notamment parmi les plaques de verre ou les couches transparentes, notamment de silice, d'oxyde de chrome, d'oxyde de titane, de silicone, ou d'un polymère transparent.

- Elément de chauffage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une surface transparente supplémentaire apte à
assurer une protection mécanique et choisie notamment parmi les plaques de verre trempé, de polymère transparent ou de composite feuilleté verre - matière(s) plastique(s).

6 - Elément de chauffage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une surface transparente supplémentaire apte à
assurer un effet décoratif et choisie notamment parmi les plaques de verre ou de polymères transparents, de couleur ou gravées, ou imprimées, ou émaillées, ou revêtues de couches ou de films eux-mêmes décoratifs.

7 - Elément de chauffage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'arrivée du courant s'effectue par l'intermédiaire de deux lignes fortement conductrices, situées en intime contact avec la couche électroconductrice, sur deux bords opposés de celle-ci, des lignes complémentaires de même type pouvant être déposées à l'intérieur de l'intervalle existant entre les lignes fortement conductrices, permettant alors de brancher en série les résistances représentées par les surfaces ainsi délimitées sur la couche conductrice.

8 - Elément de chauffage selon l'une des revendi-cations 1 à 7, consistant en un convecteur (1), caractérisé
par le fait qu'il comporte la succession suivante de plaques disposées en regard l'une de l'autre :
- une première plaque protectrice (4), en verre thermiquement et mécaniquement résistant ;

- une plaque de chauffe (5) dont la couche mince électroconductrice transparente (5a) est tournée vers ladite première plaque protectrice (4) ;
- le cas échéant, une seconde plaque de chauffe dont la couche mince électroconductrice transparente est tournée du même côté que la précédente ; ou bien plusieurs autres plaques de chauffe dont les couches minces électroconductrices transparentes sont tournées du même côté que la précédente ;
- une seconde plaque protectrice (6), en verre thermiquement et mécaniquement résistant ;
chacune desdites plaques protectrices (4 ; 6) pouvant comporter, du côté tourné vers la plaque de chauffe voisine, une couche (4a ; 6a) réfléchissant l'infrarouge, et les différentes plaques (4 ; 5 ; 6) 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.

9 - Elément de chauffage selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la distance entre deux plaques voisines (4 et 5 ; 5 et 6) est comprise entre 5 et 25 mm.

- Elément de chauffage selon l'une des revendi-cations 8 et 9, caractérisé par le fait que les plaques (4 ;
5 ; 6) sont disposées verticalement ou inclinées par rapport au plan vertical de telle sorte que l'écartement entre deux plaques respectivement soit constant ou augmente de bas en haut.

11 - Elément de chauffage selon l'une des revendi-cations 8 à 10, caractérisé par le fait qu'au moins une plaque protectrice (6) déborde de la ou des plaques de chauffe (5) sur tout son pourtour.

12 - Elément de chauffage selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que toutes les plaques du convecteur sont 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.

13 - Elément de chauffage selon l'une des revendi-cations 1 à 7, se présentant sous la forme d'une plinthe chauffante (18) ou d'un bandeau chauffant, caractérisé par le fait qu'il comporte deux plaques de chauffe (19 ; 20) disposées en regard avec leurs couches minces électro-conductrices transparentes (19a ; 20a) disposées face à
face, l'une servant de plaque réfléchissant l'infrarouge pour l'autre, une plaque protectrice (21) en verre thermiquement ou mécaniquement résistant ou une plaque de verre décoratif pouvant être disposée en regard de la plaque de chauffe extérieure (20).

14 - Elément de chauffage selon l'une des revendi-cations 1 à 7, consistant en un panneau radiant (22), caractérisé par le fait qu'il comporte une plaque protectrice (24) de verre thermiquement et mécaniquement résistant, disposée en regard de la paroi-support, et comportant du côté opposé à cette dernière, une couche (24a) réfléchissant l'infrarouge, et, en regard de celle-ci, une plaque de chauffe (23) dont la couche mince électro-conductrice transparente (23a) est tournée vers la plaque protectrice de verre (24), 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.

15 - Elément de chauffage selon l'une des revendi-cations 1 à 7, consistant en une cloison chauffante, caractérisé par le fait qu'il comporte une plaque de chauffe dont la couche mince électroconductrice transparente est protégée par une plaque de verre disposée en regard de celle-ci avec un intervalle d'air, lesdites 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.