EP0225835B1

EP0225835B1 - Câble chauffant électrique

Info

Publication number: EP0225835B1
Application number: EP86460021A
Authority: EP
Inventors: Pierre Emile Deleage
Original assignee: Deleage SA
Current assignee: Deleage SA
Priority date: 1985-10-22
Filing date: 1986-10-14
Publication date: 1992-04-22
Anticipated expiration: 2006-10-14
Also published as: ES2031456T3; US4769529A; DE3685001D1; EP0225835A1

Description

La présente invention concerne des câbles chauffants électriques et, plus particulièrement, un dispositif permettant d'assurer une bonne transmission de la chaleur aux éléments que les câbles sont destinés à chauffer.
Les câbles chauffants électriques comprennent généralement une âme conductrice en matériau électriquement résistant entourée d'une couche isolante et d'un revêtement qui peut comporter une tresse métallique de protection mécanique et électrique et, éventuellement, une gaine extérieure. La section des câbles est ronde dans leur forme la plus répandue et la moins coûteuse.
La première destination des câbles chauffants fut le chauffage collectif d'appartement au cours des années 50. Les câbles passaient dans des tubes de protection, bons conducteurs de la chaleur, alignés régulièrement sur le sol et recouverts d'un treillis métallique de protection. Une fois en place, le tout était noyé dans une dalle de béton. La dalle était assez épaisse et les câbles se trouvaient relativement loin de la surface, si bien qu'au niveau de celle-ci, la répartition de chaleur était pratiquement uniforme. La dalle ayant beaucoup d'inertie pouvait être utilisée en tant qu'accumulateur de chaleur, les câbles pouvant être alimentés uniquement pendant les heures creuses. Les tubes de protection avaient une section sensiblement plus grande que celle du câble pour permettre de changer facilement des parties défectueuses entraînant des pannes. Toutefois, bien souvent celles-ci se produisaient à des endroits où l'échange thermique entre le câble et le tube n'était pas bon. En effet, comme la section interne des tubes était plus grande que celle du câble, un contact intime entre les deux n'était pas assuré en tout point et là où le câble ne touchait pas le tube, il ne transmettait pas correctement sa chaleur, il s'échauffait et cassait.
Par la suite, des techniques plus simples furent employées, consistant à noyer directement la câble dans les dalles, sans autre protection que sa gaine. Dans le cas de dalles en béton, il fallait que celui-ci soit vibré soigneusement afin de ne pas laisser se former des bulles trop importantes autour des câbles. Sinon, au passage dans les bulles, le câble s'échauffait exagérément et finissait par se détruire.
Des câbles chauffants sont également utilisés dans d'autres applications, notamment pour protéger des canalisations, des chéneaux, des gouttières, etc., contre le gel, ou pour maintenir des trajets de fluide à température désirée. Dans le cas de conduites, on fait courir le câble le long de la conduite, bien appliqué sur celle-ci. Pour le fixer, on dispose des colliers à intervalles réguliers. Le tout peut être recouvert d'une couche thermiquement isolante. Le câble de section ronde ne se prête pas bien à cette application car la zone de contact et d'échange de chaleur entre le câble et la canalisation se borne à une génératrice. De plus, dans la pratique, il y a toujours des endroits de la canalisation où le câble est décollé de la paroi de celle-ci. Les parties du câble qui ne sont pas en contact avec la canalisation gardent une grande partie de leur chaleur, ils s'échauffent exagérément et finissent par se détériorer. On a prévu diverses solutions pour résoudre ce problème. On a imaginé des câbles de forme spéciale, avec une partie de leur pourtour plat. Une autre structure de câble consiste en deux conducteurs non résistants disposés près de chaque côté dans un ruban dont la partie médiane est résistante. Ces réalisations, bien que satisfaisantes, sont coûteuses au point de vue fabrication. Une autre solution consiste à noyer le câble dans un ciment conducteur de la chaleur coulé à la surface de la canalisation. La mise en oeuvre de ce procédé est relativement longue et délicate.
Une autre solution à ce problème particulier est donnée dans le document US-A-2 419 655. On fait courrir le câble chauffant le long de la conduite et, pour le fixer en toute sécurité et en le protégeant des détériorations, on l'enserre dans une gaine à profil en "S", et, plus exactement, dans la gorge formée par une des deux ailes du profit. La gorge formée par l'autre aile du profit reçoit, quant à elle, la conduite. La gaine étant métallique, elle assure un bon transfert thermique du câble chauffant vers la canalisation.
Une autre application d'un câble chauffant est donnée par le document FR-A-2 266 416. L'invention qui y est décrite concerne un ruban chauffant monté au voisinage d'une porte d'un appareil frigorifique et d'un appareil de congélation pour empêcher la formation de givre et la condensation de l'humidité atmosphérique. Il est constitué d'un câble dont l'âme, en matériau résistant, est recouverte d'une couche isolante. L'ensemble est entouré de rubans en matériau bon conducteur de la chaleur, ces rubans étant intimement liés à l'isolant et prolongeant latéralement la surface de ce dernier.
On connaît également le document FR-A-2 323 108 qui décrit un corps de chauffe pour convecteur électrique de chauffage. Ce corps de chauffe comprend un câble résistant blindé enserré dans des diffuseurs plans longitudinaux. Ceux-ci comportent des usinages en forme de fentes destinés à améliorer les caractéristiques de l'échange thermique et des sectionnements transversaux régulièrement espacés avec un pas qui est déterminé en fonction des caractéristiques propres au matériau utilisé pour le diffuseur. Le problème que résout l'invention décrite ici résulte des dilatations thermiques différentielles entre le blindage du câble et le diffuseur, les coefficients de dilatation étant généralement différents.
Comme on le verra par la suite, la présente invention n'est pas concernée par ce type de problème étant donnée la plus faible température de fonctionnement d'un câble de chauffage tel que celui qui peut être utilisé dans un plancher chauffant.
En matière de chauffage d'appartement, pour des raisons d'économie d'énergie, la tendance actuelle est aux chauffages à faible inertie qui, de plus, donnent un confort amélioré et permettent une régulation instantanée. Les câbles chauffants sont un bon moyen de les réaliser, ils sont discrets et offrent des solutions de pose multiples, notamment en rénovation: ils peuvent être placés dans des panneaux muraux, dans les planchers ou les plafonds, très près de la surface. Il se pose malgré tout des problèmes de répartition de chaleur, des points plus chauds se formant aux endroits les plus proches du câble et des points plus froids aux endroits les plus éloignés. Ceci a pour effet de produire des zônes d'inconfort et, éventuellement, d'endommager, par les écarts de température causés, le matériau dans lequel les câbles se trouvent.
Afin que les câbles diffusent mieux leur chaleur, on a pensé à leur associer, pour des applications précises, un élément en ruban en matériau souple et bon conducteur de la chaleur.
Selon le document US-A-3 453 417, le câble chauffant est inséré dans un manchon métallique comportant, en une seule pièce, une semelle plate et une paroi supérieure repliée sur ladite semelle avec une gorge médiane de réception du câble. Sur un côté, la semelle est repliée par dessus la paroi supérieure, si bien que ledit côté présente trois épaisseurs superposées. Le câble de cette invention est plus spécialement prévu pour chauffer des liquides et cette disposition assure l'étanchéité du manchon qui, en plus de son rôle de diffuseur, doit isoler le câble du liquide dans lequel il est immergé. Mais c'est au détriment de sa souplesse et il ne peut pas lui être imprimé des changements de direction. De plus, sa mise en oeuvre est onéreuse.
Le document BE-A-902 275 décrit un câble qui se trouve également entre une semelle en ruban et une paroi supérieure avec gorge médiane de logement du câble. La paroi supérieure est isolante ou, en variante, un isolant est prévu entre celle-ci et le câble. Dans ce cas encore, le câble est destiné à des applications particulières dans lesquelles il doit transférer sa chaleur de manière directionnelle. Pour un usage polyvalent, le câble décrit présente les mêmes inconvénients que le précédent.
Le document US-A-2 419 655 présente une solution intéressante au problème de la souplesse. En effet, la gaine dont le profil est en "S" est constituée d'un ruban souple qui comporte, de chaque côté de son axe longitudinal, des fentes transversales débouchant sur les côtés latéraux du ruban. Une partie longitudinale et centrale du ruban n'est pas traversée par ces fentes. C'est cette partie centrale située entre le câble et la conduite qui se déforme lorsque l'ensemble se courbe, les parties traversées par les fentes suivant la déformation de cet ensemble.
Ce que cherche donc à prévoir l'invention est un câble qui ne soit pas forcément très souple mais dont la structure permet de réaliser simplement des changements de direction quelconques, tout en assurant un bon transfert de la chaleur du câble vers l'élément qu'il doit chauffer.
Pour ce faire et selon une caractéristique de l'invention, le ruban présente dans sa partie médiane des fentes transversales symétriques par rapport à son axe longitudinal et dépassant de la partie arrondie sur les ailettes que forme le ruban de chaque côté du câble.
Cette structure donne un câble qui présente une souplesse suffisante pour pouvoir, par exemple, être enroulé et une rigidité telle que la partie médiane du ruban enserrent intimement le câble.
Pour les changements de direction, dans le plan du ruban, on effectue, dans la partie à couder, des entailles transversales dans le ruban, de chaque côté du câble, ces entailles reliant les bords du ruban aux fentes. Le ruban n'offre plus de résistance au changement de direction du câble.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le ruban présente, en plus des fentes, des ouvertures symétriques par rapport à son axe longitudinal, lesdites ouvertures ayant leur dimension dans le sens longitudinal supérieure à celle des fentes et leur dimension dans le sens transversal un peu supérieur à celle desdites fentes.
Il est alors possible, avec cette structure de faire changer de direction au câble sans qu'une découpe d'entailles soit nécessaire. En effet, les parties sur les bords latéraux desdites ouvertures forment des zones de moindre rigidité qui peuvent se plisser lorsqu'on effectue ce changement de direction.
Avantageusement, les ouvertures sont sensiblement rectangulaires, les grands côtés pouvant coïncider avec les positions de deux fentes successives.
Afin de faciliter le plissage des parties sur les bords latéraux des ouvertures, on peut prévoir les petits côtés desdites ouvertures légèrement concaves vers l'axe longitudinal du ruban, et les parties du ruban sur les bords latéraux desdites ouvertures légèrement pliés.
Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdites fentes sont des lumières étroites.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisations, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels:

la Fig. 1 est une vue en coupe d'un câble chauffant monté sur un ruban,
les Figs. 2 et 3 sont des vues en coupe respectives d'un plancher et d'un mur équipés de câbles chauffants,
la Fig. 4 est une vue en plan d'une partie de transition d'un câble chauffant entre deux rangées parallèles,
la Fig. 5 est une vue en coupe d'un panneau de chauffage équipé d'un câble chauffant,
la Fig. 6 est une vue partielle en plan d'un ruban particulier suivant l'invention,
la Fig. 7 est une vue en coupe d'un câble chauffant équipé du ruban de la Fig. 6,
la Fig. 8 est une vue de côté montrant un changement de direction sur champ du câble de la Fig. 7,
la Fig. 9 est une vue de dessus montrant un changement de direction à plat du même câble,
la Fig. 10 est une vue partielle en plan d'une variante du ruban de la Fig. 6, et
la Fig. 11 est une vue partielle en plan d'une autre variante du ruban de la Fig. 6.

Les Figs. 1-5 comme décrits ci-dessous montrent en principe la construction et l'application d'un câble chauffant monté sur un ruban.
A la Fig. 1, le câble proprement dit comprend une âme 1 en matériau électriquement résistant. L'âme 1 est recouverte d'une couche isolante 2, revêtue elle-même d'une tresse métallique 3 assurant une protection mécanique et électrique du câble. Le câble est monté dans une gorge longitudinale que forme en sa partie médiane un ruban souple 4 en matériau bon conducteur de la chaleur. Le câble est fixé en contact intime avec la face interne de la gorge par tout moyen classique, pourvu qu'il n'entrave pas le passage de la chaleur.
Pour le chauffage de locaux par les planchers, le câble à ruban 7 s'intègre dans des chapes de faible épaisseur ou dans le ragréage des sols. Comme le montre la Fig. 2, le câble 7 est posé en rangées successives 8 sur le sol brut 9, l'espace entre les bords du ruban de deux rangées voisines étant étroit. Le câble 7 est alors recouvert d'un grillage 10 et le tout est noyé dans la chape 11 qui, en pratique, a une épaisseur de 10 à 20 mm. Un revêtement de sol classique 12 est posé sur la chape. Le ruban du câble assure l'écoulement latéral de la chaleur. Le gradient horizontal est faible et les risques d'inconfort sont supprimés.
Pour le chauffage par les murs ou plafonds, Fig. 3, le câble à ruban 13 s'intègre dans le revêtement ou enduit 14 dont l'épaisseur est généralement comprise entre 15 et 25 mm. Comme pour les planchers, l'écart entre deux bords voisins de ruban est faible et la température en surface est assez uniforme. De plus, à l'intérieur même du revêtement, de grands écarts de température, pouvant occasionner des dégradations telles que des fissures, sont évités.
La Fig. 4 montre un changement de direction de 180° d'un câble à ruban 15 lors de sa pose. Le changement de direction est effectué par étapes successives, en faisant, dans la zone de la partie à couder, quelques entailles transversales 16 dans le ruban 17, de chaque côté du câble proprement dit. Sur la partie extérieure du ruban 17, les bords des entailles s'écartent, alors que ceux des entailles de la partie intérieure se recouvrent. Cette solution permet de conserver le ruban 17 dans son intégralité dans les changements de direction et de l'avoir bien à plat. A la Fig. 4 sont également représentées des échancrures 18 sur les bords du ruban 17 ainsi que des trous 19 placés régulièrement sur sa surface, qui servent d'ancrage lors de l'enrobage dans une chape ou un revêtement. Bien entendu, d'autres moyens d'ancrage peuvent être prévus, comme des aspérités à la surface du ruban, par example.
Pour certaines utilisations, on peut prévoir un ruban 20, Fig. 5, en matériau mécaniquement résistant et bon conducteur électrique. Le ruban 20 peut alors remplir le rôle de la tresse 3 qui devient inutile. Le câble 21 proprement dit, sans tresse, est donc moins cher. Comme la section du câble est plus petite, on peut le disposer directement derrière un tissu mural ou sous une moquette sans qu'il provoque de surépaisseurs visibles. Par ailleurs, il peut être utilisé dans tous les cas où les contraintes mécaniques ne sont pas trop importantes, comme dans les chapes de ragréage, dans les enduits de murs ou de plafonds. On peut en équiper, également, des panneaux de chauffage, tels que le panneau 22, Fig. 5, qui sont des éléments de chauffage autonomes que l'on place sur des sols, des murs ou des plafonds. Ces panneaux conviennent particulièrement pour équiper des lieux publics de grandes surfaces tels que les lieux de culte.
A la Fig. 5, le panneau 22 est formé d'une plaque plane 23, en matériau bon conducteur de la chaleur, comportant un petit rebord d'appui 24 sur son pourtour. Un câble chauffant 20, 21 est appliqué sur la surface intérieure de la plaque 23, avec les deux ailes de son ruban 20 en contact intime avec ladite surface. L'espace intérieur du panneau peut être rempli d'un matériau isolant 25 recouvrant le câble. Le câble est donc isolé par rapport à la surface 26 sur laquelle le panneau 22 est placé et la quasi-totalité de la chaleur est diffusée par la plaque 23. La plaque 23 peut être peinte ou habillée d'un revêtement 27 et des entretoises de même longueur que le rebord 24 peuvent être prévues sous sa face intérieure pour assurer sa planéité. Dans un exemple de réalisation satisfaisant du panneau 22, la plaque 23 et son rebord 24 sont en tôle d'acier.
Le câble de chauffant se prête bien, également, pour le chauffage de canalisations. Le montage consiste à assurer un contact intime entre une partie importante de la surface du ruban du câble et la paroi de la canalisation. Les changements de directions s'effectuent comme on l'a précédemment expliqué. Pour cette application, on peut utiliser un ruban autocollant que l'on fait adhérer sur la canalisation. Dans le cas d'un ruban à double paroi, la paroi externe du ruban peut être thermiquement isolante.
A la Fig. 6, le ruban 30, tel qu'il est avant montage sur le câble, présente dans sa partie médiane des fentes transversales 31, régulièrement espacées. Les fentes 31 sont symétriques par rapport à l'axe longitudinal du ruban 30. En pratique, l'écartement des fentes peut être d'environ 1 cm et leur longueur d'environ 2 cm pour un ruban de 5 cm de largeur. Le ruban 30 est en un matériau bon conducteur de la chaleur tel que du cuivre étamé ou de l'acier recuit.
Le ruban 30 est fixé à un câble chauffant 32 de telle sorte qu'il soit en contact intime avec la plus grande partie possible du pourtour de ce dernier. Ceci est obtenu en donnant au ruban 30 un profil en forme de Ω dont la partie arrondie 33 enserre le câble 32, Fig. 7. La partie arrondie 33 n'est pas très serrée sur le câble 32, pour permettre entre eux un certain jeu dans le sens longitudinal. Les fentes 31 dépassent légèrement de chaque côté de la partie arrondie 33, sur les ailettes que forme le ruban 30 de chaque côté du câble 32. Ceci est visible à la Fig. 7 qui est une coupe dans le plan d'une fente 31.
Le câble 32, équipé d'un ruban continu 30 selon l'invention, peut être coudé sur champ par rapport au ruban 30 ou dans le plan de ce dernier.
Pour le coudage sur champ, Fig. 8, on élimine une petite portion de ruban 34, à une au moins des extrémités de la partie à couder 35. On réalise ceci en entaillant les ailettes, formées par le ruban 30, de chaque côté du câble 32, jusqu'aux extrémités de deux fentes 31 successives, puis en tirant sur la portion de ruban 34 ainsi détachée. Le ruban est alors interrompu entre une extrémité de la partie à couder 35 et la suite du câble 36. Comme les fentes 31 dépassent de chaque côté du câble 32 sur les ailettes, il n'y a pas de risque, en effectuant ce découpage, d'endommager le câble 32. Une fois la partie 34 retirée, on plie le câble 32. Sur la partie coudée 35, les fentes 31 s'ouvrent vers l'extérieur et la partie arrondie 33 du ruban entre les fentes 31 se déplace légèrement sur le câble 32, si bien que la partie de câble qui avait été découverte lors de l'enlèvement de la partie 34 est au moins partiellement recouverte entre 35 et 36. Il est particulièrement intéressant de pouvoir effectuer ce changement de direction lorsqu'on équipe en câbles chauffants des canalisations.
Pour le pliage à plat, Fig. 9, il est également nécessaire d'éliminer une portion de ruban 37 à au moins une des extrémités de la partie à couder 38, comme pour le coudage sur champ. De plus, tout le long de la partie à couder 38, il faut réaliser des entailles transversales dans le ruban de chaque côté du câble. Ces entailles rejoignent les extrémités de fentes 31 et déterminent donc des parties de ruban séparées successives 39. En pratique, on peut réaliser les entailles toutes les deux fentes. Quand on plie le câble 32, lesentailles s'ouvrent vers l'extérieur, alors que les parties découpées 39 se recouvrent partiellement vers l'intérieur. La partie de câble découverte lors de l'élimination de la portion de ruban 37 est à nouveau recouverte.
Plutôt que de prévoir un ruban continu sur le câble 32 et l'élimination lors de la pose de portions de ruban aux extrémités des parties à couder, le ruban 30 peut être monté sur le câble 32 par éléments d'une certaine longueur entre lesquels il est laissé un petit espace. En pratique, lesdits éléments peuvent avoir une longueur d'environ 40 cm.
Le ruban 40, montré à la Fig. 10, est une variante de celui de la Fig. 6. Il comporte les mêmes fentes 31, plus, de place en place, des lumières également symétriques par rapport à son axe longitudinal. Dans l'exemple décrit, les lumières 41 ont une forme rectangulaire à coins légèrement arrondis, avec deux grands côtés 42 et deux petits côtés 43. Les grands côtés 42 coïncident avec les positions de deux fentes 31 successives, mais sont légèrement plus longs que celles-ci. Les lumières 41 sont distribuées périodiquement le long du ruban 40, par exemple toutes les douze à quinze fentes 31.
Bien entendu, au lieu de prévoir des petits côtés 43 droits, on peut les prévoir courbes avec leurs concavités tournées vers l'axe longitudinal du ruban. Les grands côtés 42 pourraient également ne pas coïncider avec les positions des fentes 31 de manière à obtenir, par exemple, des lumières plus étroites.
Avec le ruban de la Fig. 10, il n'est plus nécessaire, pour les changements de direction, d'interrompre le ruban comme on l'a prévu en 34 à la Fig. 8 ou en 37 à la Fig. 9. En effet, les portions 44 du ruban 40 qui sont adjacentes aux petits côtés 43, ont tendance à se plier, la convexité des plis étant tournée vers le câble en regardant la Fig. 7.
En pratique, on peut, au cours de la fabrication, créer les amorces de ces plis, avec la convexité convenable à chaque emplacement 44.
Enfin, le ruban 45, Fig. 11, comporte des fentes 46 qui sont d'étroites lumières. Avec un tel ruban, le câble présente une grande souplesse dans les deux directions de pliage sur champ sans qui'il soit nécessaire d'en éliminer des portions telles que 34 ou 37 ou de prévoir des lumières plus larges telles que 41. De plus, il n'y a aucun problème à conditionner le câble enroulé. Dans un exemple de réalisation préféré de l'invention, les fentes 46 ont une longueur de près de 4 cm et une largeur d'environ 2 mm pour une largeur de ruban à plat, avant profilage en Ω, de 5 cm. L'espacement des fentes 46 peut varier en fonction de divers paramètres tels que le diamètre et la nature du câble, la largeur et la nature du ruban, etc. Si l'espacement est convenablement choisi, on évite toute sortie du câble de la gorge en Ω au déroulage. Dans certains cas, l'espacement peut atteindre 5 cm, par exemple.
Bien entendu, la largeur du ruban peut être variable selon l'utilisation que l'on fait du câble chauffant, selon sa puissance linéique et selon la conductivité thermique du matériau avec lequel il est en contact. On note d'ailleurs, à ce propos, qu'on peut réduire la longueur du câble en augmentant sa puissance linéique et la largeur de son ruban, quand les conditions s'y prêtent. Ceci permet de réduire sensiblement le coût de certaines installations.

Claims

Câble chauffant électrique comprenant au moins une âme conductrice (1) en matériau électriquement résistant entourée d'une couche isolante (2), ledit câble étant fixé longitudinalement sur un ruban souple (30, 40, 45) en matériau bon conducteur de la chaleur ayant un profil en Ω, la partie médiane du ruban (30, 40, 45) étant montée en contact intime avec la plus grande partie du pourtour du câble (32), caractérisé en ce que le ruban (30) présente dans sa partie médiane des fentes transversales (31) symétriques par rapport à son axe longitudinal et dépassant de la partie arrondie (33) sur les ailettes que forme le ruban (30) de chaque côté du câble (32).
Câble chauffant électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ruban (30) est fixé sur le câble (32) en portions d'une certaine longueur, un certain intervalle étant prévu entre deux portions successives.
Câble chauffant électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ruban (40) présente, en plus des fentes (31), des ouvertures (41) symétriques par rapport à son axe longitudinal ayant leur dimension dans le sens longitudinal supérieure à celle des fentes (31) et leur dimension dans le sens transversal un peu supérieure à celle desdites fentes (31).
Câble chauffant électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ouvertures (41) sont pratiquement rectangulaires.
Câble chauffant électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux grands côtés (42) des ouvertures (41) coïncident avec les positions de deux fentes (31) successives.
Câble chauffant électrique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les petits côtés (43) sont légèrement concaves vers l'axe longitudinal du ruban (40).
Câble chauffant électrique selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que sur les bords latéraux des ouvertures (41), les parties restantes (44) du ruban sont légèrement pliées, les plis étant convexes vers le câble.
Câble chauffant électrique selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les ouvertures (41) sont distribuées périodiquement le long du ruban.
Câble chauffant selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites fentes (31) sont des lumières étroites (46).