CH719602B1

CH719602B1 - Device for thawing a roadway.

Info

Publication number: CH719602B1
Application number: CH000436/2022A
Authority: CH
Inventors: Muller Patrick
Original assignee: Graphenaton Tech Sa
Priority date: 2022-04-12
Filing date: 2022-04-12
Publication date: 2024-06-14
Also published as: CH719602A1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de dégel d'une chaussée, destiné à être posé sous le bitume de ladite chaussée, comportant une structure électrothermique (100), flexible, planaire, ayant une face avant destinée à laisser passer des rayons infrarouges et une face arrière opposée à la face avant, la structure ayant une largeur et une longueur, soit une surface. La structure (100) comporte au moins une borne électrique d'entrée (131), au moins une borne électrique de sortie (132), un substrat comprenant au moins une couche polymérique de substrat, au moins une couche électrothermique comportant un élément résistif (149) ayant une entrée et une sortie, l'élément résistif (149) ayant une forme sensiblement rectangulaire avec une largeur égale à la largeur de la structure (100). La structure (100) comporte également au moins une couche conductrice pour connecter la borne d'entrée (131) de la structure à l'entrée de l'élément résistif (149), la borne de sortie (132) de la structure à la sortie de l'élément résistif (149), la structure étant recouverte d'au moins une couche polymérique de passivation.The present invention relates to a device for thawing a roadway, intended to be installed under the bitumen of said roadway, comprising an electrothermal structure (100), flexible, planar, having a front face intended to allow infrared rays to pass through and a face rear opposite the front face, the structure having a width and a length, i.e. a surface. The structure (100) comprises at least one electrical input terminal (131), at least one electrical output terminal (132), a substrate comprising at least one polymeric substrate layer, at least one electrothermal layer comprising a resistive element ( 149) having an input and an output, the resistive element (149) having a substantially rectangular shape with a width equal to the width of the structure (100). The structure (100) also comprises at least one conductive layer for connecting the input terminal (131) of the structure to the input of the resistive element (149), the output terminal (132) of the structure to the output of the resistive element (149), the structure being covered with at least one polymeric passivation layer.

Description

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

[0001] La présente invention porte sur des techniques pour le déblayage des routes enneigées ou le dégivrage des routes gelées. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif et un procédé pour le dégivrage de routes gelées. [0001] The present invention relates to techniques for clearing snow-covered roads or de-icing frozen roads. More particularly, the invention relates to a device and a method for de-icing frozen roads.

ÉTAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE TECHNIQUE

[0002] Il est connu de répandre du sel et d'autres produits dégelants sur les routes gelées pour les dégeler. Or, ces produits sont souvent nuisibles pour l'environnement. Les chasse-neiges sont aussi connus pour déblayer des routes qui sont devenues enneigées, mais avant le déploiement de ces engins, les routes peuvent rester impassables pendant un temps non-négligeable. [0002] It is known to spread salt and other deicing products on frozen roads to thaw them. However, these products are often harmful to the environment. Snow plows are also known to clear roads that have become snow-covered, but before the deployment of these machines, the roads can remain impassable for a significant period of time.

RÉSUMÉ DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION

[0003] Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif pour dégeler les routes gelées ou enneigées qui soit efficaces et moins nuisibles à l'environnement. Un autre but de la présente invention est de préserver l'intégrité physique du revêtement et ainsi le préserver dans la durée. [0003] An aim of the present invention is to propose a method and a device for thawing frozen or snowy roads which is effective and less harmful to the environment. Another aim of the present invention is to preserve the physical integrity of the coating and thus preserve it over time.

[0004] Selon un premier aspect, un dispositif de dégel d'une chaussée, destiné à être posé sous le bitume de ladite chaussée, est proposé, de dégel d'une chaussée, le dispositif comportant une structure électrothermique (100), suffisamment flexible pour être enroulée sur elle-même, formée en une pluralité de couches, ayant une face avant destinée à laisser passer des rayons infrarouges et une face arrière opposée à la face avant, la structure ayant une largeur et une longueur, soit une surface, la structure (100) comportant : au moins une borne électrique d'entrée (131) ; au moins une borne électrique de sortie (132) ; lesdites couches comprenant : un substrat comprenant au moins une couche polymérique de substrat (110) ; au moins une couche électrothermique (140) comportant un élément résistif (149) ayant une entrée et une sortie, l'élément résistif ayant une forme rectangulaire avec une largeur égale à la largeur de la structure ; et au moins une couche conductrice (130) pour connecter : la borne d'entrée (131) de la structure à l'entrée de l'élément résistif (149) ; et la borne de sortie (132) de la structure à la sortie de l'élément résistif (149) ; la structure (100) étant recouverte d'au moins une couche polymérique de passivation (120).[0004] According to a first aspect, a device for thawing a roadway, intended to be installed under the bitumen of said roadway, is proposed, for thawing a roadway, the device comprising an electrothermal structure (100), sufficiently flexible to be wound on itself, formed in a plurality of layers, having a front face intended to let infrared rays pass through and a rear face opposite the front face, the structure having a width and a length, i.e. a surface, the structure (100) comprising: at least one electrical input terminal (131); at least one electrical output terminal (132); said layers comprising: a substrate comprising at least one polymeric substrate layer (110); at least one electrothermal layer (140) comprising a resistive element (149) having an input and an output, the resistive element having a rectangular shape with a width equal to the width of the structure; and at least one conductive layer (130) for connecting: the input terminal (131) of the structure to the input of the resistive element (149); and the output terminal (132) of the structure at the output of the resistive element (149); the structure (100) being covered with at least one polymeric passivation layer (120).

DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINSSUMMARY DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0005] Les caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description de plusieurs formes d'exécution données uniquement à titre d'exemple, nullement limitative en se référant aux figures schématiques, dans lesquelles : – La figure 1 montre différentes couches pouvant être présentes dans une structure électrothermique selon le présent document ; – La figure 2 illustre un schéma électrique équivalent représentant une couche électrothermique qui peut être déployée dans la structure électrothermique ; – La figure 3 montre des couches pouvant être présentes dans la structure électrothermique ; et – La figure 4 montre des couches pouvant être présentes dans la structure électrothermique.[0005] The characteristics of the invention will appear more clearly on reading the description of several embodiments given solely by way of example, in no way limiting with reference to the schematic figures, in which: – Figure 1 shows different layers that may be present in an electrothermal structure according to this document; – Figure 2 illustrates an equivalent electrical diagram representing an electrothermal layer which can be deployed in the electrothermal structure; – Figure 3 shows layers that may be present in the electrothermal structure; and – Figure 4 shows layers that may be present in the electrothermal structure.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0006] La présente invention concerne le chauffage de sols bitumeux pour empêcher la formation de gel. Un dispositif est proposé dans la forme d'une structure électrothermique multicouche flexible qui est posée sous le bitume. The present invention relates to the heating of bituminous soils to prevent the formation of frost. A device is proposed in the form of a flexible multilayer electrothermal structure which is laid under the bitumen.

[0007] La structure électrothermique multicouches est une feuille flexible, qui comporte un élément chauffant par l'effet Joule. L'élément chauffant comporte un matériau électrothermique, qui chauffe lorsqu'il conduit un courant électrique. Le matériau électrothermique peut avoir coefficient de température positive (PTC). Le matériau peut avoir une émissivité tel qu'en chauffant, il se met à émettre de la radiation infrarouge, préférablement de l'infrarouge lointain. Ainsi, la structure électrothermique de la présente invention chauffe par l'effet de la radiation infrarouge plutôt que par convection. Par infrarouge lointain, on comprend des rayons infrarouges ayant des longueurs d'ondes compris entre 25um et 350um [0007] The multilayer electrothermal structure is a flexible sheet, which includes a Joule effect heating element. The heating element includes an electrothermal material, which heats when it conducts an electric current. The electrothermal material can have positive temperature coefficient (PTC). The material may have an emissivity such that when heated, it begins to emit infrared radiation, preferably far infrared. Thus, the electrothermal structure of the present invention heats by the effect of infrared radiation rather than by convection. By far infrared, we understand infrared rays having wavelengths between 25um and 350um

[0008] La structure électrothermique de la présente invention est sensiblement planaire, s'étendant dans deux dimensions. La structure est longiforme de préférence, ayant une longueur plusieurs fois plus importante que sa largeur. Selon un mode de réalisation, la structure électrothermique a une certaine souplesse tel qu'elle est suffisamment flexible pour être enroulée sur elle-même. Les structures de la présente invention sont donc faciles à manipuler et à transporter. The electrothermal structure of the present invention is substantially planar, extending in two dimensions. The structure is preferably elongated, having a length several times greater than its width. According to one embodiment, the electrothermal structure has a certain flexibility such that it is sufficiently flexible to be rolled up on itself. The structures of the present invention are therefore easy to handle and transport.

[0009] Les matériaux choisis pour l'encapsulation de la structure, soit le substrat et la passivation, sont choisis pour laisser passer les rayons infrarouges. De préférence, au moins une de deux surfaces laisse passer les rayons infrarouges. Une couche réfléchissante peut être utilisée pour favoriser le passage des rayons infrarouges par une seule face de la structure, soit la face dite la face avant, plutôt que par la face arrière. Autrement, les rayons infrarouges peuvent passer par la face avant et la face arrière de la structure. [0009] The materials chosen for the encapsulation of the structure, namely the substrate and the passivation, are chosen to allow infrared rays to pass through. Preferably, at least one of the two surfaces allows infrared rays to pass through. A reflective layer can be used to encourage the passage of infrared rays through a single side of the structure, i.e. the side known as the front side, rather than through the rear side. Otherwise, infrared rays can pass through the front and back sides of the structure.

[0010] La FIG. 1 montre les couches qui peuvent être présentes dans une structure électrothermique 100. La structure est construite sur une base, soit le substrat 110. Le substrat est fait d'une couche de matériau polymère flexible, par exemple le polyéthylène téréphtalate (PET). Une couche conductrice 130 vient ensuite. La couche conductrice peut être une encre conductrice, déposée par un procédé de „slot dies“ puis séchée par rayonnement infrarouge, ce qui favorise un séchage rapide. Optionnellement, pour faciliter l'accrochage de l'encre à la couche polymérique du substrat, le substrat subit un traitement plasma. Une couche d'apprêt peut être appliquée sur le substrat au lieu d'utiliser le traitement plasma pour assurer l'accrochage de la couche conductrice sur le substrat. [0010] FIG. 1 shows the layers that may be present in an electrothermal structure 100. The structure is built on a base, namely the substrate 110. The substrate is made of a layer of flexible polymer material, for example polyethylene terephthalate (PET). A conductive layer 130 comes next. The conductive layer can be a conductive ink, deposited by a “slot die” process then dried by infrared radiation, which promotes rapid drying. Optionally, to facilitate adhesion of the ink to the polymeric layer of the substrate, the substrate undergoes plasma treatment. A primer coat can be applied to the substrate instead of using plasma treatment to ensure adhesion of the conductive layer to the substrate.

[0011] Sur la couche conductrice est dessiné, en encre conductrice, un certain nombre de conducteurs de courant pour amener un courant qui arrive sur une paire de bornes 131 132, entrée / sortie, situées préférablement vers un bord de la structure, au moins vers l'élément chauffant de la structure. La FIG. 2 montre un schéma électrique qui représente l'élément chauffant 149 de la structure 100, avec ses bornes d'entrée 131 et sortie 132. L'élément chauffant est représenté par une résistance 149. [0011] On the conductive layer is drawn, in conductive ink, a certain number of current conductors to bring a current which arrives at a pair of terminals 131 132, input/output, preferably located towards one edge of the structure, at least towards the heating element of the structure. FIG. 2 shows an electrical diagram which represents the heating element 149 of the structure 100, with its input 131 and output 132 terminals. The heating element is represented by a resistor 149.

[0012] Selon ce qui est décrit ci-dessus, l'élément chauffant se trouve dans la couche électrothermique, qui est dénotée 140 dans la FIG. 1. L'élément chauffant peut avoir n'importe quelle forme pour autant qu'il présente une résistance suffisante pour produire l'effet Joule souhaité. Grâce aux propriétés d'émissivité du matériau électrothermique choisi comme élément chauffant, ses dimensions vont dicter la température, en fonction du courant, et la quantité de rayonnement infrarouge produit. Le matériau électrothermique de l'élément chauffant peut être déposé par un procédé de sérigraphie, comme la couche conductive, de préférence par un procédé de slot dies. Des contacts entre le matériau électrothermique de la couche électrothermique et le matériau conductif de la couche conductive se font aux endroits où les deux matériaux se touchent, ainsi créent la résistance, représentée schématiquement dans la FIG. 2. La résistance à une entrée et une sortie. L'entrée de la résistance est reliée à la borne d'entrée de la structure et la sortie de la résistance est reliée à la borne de sortie de la structure. [0012] According to what is described above, the heating element is located in the electrothermal layer, which is denoted 140 in FIG. 1. The heating element can be any shape as long as it has sufficient resistance to produce the desired Joule effect. Thanks to the emissivity properties of the electrothermal material chosen as the heating element, its dimensions will dictate the temperature, depending on the current, and the quantity of infrared radiation produced. The electrothermal material of the heating element can be deposited by a screen printing process, like the conductive layer, preferably by a slot die process. Contacts between the electrothermal material of the electrothermal layer and the conductive material of the conductive layer are made at the places where the two materials touch, thus creating the resistance, shown schematically in FIG. 2. The resistance at an input and an output. The input of the resistor is connected to the input terminal of the structure and the output of the resistor is connected to the output terminal of the structure.

[0013] Comme indiqué dans la FIG. 1, la dernière couche est une couche de passivation 120. La couche de passivation peut être faite du même matériau que la couche de substrat, soit un polymère flexible, de préférence laissant passer des rayons infrarouges. La couche de passivation peut être en polyéthylène téréphtalate (PET). Une couche de colle peut être utilisée pour fixer la couche de passivation sur la couche électrothermique. Ainsi une structure dite „sarcophage“ assure l'étanchéité à l'air et à l'eau pour protéger l'élément chauffant et les conducteurs électriques. [0013] As indicated in FIG. 1, the last layer is a passivation layer 120. The passivation layer can be made of the same material as the substrate layer, i.e. a flexible polymer, preferably allowing infrared rays to pass through. The passivation layer may be polyethylene terephthalate (PET). A layer of glue can be used to attach the passivation layer to the electrothermal layer. Thus a structure called a “sarcophagus” ensures air and water tightness to protect the heating element and the electrical conductors.

[0014] La colle peut être une colle en polyuréthane, traitée à chaud. La colle en polyuréthane peut être déposée en phase liquide. Alternativement, la colle peut être solide, par exemple une colle „PSA“ (pressure sensitive adhésive), l'adhésion fonctionnant en appliquant une pression mécanique. [0014] The glue can be a heat-treated polyurethane glue. Polyurethane glue can be deposited in the liquid phase. Alternatively, the glue can be solid, for example a “PSA” glue (pressure sensitive adhesive), the adhesion working by applying mechanical pressure.

[0015] La FIG. 1 montre l'ordre des couches en commencent du bas vers le haut avec la couche de substrat 110, la couche conductrice 130, la couche électrothermique 140 et la couche de passivation 120. Il est possible de changer l'ordre, par exemple : substrat 110, électrothermique 140, conductrice 130, passivation 120 ; ou passivation 120, conductrice 130, électrothermique 140, substrat 110 ; ou encore passivation 120, électrothermique 140, conductrice 130, substrat 110. [0015] FIG. 1 shows the order of the layers starting from bottom to top with the substrate layer 110, the conductive layer 130, the electrothermal layer 140 and the passivation layer 120. It is possible to change the order, for example: substrate 110, electrothermal 140, conductive 130, passivation 120; or passivation 120, conductive 130, electrothermal 140, substrate 110; or even passivation 120, electrothermal 140, conductive 130, substrate 110.

[0016] La radiation peut passer par une face de la structure, soit par la passivation, soit par le substrat. La structure peut comporter une couche réfléchissante pour réfléchir les rayons infrarouges lointains vers un des deux surfaces, soit la face avant. L'autre face est la face arrière. La couche réfléchissante peut être faite en aluminium et est placée vers la face arrière. [0016] The radiation can pass through one side of the structure, either through passivation or through the substrate. The structure may include a reflective layer to reflect far infrared rays towards one of the two surfaces, i.e. the front face. The other side is the back side. The reflective layer can be made of aluminum and is placed towards the rear side.

[0017] Le substrat peut comporter deux couches polymériques de substrat, collées ensemble. La passivation peut aussi comporter deux couches polymériques de passivation collées ensemble. Ainsi, la structure donne une bonne isolation électrique ainsi qu'une protection mécanique contre les griffures ou d'autres dégradations de la surface. Le fait d'avoir deux couches collées ensemble offre une meilleure protection mécanique qu'une seule couche ayant une épaisseur doublée, parce que la couche de colle offre une barrière pour arrêter la propagation d'une éventuelle coupure ou déchirure dans une couche polymérique. FIG. 3 et FIG. 4 montrent des exemples de structures ayant des doubles couche polymériques de substrat et de passivation. The substrate may comprise two polymeric layers of substrate, glued together. The passivation can also include two polymeric passivation layers glued together. Thus, the structure provides good electrical insulation as well as mechanical protection against scratches or other surface damage. Having two layers glued together provides better mechanical protection than a single layer having double the thickness, because the glue layer provides a barrier to stop the propagation of a possible cut or tear in a polymeric layer. FIG. 3 and FIG. 4 show examples of structures having double polymer layers of substrate and passivation.

[0018] Les couches polymériques (de substrat ou de passivation) peuvent être faites en PET mais peuvent également être faites en polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polychlorure de vinyle (PVC), PVC souple (PVC-P), polystyrène (PS), polycarbonate (PC), polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polyoxyméthylène (POM), polytéréphtalate d'éthylène (PET), polyester, co-polyester, polyétheréthercétone (PEEK), polyamide, notamment le polyamide 6 (PA6), le polyamide 12 (PA12), le polyamide 10, le polyamide 610, le polyamide 66, le polyamide à base de constituants aliphatiques et cycloaliphatiques tels que notamment MACM12 ou le co-polyamide amorphe, de préférence à base de PA12, ou des copolymères ou mélanges de ceux-ci. [0018] The polymeric layers (substrate or passivation) can be made of PET but can also be made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), flexible PVC (PVC-P), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyoxymethylene (POM), polyethylene terephthalate (PET), polyester, co-polyester, polyetheretherketone (PEEK), polyamide, in particular polyamide 6 (PA6), polyamide 12 (PA12), polyamide 10, polyamide 610, polyamide 66, polyamide based on aliphatic and cycloaliphatic constituents such as in particular MACM12 or amorphous co-polyamide, preferably based on PA12, or copolymers or mixtures of these.

[0019] L'élément résistif peut contenir du carbone, préférablement du graphène. Cette forme de graphène est préférée pour les procédés de sérigraphie, notamment le slot dies pour ne pas bloquer les becs de sortie d'encre. Le frittage peut être fait à des températures suffisamment basses pour ne pas endommager les couches polymériques. Les conducteurs peuvent être faits en métal, par exemple en argent ou en cuivre. The resistive element may contain carbon, preferably graphene. This form of graphene is preferred for screen printing processes, in particular slot dies so as not to block the ink outlet nozzles. Sintering can be done at temperatures low enough not to damage the polymer layers. The conductors can be made of metal, for example silver or copper.

Claims

1. Device for thawing a roadway intended to be laid under the bitumen of said roadway, the device comprising an electrothermal structure (100), sufficiently flexible to be rolled up on itself, planar, formed in a plurality of layers, having a front face intended to allow infrared rays to pass through and a rear face opposite the front face, the structure having a width and a length, i.e. a surface, the structure (100) comprising: at least one electrical input terminal (131); at least one electrical output terminal (132); said layers comprising: a substrate comprising at least one polymeric substrate layer (110); at least one electrothermal layer (140) comprising a resistive element (149) having an input and an output, the resistive element having a rectangular shape with a width equal to the width of the structure; And at least one conductive layer (130) to connect: the input terminal (131) of the structure at the input of the resistive element (149); And the output terminal (132) of the structure at the output of the resistive element (149); the structure (100) being covered with at least one polymeric passivation layer (120).

2. System for thawing a roadway comprising the device according to claim 1, the system further comprising a power supply configured to supply electricity to the two electrical terminals of the electrothermal structure (100) of the device.

3. Method of constructing a roadway having a plurality of layers including a roadway covering, the method comprising: laying a thawing device according to claim 1 before laying the roadway covering.