EP1792521A1 - Structure chauffante electrique - Google Patents

Structure chauffante electrique

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Publication number
EP1792521A1
EP1792521A1 EP05799909A EP05799909A EP1792521A1 EP 1792521 A1 EP1792521 A1 EP 1792521A1 EP 05799909 A EP05799909 A EP 05799909A EP 05799909 A EP05799909 A EP 05799909A EP 1792521 A1 EP1792521 A1 EP 1792521A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric heating
heating structure
layer
network
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05799909A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Françoise MENNECHEZ
Jean-Pierre Odile
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP1792521A1 publication Critical patent/EP1792521A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/84—Heating arrangements specially adapted for transparent or reflecting areas, e.g. for demisting or de-icing windows, mirrors or vehicle windshields
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B2203/037—Heaters with zones of different power density

Definitions

  • the present invention relates to an electric heating structure and more specifically relates to an electric heating structure comprising a substrate, a heating element having a given specific resistance and which comprises an electrically conductive layer deposited on one of the faces of the substrate and electrically powered.
  • Electric heated glazings are generally composed of a glass sheet provided on one of its faces with an electric heating element used as such or having an anti-fog and / or anti-icing function.
  • the heating element is sometimes obtained by depositing on the glass sheet a conductive composition of the enamel type in the form of a suspension of metal particles such as silver and glass frit in an organic binder, deposit produced by spraying, by coating by roller or curtain, or by screen printing and by subjecting the glass thus coated to baking at a temperature of the order of 500 to 650 ° C.
  • a conductive composition of the enamel type in the form of a suspension of metal particles such as silver and glass frit in an organic binder
  • deposit produced by spraying by coating by roller or curtain, or by screen printing and by subjecting the glass thus coated to baking at a temperature of the order of 500 to 650 ° C.
  • heating plates in the form of a sinuous conductive track in narrow and elongated crenels.
  • the heating element is an electrically conductive transparent layer and having a suitable electrical resistance, for example a layer containing a metal oxide such as fluorine doped tin oxide which has a specific resistance or resistance per square R1 typically of 10. at 15 ohms.
  • a suitable electrical resistance for example a layer containing a metal oxide such as fluorine doped tin oxide which has a specific resistance or resistance per square R1 typically of 10. at 15 ohms.
  • This thin layer is connected to electrical connection elements to the power supply cables, these elements being called connection pieces or current supply terminals or distributor strips or “bus” bars ", which are generally arranged on two opposite sides of the layer.
  • These elements are hereinafter referred to simply as “distributors”.
  • These distributors are for example in the form of metal strips (for example in the form of tinned copper foils) fixed for example by welding or gluing on a glass or in the form of screen printed metal strips.
  • the overall electrical resistance R of a layer heating element depends on the dimensions of the structure and is given by the following formula:
  • R FM * D / L where L is the length of the distributor and D the distance between the distributors.
  • EP0936022A2 proposes an electric heating glazing divided into two parts separated by a longitudinal cut extending from one distributor to another in order to adjust the overall electrical resistance.
  • the realization of such a break is not always sufficient to obtain the specified heating characteristics.
  • the object of the invention is to propose an electric heating structure that guarantees, as needed, a heating homogeneity at least over a given area and / or one or more controlled heating heterogeneities, and also capable of operating over a wide range of applications. of sizes.
  • an electric heating structure comprising:
  • a heating element having a given specific resistance and comprising an electrically conductive layer deposited on one of the faces of the substrate and electrically powered, the heating element comprising a pattern network in functional connection with the electrically conductive layer; .
  • the conductive layer and pattern network coupling according to the invention makes it possible, depending on the case, either a fine adjustment of the specific resistance - and therefore of the overall resistance - or one or more specific resistance adjustments. equivalent of (pre) determined areas, regardless of the shape factor of the D / L surface.
  • the invention makes it possible to easily and simply achieve the desired heating characteristics for a wide range of products of different sizes and in various applications.
  • the pattern network according to the invention makes it possible to adapt the resistance with a layer of acceptable thickness.
  • the known conductive layers do not alone make it possible to achieve low specific resistance values, for example less than 10 ohms, especially when a zone of visibility is necessary because beyond some thickness they become opaque and / or when strength and / or air resistance is required.
  • the array of patterns according to the invention makes it possible to adapt the specific resistance with a layer of limited thickness, with the possibility of keeping a partial transparency and / or of retaining, if necessary, a great robustness.
  • the pattern network according to the invention serves in many configurations:
  • the pattern array can be used to create a homogeneous surface temperature, or differentiated surface powers, or differentiated temperatures that are heating temperatures or a heating temperature and a temperature in a non-functional area.
  • pattern grating according to the invention as opposed to a random arrangement of various patterns, means a (quasi) periodic repetition of a given geometric pattern or of a similar or equivalent pattern (on the surface) , the periodicity being defined as the distance between the center of two adjacent patterns.
  • the network can be one-dimensional (one period) and preferably two-dimensional (two periods).
  • the network can also be multiple and thus combine several forms of geometric patterns, for example in the form of intersecting networks, as the size of the geometric pattern can be variable.
  • the heating structure may comprise a heating element according to the invention on each side of the substrate, with an identical or distinct design.
  • the substrate may also receive a coating having another functionality. It may be a coating with blocking function of infrared wavelength radiation (for example using one or more silver layers surrounded by dielectric layers, or nitride layers such as TiN or ZrN or in metal oxides or steel or Ni-Cr alloy), low-emissive function (for example doped metal oxide such as SnO 2 : F or indium oxide doped with tin ITO or one or more layers of silver), anti-fog (using a hydrophilic layer), antifouling (photocatalytic coating comprising at least partially crystallized TiO 2 in anatase form), or an anti-reflection stack of the type for example Si 3 N 4 ZSiO 2 ZSi 3 N 4 ZSiO 2 .
  • the patterns have a rounded shape.
  • This shape chosen for example circular, oval or elliptical, ensures the best possible homogeneity of the distribution of the current density in the zone carrying the network, the number of hotspots being more numerous with pointed shapes.
  • the heating structure with a network of patterns such that the heating current lines are mainly straight "macroscopically" in the sense that the lines are not deflected by the multiple cuts.
  • the network does not substantially modify the path of the current so it avoids performing a simulation work to obtain the desired thermal result, especially in terms of homogeneity with respect to the geometry of the substrate.
  • the patterns may have a maximum dimension of 5 mm, even more preferably between 0.5 and 3 mm to limit hot spots likely to generate thermal breaks especially for household appliances such as radiators.
  • the patterns may be staggered, thereby forming uniformly distributed power lines.
  • the centers of four adjacent patterns can be placed at the four corners of a square or diamond.
  • the patterns may for example be arranged along lines parallel to distributors disposed on opposite sides of the layer, on the lateral or longitudinal edges of the substrate.
  • the pattern network may cover a given area, the coverage ratio of the surface being preferably between 5 and 70%; even more preferably between 10% and 40%, particularly when the network covers a large area.
  • the coverage ratio - corresponding to the total area of all the patterns on the total area occupied by the pattern network - is thus adjusted according to the desired equivalent specific resistance.
  • Unmodified area means a layer area not associated with a pattern network. This reduction makes it possible, for example, to obtain a heating zone with a controlled thermal gradient effect and thus a smooth transition with the unmodified zone.
  • At least some of the patterns may be insulating discontinuities formed in at least one area of the layer.
  • baffles are created locally for the current flow by means of holes in the layer or of local isolation patterns of the layer giving conductive islands.
  • the insulating discontinuities may be rings, for example obtained by laser ablation, and / or discs, obtained for example by chemical etching.
  • the rings can be thin enough - similar to circles - to be almost invisible to the naked eye, for example of smaller size or of the order of 100 microns.
  • the impact on aesthetics (color difference with the substrate) or even on transparency (especially with a glass-type substrate) is then hardly noticeable.
  • Insulating discontinuities can be holes. We can also consider filling the holes with an insulator including colored for example for decoration purposes.
  • the structure having in operative position an upper portion and a lower portion, the network comprising the insulating discontinuities may be arranged in the upper portion.
  • a lower heating zone in the upper part makes it possible to homogenize the surface temperature in the mounting position, for example by counteracting a natural convection effect or by reducing the heating in a less sensitive upper zone.
  • At least some of the patterns of the network may be conductive pads having an electrical conductivity greater than that of the layer, the pads being disposed on at least one zone of the layer.
  • An alternative for forming a network with conductive patterns is to fill holes formed in the conductive layer with a more conductive material than the latter.
  • the conductive pads may be silver-based.
  • the studs are enamel printed silver, for example screen-printed, and cooked.
  • the motifs can also participate in the decoration.
  • Silver particles are preferred, especially because they have a conductivity / cost ratio. It is also possible to choose an enamel containing other metallic particles chosen from particles of nickel, zinc, copper, graphite or precious metals such as gold, platinum or palladium.
  • an epoxy resin polyimide, silicone, polyester or polyacrylate containing silver particles and baked between 100 to 200 ° C.
  • Enamel is preferred especially if the substrate is a glass to be dipped because the enamel can withstand the temperatures required for thermal quenching (maximum temperature of the order of 650 ° C).
  • the pads may also be silver layer portions.
  • the substrate having an upper and a lower part in operating position, the network comprising the conductive pads may be arranged in the lower part, for example to homogenize the surface temperature in the mounting position, counteracting the natural convection effect. or to increase the heating in a lower sensitive area.
  • the pattern array of the invention may form a band, preferably disposed along an edge of the substrate.
  • This edge may correspond to an area of the structure that is particularly sensitive to condensation.
  • the pattern network according to the invention may also form a circle.
  • the array of patterns according to the invention makes it possible, with the appropriate choices of the geometry and the size of the patterns, to create a differentiated nonlinear heating zone which would not be possible from the long break in the art. prior.
  • the heating element being formed of at least two parts separated from one another by an insulating zone (for example a strip of bare substrate), the pattern network is present in at least one one of the two parts.
  • the two parts may be identical or unequal.
  • the shape factor is doubled by increasing the distance D and decreasing the length L.
  • the substrate may be a transparent substrate and / or having a good thermal behavior and / or thin and / or be decorative, depending on the needs.
  • the substrate may be a glass plate, glass ceramic but also a plasterboard, wood or metal.
  • a flexible heating film may comprise the conductive layer and the pattern network according to the invention and be arranged for example between two plastic layers, for example polyester.
  • This protected heating film can be intimate contact through adhesives with thermal insulation placed above and with a decorative material placed underneath.
  • the heating film can also be included in a module.
  • Such a heating film is used, for example, for technical radiant heating, especially for premises (plaster ceilings, suspended ceilings based on wooden modules, stretched PVC, etc.), or for household appliances, for a towel dryer, or for defrosting, for example piping, or for frosting packages.
  • premises plaster ceilings, suspended ceilings based on wooden modules, stretched PVC, etc.
  • household appliances for a towel dryer, or for defrosting, for example piping, or for frosting packages.
  • defrosting for example piping, or for frosting packages.
  • the use of plastic limits the maximum temperature of use and the manufacturing technologies of the layer and / or pattern network.
  • the electric heating structure corresponds to an electric heating glazing comprising at least one glass sheet.
  • the glass can allow a small footprint of the structure.
  • the glass may for example be silicodio-calcium or, in particular for applications requiring good temperature resistance (heating body, etc.), borosilicate.
  • the glazing may comprise one or more sheets of glass and possibly one or more plastic sheets.
  • This is for example a monolithic glazing comprising a tempered glass sheet or a laminated glazing unit comprising at least two sheets of glass separated by a plastic interlayer or a shielded glazing unit further comprising at least one sheet having the shielding properties required.
  • the heating element may be on one side (or both sides) of a glass sheet of the glazing and / or, if appropriate, be on or be embedded in a plastic interlayer glazing.
  • the glazing may be vacuum insulating, may contain a safety glass.
  • the structure can be a flat panel or be curved.
  • the structure may be glazing comprising at least one visibility zone.
  • the structure can form one of the following elements: a lid for refrigerated box, a glazed part for refrigerated cabinet (door or wall), a glazed part of counter showcase.
  • the structure can also form one of the following elements a glass portion for a heating shelf, a radiator or panel heater radiator, a heating front for a towel rail or radiator, a door for an oven, a warmer, an interior design element (dividing wall, element integrated in a module for ceiling, floor, partition), a heating element for radiation for a building or technical cell, an element for frost protection and / or temperature maintenance of sensitive products.
  • an all-glass radiator comprising the electric heating structure according to the invention as a heating body and another integral glass plate made of decorative and high-resistance glass, of any color.
  • This radiator can be fixed in the ground, wall or ceiling or mobile, on feet.
  • This assembly can also serve as a towel rail.
  • a hybrid radiator heating body which comprises a metal plate carrying a conventional electrical resistance and the structure according to the invention in the form of a monolithic heating pane.
  • the conductive layer may be a multilayer.
  • the conductive layer may be a sufficiently electrically resistant metal layer or a semiconductor layer.
  • the conductive layer may be the layer sold by Saint-Gobain under the name "planitherm", whose square resistance is equal to about 7 ohms, preferably in a laminated or insulating glass or double glazing.
  • the methods of depositing the conductive layer may be any means known to those skilled in the art including deposits, by coating a paint, by powder, by liquid, by “dip-coating”, by “spin-coating” ", By” flow-coating ", by” PVD “or” CVD “spray, ....
  • said conductive layer may have a thickness (average) less than or equal to 1 ⁇ m, preferably less than or equal to 500 nm.
  • the conductive layer is preferably based on a metal oxide, preferably fluorine-doped tin oxide, or tin-doped indium oxide.
  • a metal oxide preferably fluorine-doped tin oxide, or tin-doped indium oxide.
  • Such layers generally obtained by pyrolysis method (powder, liquid or CVD) are chosen for their adhesion, stability, hardness, mechanical strength and / or air.
  • TCO transparent conductive oxide in English
  • the conductive layer may be deposited directly on a substrate, in particular glass, but an underlayer or any other intermediate element may also be interposed.
  • the structure can benefit from the oriented emissivity of fluorine-doped tin oxide (flow directed towards the part) for example in the case of a radiator facade.
  • FIG. 1 schematically represents a heated towel rail front in a first embodiment according to the invention
  • FIG. 2 schematically shows a radiator heater body in a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 schematically shows a refrigerated case provided with an electric heating cover according to a third embodiment of the invention. 'invention
  • FIGS. 4a and 4b schematically represent a cold gate according to a fourth embodiment of the invention
  • Figure 5 schematically shows a plate warmer according to a fifth embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a heating front 100 towel dry in a first embodiment of the invention.
  • the heating facade 100 is composed of a 4 mm thick glass sheet 1 provided on one of its faces with a heating element composed of a fluorine-doped tin oxide layer.
  • the deposition of the layer can also be done in recovery for more flexibility (choice of the thickness, possible thickness %) and also by other techniques of deposits.
  • a first zone of the layer 10 comprises a network 1 1 of rings 1 1 1 made according to the known laser ablation technique so as to create regularly distributed islands.
  • a second zone 12 of the layer 10 remains uniform.
  • the rings 1 1 1 are arranged in parallel lines with two metal strips forming distributors 21, 22 placed along the lateral edges of the glass sheet 1 and connected to the layer 10 and to the electric cables 31, 32. rings are not in contact with the strips 21, 22.
  • the rings 11 1 are staggered to avoid hot spots.
  • the thickness of the ring 11 is of the order of 100 microns, the outer diameter is equal to 1 mm.
  • the coverage rate is 30%.
  • the width of the first zone is 0.28 mm against 0.70 mm for the second zone 12.
  • the current is not deflected and the heating remains substantially homogeneous in each zone.
  • the facade is in the operating position in the direction of the length, and is for example vertical. All else being equal, if the layer 10 were uniform, the temperature difference related to the natural convection effect would be of the order of 15 ° C (80 ° C for the upper part, 65 ° C for the part below).
  • the network 1 1 is disposed in the upper part of the facade 100 to reduce in this zone the heating temperature, which makes it possible to substantially compensate for the difference in temperature.
  • the equivalent specific resistance of this first zone is adapted to a value of 65 ohms to obtain a theoretical heating temperature of 62 ° C. Its pfd is 849 W / m 2 .
  • the specific resistance of the second zone 12 is chosen equal to a value of 45 ohms to obtain a theoretical heating temperature of 76 ° C. Its pfd is 1226 W / m 2 .
  • This heating front can be completed by a bar adjusted to the desired height to support a towel.
  • This facade can also be used as such heating radiator facade.
  • Figure 2 shows a radiator heater 200 in a second embodiment of the invention.
  • the heating body 200 is composed of a glass sheet 1 of 4 mm provided on one of its faces with a heating element composed of a layer of fluorine-doped tin oxide of thickness 500 nm of about giving a specific resistivity of 10 ohms.
  • the heating element is divided into two parts separated by a strip 4 of bare glass.
  • the surface of the upper part is greater than the surface of the lower part so as to create two differentiated heating zones and to connect the electric cables (not shown) on the same side.
  • a split network 1 1, 1 1 'of plots 1 12 enamel silver-based, screen-printed and baked is formed on the layer 10 a split network 1 1, 1 1 'of plots 1 12 enamel silver-based, screen-printed and baked.
  • the pads 112 are arranged in parallel lines with two metal strips forming distributors 21, 22 placed at the side edges of the glass sheet and connected to the layer 10.
  • the shape factor is doubled by doubling the distance D and decreasing the width L.
  • the diameter of the studs 1 12 is 1 mm and the distance between the center of two adjacent pads is 2.1 mm
  • the pads are a thickness of about 10 microns, the thickness accuracy is not critical. Hot correction is not necessary because of the large difference in strength between silver and tin oxide.
  • the coverage rate is 17.5%.
  • This network 11, 11 makes it possible to lower the specific resistance to 7.5 ohms so as to obtain an overall power of 600 W.
  • the current i is not substantially deflected in the lower and upper parts and the heating remains substantially homogeneous over the entire surface. Also, from input data that is the supply voltage to
  • the invention relates to the corresponding heating body 200, adapting (decreasing) the equivalent specific resistance over the entire surface by adding suitable conductive patterns and correctly positioning a partial cut.
  • the invention is also applicable to climatic chamber walls.
  • condensation water or frost has disadvantages: reduction of the field of vision through the glazed element, appearance of molds, formation of puddles on the ground, transfer of moisture on the skin, presence of rings on clothing, risk of "sticking" of the skin on frosted parts, ...
  • Figure 3 shows a refrigerated box 300 provided with an electric heating lid 310 according to a third embodiment of the invention.
  • the longitudinal walls 51 of the trunk 300 are rectangular and the side walls are curved 52, 53 and receive the lid 310composed of two sliding parts 311, 311 'of monolithic glass 1, 1' curved and heated, of complementary shape to the walls 52 , 53 respectively.
  • two heating elements each composed of: - a fluorine-doped tin oxide layer 10, 10' of thickness chosen equal to about 500 nm giving a specific resistance of 10 ohms, - a network 1 1, 1 1 'silver studs 1 13, 1 13' deposited on a portion of the layer 10, 10 ', width equal to about 150 mm.
  • the diameter of the pads 1 13, 1 13 ' is 1 mm and the distance between the center of two adjacent pads is 2.1 mm.
  • the coverage rate is 17%.
  • each network 1 1, 1 1 ' can preferentially heat this part, the temperature in this zone being adjusted to 40 ° C.
  • the equivalent specific resistance of the heating element is reduced to 7.5 ohms.
  • it can be provided in the upper zone 12, 12 'the least critical - wide 300 mm -, the realization of a network of holes or layer insulation patterns by laser cutting or chemical etching.
  • the corresponding heating cap 310 has been achieved thanks to the invention, by adapting (decreasing) the equivalent specific resistance by adding appropriate conductive patterns in the lower layer zone and by choosing the specific resistance of the layer zone superior unmodified.
  • the condensation may appear on the glass and also on the frame that supports the glazing, especially if it is metallic and therefore able to form a thermal bridge.
  • the periphery of the glazing less isolated than the rest of the glass surface, and the elements supporting the glazing are externally at a lower temperature than that of the ambient air, which generates condensation on both the glass and the support.
  • the heating efficiency is low
  • the invention proposes a door for refrigerated enclosure or cold door as shown in Figures 4a and 4b in a fourth embodiment of the invention.
  • the cold door 400 is composed of a rectangular multiple glazing unit 1 containing at least two sheets of glass separated by an air knife or under vacuum and with a peripheral spacer that generates thermal bridging phenomena.
  • a network 1 1 of silver enamel pads 1 14 is deposited on the layer 10 to enhance the heating in this more sensitive peripheral zone. This localized heating can make it possible to remove the heating cord previously mentioned.
  • the network of patterns 11 is formed of a gradient of silver pads 114 arranged in parallel lines and whose size decreases towards the center of the glazing, thus obtaining a temperature gradient having a targeted efficiency and with an aesthetic effect.
  • the diameter of the points 1 14, varies from 2 mm to 0.5 mm for a coverage rate ranging from 67% to 0% from the edge to the center.
  • the width of the grating 11 is 30 mm at the side edges and 20 mm at the longitudinal edges.
  • the equivalent specific resistance drops to 131 ohms.
  • the layer is unmodified, that is to say that it is not associated with patterns.
  • the specific resistance is chosen equal to 277 ohms. Also, from input data that are the supply voltage at 230 V, the dimensions of the glass 1500x700 mm, desired heating temperatures equal to 25 ° C in the central area, and 35 ° C on average in the edge, it was achieved through the invention the corresponding cold door 400, adapting (decreasing) the equivalent specific resistance by adding appropriate conductive patterns at the edge and choosing the specific resistance of the unmodified central area.
  • FIG. 5 shows a plate warmer 500 according to a fifth embodiment of the invention.
  • the plate warmer 500 consists of a rectangular glass on which is deposited a layer of fluorine-doped tin oxide between two distributors 21, 22 arranged at the side edges.
  • the layer 10 On the layer 10 are deposited two networks for example identical 1 1, 1 1 'silver enamel pads 1 15, 1 15', these forming circles centered and heated to maintain cooked dishes or food warm.
  • the equivalent specific resistance drops to 31 ohms with a coverage rate of
  • the specific resistance of the non-functional zone 12 of the layer 10 is chosen equal to 62 ohms.
  • the invention makes it possible to obtain products from other input data chosen from among the dimensions and / or the temperature and / or the power and / or the supply voltage, provided that at least the one of these parameters remains free.
  • the invention can also be applied when the distributors are arranged on adjacent edges or on the same side. Distributors can also be bent.
  • the invention can also be applied when the substrate has a trapezoidal or semi-circular shape.

Abstract

L'invention se rapporte à une structure chauffante électrique (100) comprenant un substrat (1), un élément chauffant présentant une résistance spécifique donnée et qui comprend une couche électriquement conductrice (10) déposée sur l'une des faces du substrat et alimentée électriquement, l'élément chauffant comprenant un réseau (11) de motifs (111) en liaison fonctionnelle avec la couche électriquement conductrice.

Description

STRUCTURE CHAUFFANTE ELECTRIQUE
La présente invention se rapporte à une structure chauffante électrique et plus précisément concerne une structure chauffante électrique comprenant un substrat, un élément chauffant présentant une résistance spécifique donnée et qui comprend une couche électriquement conductrice déposée sur l'une des faces du substrat et alimentée électriquement.
Les vitrages chauffants électriques sont généralement composés d'une feuille de verre munie sur l'une de ses faces d'un élément chauffant électrique utilisé en tant que tel ou ayant une fonction anti-buée et/ou anti-givre.
L'élément chauffant est parfois obtenu en déposant sur la feuille de verre une composition conductrice de type émail sous forme d'une suspension des particules métalliques comme l'argent et de fritte de verre dans un liant organique, dépôt réalisé par pulvérisation, par enduction au rouleau ou au rideau, ou encore par sérigraphie et en soumettant le verre ainsi revêtu à une cuisson à une température de l'ordre de 500 à 650°C. Il existe, par exemple, des plaques chauffantes se présentant sous forme d'une piste conductrice sinueuse en créneaux étroits et allongés.
Cependant, avec de telles structures chauffantes l'homogénéité de chauffe dans une zone donnée est mal contrôlée. En outre, si la piste est interrompue, l'élément chauffant est hors service. Par ailleurs, l'épaisseur d'émail est critique et difficilement ajustable, de même que la largeur de la piste doit être maintenue constante sur toute sa longueur ce qui est contraignant et difficile à réaliser. Enfin, la résistance doit être ajustée à chaud en tenant compte d'un facteur de correction.
Alternativement, l'élément chauffant est une couche transparente électriquement conductrice et présentant une résistance électrique convenable par exemple une couche renfermant un oxyde métallique tel que l'oxyde d'étain dopé au fluor qui présente une résistance spécifique ou résistance par carré R1 typiquement de 10 à 15 ohms.
Cette couche mince est connectée à des éléments de raccordement électrique aux câbles d'amenée de courant, ces éléments étant appelés pièces de connexion ou cosses d'amenée du courant ou bandes distributrices ou « bus bars », lesquels sont disposés généralement sur deux cotés opposés de la couche. Ces éléments sont désignés ci-après plus simplement par « distributeurs ». Ces distributeurs se présentent par exemple sous forme lamelles métalliques (par exemple sous forme de clinquants de cuivre étamé) fixées par exemple par soudage ou collage sur un vitrage ou sous forme de bandes métalliques sérigraphiées.
La résistance électrique globale R d'un l'élément chauffant à couche dépend des dimensions de la structure et est donnée par la formule suivante :
R=FM *D/L dans laquelle L correspond à la longueur du distributeur et D la distance entre les distributeurs.
Le document EP0936022A2 propose un vitrage chauffant électrique divisé en deux parties séparées par une coupure longitudinale s'étendant d'un distributeur à l'autre afin d'ajuster la résistance électrique globale. Toutefois, pour une puissance donnée et/ou pour une taille donnée et/une tension d'alimentation donnée, la réalisation d'une telle coupure ne suffit pas toujours pour obtenir les caractéristiques de chauffe spécifiées.
L'invention a pour but de proposer une structure chauffante électrique garantissant, en fonction des besoins, une homogénéité de chauffe au moins sur une zone donnée et/ou une ou des hétérogénéités de chauffe maîtrisées, et également capable de fonctionner sur une large de gamme de tailles.
A cet effet, l'invention propose une structure chauffante électrique comprenant :
- un substrat, - un élément chauffant présentant une résistance spécifique donnée et qui comprend une couche électriquement conductrice déposée sur l'une des faces du substrat et alimentée électriquement, l'élément chauffant comprenant un réseau de motifs en liaison fonctionnelle avec la couche électriquement conductrice. Le couplage couche conductrice et réseau de motifs selon l'invention rend possible, selon les cas, soit un fin ajustement de la résistance spécifique - et donc de la résistance globale - soit un ou des ajustements de la résistance spécifique équivalente de(s) zones (pré)déterminée(s), ceci indépendamment du facteur de forme de la surface D/L.
Ainsi, en élargissant la gamme réalisable de résistance(s) spécifique(s), l'invention permet d'aboutir facilement et simplement aux caractéristiques de chauffes souhaitées pour une gamme étendue de produits de différentes tailles et dans des applications diverses.
On peut ainsi choisir de réaliser des motifs conducteurs pour obtenir une zone plus chaude - de résistance spécifique équivalente inférieure à celle d'une simple couche uniforme - ou des motifs d'isolation pour obtenir une zone plus froide de résistance spécifique équivalente supérieure à celle d'une simple couche uniforme.
Par exemple, si l'on recherche une valeur élevée de résistance spécifique, une couche uniforme choisie très mince poserait des problèmes d'homogénéité de chauffe. Le réseau de motifs selon l'invention permet d'adapter la résistance avec une couche d'épaisseur acceptable.
Inversement, si l'on recherche une valeur faible de résistance spécifique, les couches conductrices connues ne permettent pas seules d'atteindre des valeurs de résistance spécifique faibles par exemple inférieures à 10 ohms notamment lorsqu'une zone de visibilité est nécessaire car au-delà d'une certaine épaisseur elles deviennent opaques et/ou lorsque la résistance mécanique et/ou la résistance à l'air est requise. Le réseau de motifs selon l'invention permet d'adapter la résistance spécifique avec une couche d'épaisseur limitée, avec une possibilité de garder une transparence partielle et/ou de conserver le cas échéant une grande robustesse. Aussi, le réseau de motifs selon l'invention sert dans de nombreuses configurations :
- afin de modifier la couche existante qui serait inadaptée pour la température de chauffe souhaitée de par sa résistance carrée incorrecte,
- afin de corriger une couche existante « imparfaite », par exemple en cas d'épaisseur mal connue ou contrôlée,
- afin de créer des zones de chauffe différenciées et contrôlées, notamment par adaptation de la résistance spécifique équivalente dans une zone de la couche avec ledit réseau de motifs et par adaptation de la résistance spécifique dans une zone de la couche sans réseau dite zone non modifiée.
Le réseau de motifs peut servir pour créer une température homogène sur la surface, ou des puissances surfaciques différenciées, ou des températures différenciées qui sont des températures de chauffe ou une température de chauffe et une température dans une zone non fonctionnelle.
Dans la présente description, on entend par réseau de motifs selon l'invention, par opposition à un arrangement aléatoire de motifs variés, une répétition (quasi) périodique d'un motif géométrique donné ou d'un motif similaire ou équivalent (en surface), la périodicité étant définie comme la distance entre le centre de deux motifs adjacents.
Le réseau peut être unidimensionnel (une seule période) et de préférence bidimensionnel (deux périodes).
Le réseau peut aussi être multiple et combiner ainsi plusieurs formes de motifs géométriques, par exemple sous forme de réseaux entrecroisés, de même que la taille du motif géométrique peut être variable.
La structure chauffante peut comprendre un élément chauffant selon l'invention sur chaque face du substrat, avec un design identique ou distinct.
Par ailleurs, le substrat peut aussi recevoir un revêtement ayant une autre fonctionnalité. Il peut s'agir d'un revêtement à fonction de blocage des rayonnements de longueur d'onde dans l'infrarouge (utilisant par exemple une ou plusieurs couches d'argent entourées de couches en diélectrique, ou des couches en nitrures comme TiN ou ZrN ou en oxydes métalliques ou en acier ou en alliage Ni-Cr), à fonction bas-émissive (par exemple en oxyde de métal dopé comme SnO2:F ou oxyde d'indium dopé à l'étain ITO ou une ou plusieurs couches d'argent), anti-buée (à l'aide d'une couche hydrophile), anti-salissures (revêtement photocatalytique comprenant du TiO2 au moins partiellement cristallisé sous forme anatase), ou encore un empilement anti-reflet du type par exemple Si3N4ZSiO2ZSi3N4ZSiO2. Dans un mode de réalisation préféré, les motifs présentent une forme arrondie.
Cette forme, choisie par exemple circulaire, ovale ou elliptique, assure la meilleure homogénéité possible de la répartition de la densité de courant dans la zone portant le réseau, le nombre de points chauds (« hots spots ») étant plus nombreux avec des formes en pointes.
On peut choisir par exemple une structure chauffante avec un réseau de motifs tel que les lignes de courant de chauffe sont principalement rectilignes « macroscopiquement » au sens où les lignes ne sont pas déviées par les multiples coupures. Ainsi, le réseau ne modifie pas substantiellement le parcours du courant cela évite ainsi de réaliser un travail de simulation afin d'obtenir le résultat thermique souhaité, notamment en terme d'homogénéité par rapport à la géométrie du substrat. De préférence, les motifs peuvent avoir une dimension maximum de 5 mm, encore plus préférentiellement entre 0,5 et 3 mm pour limiter des points chauds susceptibles de générer des casses thermiques notamment pour les équipements électroménagers tels que des radiateurs.
Selon une caractéristique, les motifs peuvent être disposés en quinconce, formant ainsi des lignes de courant distribuées uniformément.
Les centres de quatre motifs adjacents peuvent être placés aux quatre sommets d'un carré ou d'un losange.
Les motifs peuvent être par exemple arrangés suivant des lignes parallèles à des distributeurs disposés à des côtés opposés de la couche, sur les bords latéraux ou longitudinaux du substrat.
Le réseau de motifs peut couvrir une surface donnée, le taux de couverture de la surface étant compris de préférence entre 5 et 70%; encore plus préférentiellement entre 10% et 40% en particulier lorsque le réseau couvre une grande surface. On ajuste donc le taux de couverture - correspondant à la surface totale de tous les motifs sur la surface totale occupée par le réseau de motifs - en fonction de la résistance spécifique équivalente souhaitée.
A titre d'exemple, à partir d'un réseau de motifs conducteurs (par exemple points d'argents de diamètre 1 mm et distants de 2,1 mm) sur une couche d'étain dopée fluor de résistance R1 propre égale à 10 ohms et ayant un taux de couverture égal à 5 ou 17%, on obtient une résistance spécifique équivalente R1 adaptée de 9,5 et 7,5 ohms respectivement.
Egalement à titre d'exemple, à partir d'un réseau de motifs correspondant à des trous par exemple circulaires réalisés dans une couche d'étain dopée fluor de résistance R1 propre égale à 10 ohms et ayant un taux de couverture égal à 13 ou de 30%, on obtient une résistance carré R1 équivalente adaptée de 12,5 et 20 ohms respectivement. On obtient les mêmes résultats avec des anneaux ayant un diamètre externe identique aux trous. Dans un mode de réalisation avantageux, la dimension maximum des motifs diminue en direction d'une zone non modifiée de la couche de préférence progressivement.
On entend par zone non modifiée, une zone de couche non associée à un réseau de motifs. Cette diminution permet par exemple d'obtenir une zone de chauffe avec un effet de gradient thermique maîtrisé et ainsi qu'une transition douce avec la zone non modifiée
On peut choisir de réaliser un dégradé de motifs conducteurs pour obtenir une zone plus chaude avec un maximum de chauffe par exemple sur des bords du substrat et/ou un dégradé de motifs d'isolation pour obtenir une zone plus froide.
Au moins certains des motifs peuvent être des discontinuités isolantes formées dans au moins une zone de la couche.
On crée ainsi localement des chicanes pour le flux de courant au moyen de trous dans la couche ou de motifs d'isolation locale de la couche donnant des ilôts conducteurs.
Ceci permet d'augmenter la résistance carrée équivalente, par exemple pour obtenir une zone plus froide et/ou une température souhaitée.
De préférence, au moins certaines des discontinuités isolantes des peuvent être des anneaux, par exemple obtenus par ablation laser, et/ou des disques, obtenus par exemple par gravure chimique.
Les anneaux peuvent être suffisamment fins - assimilables à des cercles- pour être quasi invisibles à l'œil nu, par exemple de taille inférieure ou de l'ordre du 100 μm. L'incidence sur l'esthétique (différence de couleur avec le substrat) voire sur la transparence (notamment avec un substrat de type verre) est alors à peine perceptible. Les discontinuités isolantes peuvent être des trous. On peut aussi envisager de remplir les trous par un isolant notamment coloré par exemple à des fins de décoration.
La structure ayant en position de fonctionnement une partie supérieure et une partie inférieure, le réseau comprenant les discontinuités isolantes peut être agencé dans la partie supérieure.
Une zone de chauffe moindre dans la partie supérieure permet d'homogénéiser la température en surface en position de montage, par exemple en contrant un effet de convection naturelle ou en diminuant la chauffe dans une zone supérieure moins sensible.
Au moins certains des motifs du réseau peuvent être des plots conducteurs présentant une conductibilité électrique supérieure à celle de la couche, les plots étant disposés sur au moins une zone de la couche.
Une alternative pour former un réseau avec des motifs conducteurs consiste à remplir des trous formés dans la couche conductrice par un matériau plus conducteur que cette dernière.
Les plots conducteurs peuvent être à base d'argent.
Dans une première configuration possible, les plots sont en émail à l'argent imprimé, par exemple sérigraphié, et cuit. Dans ce cas, les motifs peuvent aussi participer au décor.
Les particules d'argent sont préférées, notamment parce qu'elles présentent un rapport conductivité/coût avantageux. On peut aussi choisir un émail renfermant d'autres particules métalliques choisies parmi les particules de nickel, de zinc, de cuivre, de graphite ou de métaux précieux tels que l'or, le platine, ou le palladium.
Dans une variante, on pourrait choisir une résine époxy, polyimide, silicone, polyester ou polyacrylate renfermant des particules argent et cuite entre 100 à 200 °C.
L'émail est préféré en particulier si le substrat est un verre à tremper car l'émail peut supporter les températures requises pour la trempe thermique (température maximale de l'ordre de 650 °C).
Dans une deuxième configuration possible, les plots peuvent aussi être des portions de couche d'argent. Le substrat ayant en position de fonctionnement une partie supérieure et une partie inférieure, le réseau comprenant les plots conducteurs peut être agencé dans la partie inférieure, par exemple pour homogénéiser la température en surface en position de montage, en contrant l'effet de convection naturelle ou pour augmenter la chauffe dans une zone inférieure plus sensible.
Le réseau de motifs selon l'invention peut former une bande, de préférence disposée le long d'un bord du substrat.
Ce bord peut correspondre à une zone de la structure particulièrement sensible à la condensation, Le réseau de motifs selon l'invention peut aussi former un rond.
Ainsi, le réseau de motifs selon l'invention permet, avec les choix appropriés de la géométrie et de la taille des motifs, de créer une zone de chauffe différenciée non linéaire ce qui ne serait pas possible à partir la longue coupure de l'art antérieur. Selon une caractéristique avantageuse, l'élément chauffant étant formé d'au moins deux parties séparées l'une de l'autre par une zone isolante (par exemple une bande de substrat nu), le réseau de motifs est présent dans au moins l'une des deux parties.
De cette façon, on accroît ainsi encore les possibilités pour obtenir les caractéristiques de chauffe nécessaires en jouant à la fois sur le facteur de forme et sur la résistance spécifique. Les deux parties peuvent être identiques ou inégales.
Lorsqu'une seule extrémité de la zone isolante touche un distributeur, on joue doublement sur le facteur de forme en augmentant la distance D et en diminuant la longueur L.
Par ailleurs, le substrat peut être un substrat transparent et/ou ayant une bonne tenue thermique et/ou de faible épaisseur et/ou être décoratif, en fonction des besoins.
Par exemple, le substrat peut être une plaque de verre, vitrocéramique mais aussi une plaque de plâtre, de bois ou métallique.
En outre, un film chauffant flexible peut comporter la couche conductrice et le réseau de motifs selon l'invention et être disposé par exemple entre deux couches plastiques par exemple en polyester. Ce film chauffant protégé peut être en contact intime par l'intermédiaire d'adhésifs avec un isolant thermique placé au-dessus ainsi qu'avec un matériau décor placé au-dessous. Le film chauffant peut aussi être inclus dans un module.
Un tel film chauffant, sert par exemple pour le chauffage technique par rayonnement, notamment de locaux (plafonds plâtre, plafond suspendu à base de module en bois, en PVC tendu...), ou pour l'électroménager, pour un sèche serviette, ou encore pour le dégivrage par exemple de tuyauterie, ou encore pour la mise hors gel de colis. Naturellement, l'emploi de plastique limite la température maximum d'utilisation et les technologies de fabrication de la couche et/ou du réseau de motifs.
Dans un mode de réalisation préféré, la structure chauffante électrique correspond à un vitrage chauffant électrique comprenant au moins une feuille de verre.
Le verre peut permettre un faible encombrement de la structure. Le verre peut être par exemple silicosodocalcique ou, en particulier pour les applications nécessitant une bonne tenue en température (corps de chauffe etc.), borosilicate. Le vitrage peut comprendre une ou plusieurs feuilles de verre et, éventuellement une ou plusieurs feuilles plastiques.
Il s'agit par exemple d'un vitrage monolithique comprenant une feuille de verre trempé ou d'un vitrage feuilleté comprenant au moins deux feuilles de verre séparées par un intercalaire plastique ou encore d'un vitrage blindé comprenant en outre au moins une feuille ayant les propriétés de blindage requises.
L'élément chauffant peut se trouver sur une face (ou les deux faces) d'une feuille de verre du vitrage et/ou, le cas échéant, se trouver sur ou être noyé dans un intercalaire plastique du vitrage.
Le vitrage peut être isolant sous vide, peut contenir un verre de sécurité. La structure peut être un panneau plan ou être bombée. La structure peut être un vitrage comportant au moins une zone de visibilité. Dans un mode de réalisation préféré, la structure peut former l'un des éléments suivants : un couvercle pour coffre réfrigéré, une partie vitrée pour armoire réfrigérée (porte ou paroi), une partie vitrée de vitrine comptoir.
La structure peut aussi former l'un des éléments suivants une partie vitrée pour étagère chauffante, un corps de chauffe pour radiateur ou panneau rayonnant, une façade chauffante pour sèche-serviette ou radiateur, une porte pour four, un chauffe-plat, un élément d'aménagement intérieur (paroi séparatrice, élément intégré à un module pour plafond, sol, cloison), un élément de chauffage par rayonnements pour bâtiment ou cellule technique, un élément pour la mise hors gel et/ou le maintien en température de produits sensibles.
On peut construire un radiateur tout verre comportant la structure électrique chauffante selon l'invention en guise de corps chauffe et d'une autre plaque de verre solidaire, en verre décoratif et haute résistance, de couleur au choix. Ce radiateur peut être fixé dans le sol, le mur ou un plafond ou mobile, sur pieds. Cet assemblage peut aussi servir de sèche-serviette.
On peut aussi construire un corps de chauffe hydride pour panneau rayonnant, lequel comprend une plaque métallique porteuse d'une résistance électrique classique et la structure selon l'invention sous forme d'une vitre monolithique chauffant. Par ailleurs, la couche conductrice peut être une multicouche.
La couche conductrice peut être une couche métallique suffisamment résistante électriquement ou une couche semi-conductrice.
La couche conductrice peut être la couche vendue par la société SAINT- GOBAIN sous le nom de « planitherm », dont la résistance carré est égale à 7 ohms environ, de préférence dans un vitrage feuilleté ou isolant ou un double vitrage.
Les méthodes de dépôts de la couche conductrice peuvent être tous moyens connus de l'homme du métier notamment des dépôts, par enduction d'une peinture, par voie poudre, par voie liquide, par « dip-coating », par « spin- coating », par « flow-coating », par pulvérisation « PVD » ou « CVD », ....
De manière avantageuse, ladite couche conductrice peut présenter une épaisseur (moyenne) inférieure ou égale à 1 μm, de préférence, inférieure ou égale à 500 nm.
La couche conductrice est de préférence à base d'un oxyde métallique, de préférence d'oxyde d'étain dopé au fluor, ou encore d'oxyde d'indium dopé à l'étain. De telles couches obtenues généralement par procédé de pyrolyse (par voie poudre, liquide ou CVD) sont choisies pour leur adhérence, leur stabilité, leur dureté, leur résistance mécanique et/ou à l'air.
On peut aussi choisir d'autres couches adaptées de la famille des « TCO » (pour transparent conductive oxyde en anglais).
La couche conductrice peut être déposée directement sur un substrat notamment verrier mais une sous-couche ou tout autre élément intermédiaire peut aussi être intercalé.
La structure peut bénéficier de l'émissivité orientée de l'oxyde d'étain dopé fluor (flux orienté vers la pièce) par exemple dans le cas d'une façade de radiateur.
D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention apparaissent à la lecture des exemples de dispositifs illustrés par les figures suivantes : • La figure 1 représente de façon schématique une façade chauffante de sèche serviette dans un premier mode de réalisation selon l'invention,
• La figure 2 représente de façon schématique un corps de chauffe de radiateur dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, • La figure 3 représente de façon schématique un coffre réfrigéré muni d'un couvercle chauffant électrique conformément à un troisième mode de l'invention,
• Les figures 4a et 4b représente de façon schématique une porte froide conformément à un quatrième mode de réalisation de l'invention,
• La figure 5 représente de façon schématique un chauffe-plat conformément à un cinquième mode de réalisation de l'invention.
On précise tout d'abord que par souci de clarté toutes les figures ne respectent pas rigoureusement les proportions entre les divers élément représentés. En outre, certains éléments des structures chauffantes électriques décrites ci-après (couche, réseau de motifs..), sont visibles du fait de la transparence du verre mais ne sont pas représentées par des pointillés par souci de clarté. Ces éléments sont repérables par des traits de référence en pointillés. La figure 1 représente une façade chauffante 100 de sèche serviette dans un premier mode de réalisation de l'invention.
La façade chauffante 100 est composée d'une feuille de verre 1 de 4 mm d'épaisseur dotée sur l'une de ses faces d'un élément chauffant composé d'une couche d'oxyde d'étain 10 dopée au fluor.
Les méthodes pour déposer sur un verre des couches minces conductrices ou semi- conductrices sont nombreuses. On connaît en particulier plusieurs moyens qui permettent de pyrolyser sur le verre chaud des sels organiques qui se transforment en oxydes conducteurs. Parmi ceux-ci, celui du brevet EP-O 125 153 permet de déposer une couche mince à base d'oxyde d'étain dopé au fluor sur du verre plat en continu entre la sortie d'un bain "float" et l'entrée dans l'étenderie de recuisson. Ce procédé permet de disposer de plaques de verre à couche transparente et conductrice de dimensions infinies pour un prix de revient réduit.
Le dépôt de la couche peut aussi être réalisé en reprise pour plus de flexibilité (choix de l'épaisseur, surépaisseur possible...) et aussi par d'autres techniques de dépôts.
Une première zone de la couche 10 comprend un réseau 1 1 d'anneaux 1 1 1 réalisés selon la technique connue d'ablation laser de façon à créer des îlots régulièrement répartis. Une deuxième zone 12 de la couche 10 reste uniforme. Les anneaux 1 1 1 sont disposés en lignes parallèles à deux bandes métalliques formant distributeurs 21 , 22 placées le long des bords latéraux de la feuille de verre 1 et connectées à la couche 10 et à des câbles électriques 31 , 32. De préférence, les anneaux ne sont pas en contact avec les bandes 21 , 22. En outre, les anneaux 11 1 sont disposés en quinconce pour éviter les points chauds. L'épaisseur de l'anneau 1 11 est de l'ordre de 100 μm, le diamètre externe est égal à 1 mm. Le taux de couverture est de 30%. La largeur de la première zone est de 0,28 mm contre 0,70 mm pour la deuxième zone 12.
Avec un tel réseau, le courant n'est pas dévié et le chauffage reste sensiblement homogène dans chaque zone. Après montage, la façade est en position de fonctionnement dans le sens de la longueur, et est par exemple verticale. Toute chose égale par ailleurs, si la couche 10 était uniforme, l'écart de température lié à l'effet de convection naturelle serait de l'ordre de 15°C (80°C pour la partie supérieure, 65 °C pour la partie inférieure).
Le réseau 1 1 est disposé dans la partie supérieure de la façade 100 pour réduire dans cette zone la température de chauffe, ce qui permet de compenser sensiblement l'écart de température.
La distance D entre les distributeurs étant de 980 mm et la largeur L des distributeurs étant de 380 mm, la résistance spécifique équivalente de cette première zone est adaptée à une valeur de 65 ohms pour obtenir une température de chauffe théorique de 62°C. Sa puissance surfacique est de 849 W/m2.
La résistance spécifique de la deuxième zone 12 est choisie égale à une valeur de 45 ohms pour obtenir une température de chauffe théorique de 76°C. Sa puissance surfacique est de 1226 W/m2.
Aussi, à partir de données d'entrée que sont la tension d'alimentation à 230 V, les dimensions du verre à 1000x400 mm et une température homogène souhaitée égale à 70°C environ sur toute la surface, on a réalisé grâce à l'invention la façade chauffante 100 correspondante avec une température réelle sur toute la surface de 69°C, en adaptant (augmentant) la résistance spécifique équivalente par gravure de cercles judicieusement positionnés dans la zone haute ainsi que la résistance spécifique de la zone non modifiée basse.
Cette façade chauffante peut être complétée par une barre ajustée à la hauteur désirée afin de supporter une serviette. Cette façade peut aussi servir telle quelle de façade chauffante de radiateur.
La figure 2 représente un corps de chauffe 200 de radiateur dans un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Le corps de chauffe 200 est composé d'une feuille de verre 1 de 4 mm dotée sur l'une de ses faces d'un élément chauffant composé d'une couche d'oxyde d'étain dopée au fluor 10 d'épaisseur 500 n m d'environ donnant une résistivité spécifique de 10 ohms. L'élément chauffant est divisé en deux parties séparées par une bande 4 de verre nu. La surface de la partie supérieure est supérieure à la surface de la partie inférieure de façon à créer deux zones de chauffe différenciée et de connecter les câbles électriques (non représentés) du même côté. En outre, sur la couche 10 est formé un réseau dédoublé 1 1 , 1 1 ' de plots 1 12 d'émail à base argent, sérigraphié et cuit.
Les plots 112 sont disposés en lignes parallèles à deux bandes métalliques formant distributeurs 21 , 22 placées au niveau des bords latéraux de la feuille de verre et connectées à la couche 10. la longueur du distributeur 21 dans la partie supérieure (inférieure) et de 150 mm (respectivement 120 mm).
Une seule extrémité de la zone isolante touchant un distributeur 21 , on joue doublement sur le facteur de forme en doublant la distance D et en diminuant la largeur L. Le diamètre des plots 1 12 est d'1 mm et la distance entre le centre de deux plots adjacents est de 2,1 mm Les plots sont une épaisseur de 10 μm environ, la précision sur l'épaisseur n'étant pas critique. Une correction à chaud n'est pas indispensable étant donné la grande différence de résistance entre l'argent et l'oxyde d'étain. Le taux de couverture est de 17,5%. Ce réseau 11 , 11 ' permet de descendre la résistance spécifique à 7,5 ohms de façon à obtenir une puissance globale de 600 W.
Avec un tel réseau, le courant i n'est pas sensiblement dévié dans les parties inférieure et supérieure et le chauffage reste sensiblement homogène sur toute la surface. Aussi, à partir de données d'entrée que sont la tension d'alimentation à
230 V, les dimensions du verre à 770x270 mm, une connexion du même côté demandée, une puissance de chauffe à 600 W, et deux puissances surfaciques différenciées respectivement de 2800 W/m2 et 4200 W/m2 on a réalisé grâce à l'invention le corps de chauffe 200 correspondant, en adaptant (diminuant) la résistance spécifique équivalente sur toute la surface par ajout de motifs conducteurs appropriés et en positionnant correctement une coupure partielle.
L'invention trouve également son application dans des parois d'enceintes climatiques.
Ainsi, lorsque des produits - froids ou congelés - conservés dans une enceinte réfrigérée doivent rester visibles comme c'est le cas dans de nombreux locaux commerciaux actuels, on équipe une enceinte réfrigérée de parties vitrées qui la transforment en une "vitrine" réfrigérée dont la dénomination commune est
"meuble frigorifique de vente". Il existe plusieurs variantes de ces "vitrines". Certaines ont la forme d'armoire et alors, c'est la porte elle- même qui est transparente, d'autres constituent des coffres et c'est le couvercle horizontal qui est vitré pour permettre l'observation du contenu et encore d'autres constituent des vitrines comptoirs et c'est la partie qui sépare le public des marchandises qui est vitré. Quelle que soit la variante de ces "vitrines", il est possible également de réaliser des parois vitrées afin que l'ensemble du contenu soit visible de l'extérieur.
Dans ces types de présentoirs, il est nécessaire que les marchandises restent parfaitement visibles de la clientèle afin qu'il soit possible de présélectionner les marchandises sans ouvrir la "vitrine". En conséquence, il faut éviter que les parties vitrées des "vitrines" ne se couvrent de condensation.
La présence d'eau de condensation ou de givre présente des inconvénients : réduction du champ de vision au travers de l'élément vitré, apparition de moisissures, formation de flaques sur le sol, transfert d'humidité sur la peau, présence d'auréoles sur les vêtements, risque de "collage" de la peau sur les parties givrées, ...
La figure 3 représente un coffre réfrigéré 300 muni d'un couvercle chauffant électrique 310 conformément à un troisième mode de l'invention.
Les parois longitudinales 51 du coffre 300 sont rectangulaires et les parois latérales sont courbées 52, 53 et reçoivent le couvercle 310 .composé de deux parties coulissantes 311 , 311 ' en verre monolithique 1 , 1 ' bombé et chauffant, de forme complémentaire aux parois 52, 53 respectivement.
Sur la face interne du verre 1 , 1 ' sont formés deux éléments chauffants chacun composés : - d'une couche d'oxyde d'étain dopée au fluor 10, 10' d'épaisseur choisie égale à 500 nm environ donnant une résistance spécifique de 10 ohms, - d'un réseau 1 1 , 1 1 ' de plots d'argent 1 13, 1 13' déposés sur une partie de la couche 10, 10', de largeur égale à 150 mm environ. Les plots 1 13, 1 13' sont disposés en lignes parallèles à deux bandes métalliques formant distributeurs 21 à 22' placées au niveau des bords latéraux du verre 1 , afin d'éviter de nuire à la visibilité, et connectées à la couche 10, 10' pour son alimentation. Les distributeurs 21 à 22' sont distants de 400 mm. Le diamètre des plots 1 13, 1 13' est d'1 mm et la distance entre le centre de deux plots adjacents est de 2,1 mm. Le taux de couverture est de 17 %.
Situé sur une partie inférieure du couvercle 310 qui est la plus sensible à la condensation, chaque réseau 1 1 , 1 1 ' permet de chauffer préférentiellement cette partie, la température dans cette zone étant ajustée à 40°C. A cet effet, on fait chuter la résistance spécifique équivalente de l'élément chauffant à 7,5 ohms.
Dans une variante non représentée, on peut prévoir dans la zone supérieure 12, 12' la moins critique - large de 300 mm -, la réalisation d'un réseau de trous ou de motifs d'isolation de couche par découpe laser ou gravure chimique.
Aussi, à partir de données d'entrée que sont la tension d'alimentation à 24 V, les dimensions du verre de 400x450 mm, des températures de chauffe souhaitées égales à 40°C dans la partie inférieure, et 35°C dans la partie supérieure, on a réalisé grâce à l'invention le couvercle chauffant 310 correspondant, en adaptant (diminuant) la résistance spécifique équivalente par ajout de motifs conducteurs appropriés dans la zone de couche inférieure ainsi qu'en choisissant la résistance spécifique de la zone de couche supérieure non modifiée.
Par ailleurs, dans certains vitrages, la condensation peut apparaître sur le verre et aussi sur le cadre qui supporte le vitrage, surtout s'il est métallique et donc apte à former un pont thermique.
Du fait de leur exposition au froid, le pourtour du vitrage, moins isolé que le reste de la surface vitrée, et les éléments supportant le vitrage se trouvent extérieurement à une température plus inférieure que celle de l'air ambiant, ce qui engendre de la condensation à la fois sur le verre et sur le support.
Pour remédier à ces inconvénients, il est également connu de chauffer l'élément vitré au moyen d'un cordon métallique périphérique dissimulé dans le cadre supportant la paroi vitrée. Ce cordon ne donne cependant pas toute satisfaction : - il est peu modulable du fait que sa longueur dépend entièrement de la dimension du vitrage,
- sa mise en œuvre est longue car il est nécessaire de ménager une gorge parfaitement calibrée dans l'épaisseur du joint de scellement des feuilles de verre,
- la surface de contact entre le cordon et le cadre étant faible, le rendement de chauffage est faible, et
- étant donné qu'il est alimenté par un courant électrique de tension élevée on doit impérativement lui associer un dispositif de sécurité qui coupe le circuit en cas de bris accidentel du vitrage.
Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose une porte pour enceinte réfrigérée ou porte froide telle que représentée en figures 4a et 4b dans un quatrième mode de réalisation de l'invention. La porte froide 400 est composée d'un vitrage multiple rectangulaire 1 renfermant au moins deux feuilles de verres séparées par une lame d'air ou sous vide et avec intercalaire périphérique qui engendre des phénomènes de ponts thermiques.
Seul est représenté la partie visible de la porte (hors feuillure et encadrement).
Sur la face interne de la feuille de verre extérieure 1 est déposée une couche d'oxyde d'étain dopée au fluor "l Oentre deux distributeurs 21 , 22 disposés au niveau des bords latéraux.
En bordure de la partie visible, un réseau 1 1 de plots d'émail à base d'argent 1 14 est déposé sur la couche 10 afin de renforcer la chauffe dans cette zone périphérique plus sensible. Ce chauffage localisé peut permettre de supprimer le cordon chauffant précédemment évoqué.
Comme montré en figure 4b, le réseau de motifs 1 1 est formé d'un dégradé de plots d'argent 114 disposés en lignes parallèles et dont la taille diminue en allant vers le centre du vitrage, on obtient ainsi un gradient de température ayant une efficacité ciblée et avec un effet esthétique.
Le diamètre des points 1 14, varie de 2 mm à 0,5 mm pour un taux de couverture allant de 67% jusqu'à 0% du bord vers le centre. La largeur du réseau 11 est de 30 mm au niveau des bords latéraux et de 20 mm au niveau de bords longitudinaux. La résistance spécifique équivalente chute à 131 ohms.
Dans la partie centrale 12, la couche est non modifiée c'est-à-dire qu'elle n'est pas associée à des motifs. Dans cette zone non modifiée 12, la résistance spécifique est choisie égale à 277 ohms. Aussi, à partir de données d'entrée que sont la tension d'alimentation à 230 V, les dimensions du verre de 1500x700 mm, des températures de chauffe souhaitées égales à 25°C dans la zone centrale, et 35°C en moyenne dans la bordure, on a réalisé grâce à l'invention la porte froide 400 correspondante, en adaptant (diminuant) la résistance spécifique équivalente par ajout de motifs conducteurs appropriés en bordure ainsi qu'en choisissant la résistance spécifique de la zone centrale non modifiée.
La figure 5 représente un chauffe-plat 500 conformément à un cinquième mode de réalisation de l'invention. Le chauffe-plat 500 est constitué d'un verre rectangulaire sur lequel est déposée une couche d'oxyde d'étain dopée au fluor 10 entre deux distributeurs 21 , 22 disposés au niveau des bords latéraux.
Sur la couche 10 sont déposés deux réseaux par exemple identiques 1 1 ,1 1 ' de plots d'émail à base d'argent 1 15, 1 15', ces derniers formant des ronds centrés et chauffants pour maintenir des plats cuisinés ou des aliments au chaud. La résistance spécifique équivalente chute à 31 ohms avec un taux de couverture de
51 %.
La résistance spécifique de la zone non fonctionnelle 12 de la couche 10 est choisie égale à 62 ohms.
Aussi, à partir de données d'entrée que sont la tension d'alimentation à 230 V, un diamètre de ronds de 200 mm, une distance entre collecteurs de
800 mm, les températures» souhaitées égales à 80°C de la zone non fonctionnelle et 120°C dans les zones fonctionnelles, on a réalisé grâce à l'invention le produit
500 correspondant, en adaptant (diminuant) la résistance spécifique équivalente par ajout de motifs conducteurs appropriés dans des zones fonctionnelles ainsi qu'en choisissant la résistance spécifique de la zone non fonctionnelle sans motifs.
Il est également possible de concevoir une étagère chauffante avec des températures variables en fonction du type d'aliment à maintenir au chaud ou bien en fonction de la géométrie chauffante souhaitée. L'invention permet aussi d'obtenir des produits à partir d'autres données d'entrées choisies parmi les dimensions et/ou la température et/ou la puissance et/ou la tension d'alimentation, du moment qu'au moins l'un de ces paramètres reste libre. L'invention peut aussi bien s'appliquer lorsque les distributeurs sont disposés sur des bords adjacents ou sur un même côté. Les distributeurs peuvent en outre être courbés.
L'invention peut aussi bien s'appliquer lorsque le substrat a une forme trapézoïdale ou semi-circulaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure chauffante électrique (100, 200, 310, 400, 500) comprenant : - un substrat (1 ),
- un élément chauffant présentant une résistance spécifique donnée et qui comprend une couche électriquement conductrice (10) déposée sur l'une des faces du substrat et alimentée électriquement, caractérisée en ce que l'élément chauffant comprend un réseau (1 1 ) de motifs (1 1 1 à 1 15) en liaison fonctionnelle avec la couche électriquement conductrice.
2. Structure chauffante électrique (100, 200, 310, 400, 500) selon la revendication 1 caractérisée en ce que les motifs (1 1 1 à 1 15) présentent une forme arrondie.
3. Structure chauffante électrique (100, 200, 310, 400, 500) selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que les motifs (1 11 à 1 15) ont une dimension maximum de 5 mm, de préférence entre 0,5 et 3 mm.
4. Structure chauffante électrique (100, 310 à 500) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que les motifs (1 11 , 1 13 à 1 15) sont disposés en quinconce.
5. Structure chauffante électrique (100, 200, 310, 500) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le réseau (1 1 , 1 1 ') de motifs couvrant une surface donnée, et le taux de couverture de la surface est compris entre 5 et 70 %, de préférence entre 10% et 40%.
6. Structure chauffante électrique (400) selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que des motifs (1 14) ont une dimension maximum diminuant en direction d'une zone non modifiée de la couche (12), de préférence progressivement.
7. Structure chauffante électrique (100) selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'au moins certains des motifs (1 1 1 ) sont des discontinuités isolantes formées dans au moins une zone de la couche.
8. Structure chauffante électrique (100) selon la revendication 7 caractérisée en ce qu'au moins certaines des discontinuités isolantes sont des anneaux (11 1 ) de préférence de largeur de l'ordre de 100 μm ou moins et/ou des disques.
9. Structure chauffante électrique (100) selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisée en ce que, le substrat ayant en position de fonctionnement une partie supérieure et une partie inférieure, le réseau comprenant les discontinuités isolantes (1 1 ) est agencé dans la partie supérieure.
10. Structure chauffante électrique (200, 310, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'au moins certains des motifs sont des plots conducteurs (1 12 à 1 15') présentant une conductibilité électrique supérieure à celle de la couche, les plots étant disposés sur au moins une zone de la couche (10).
1 1. Structure chauffante électrique (200, 310, 400, 500) selon la revendication 10 caractérisée en ce que les plots conducteurs (1 12 à 1 15') sont à base d'argent.
12. Structure chauffante électrique (200, 310 à 400) selon l'une des revendications 10 ou 1 1 caractérisée en ce que, la structure ayant en position de fonctionnement une partie supérieure et une partie inférieure, le réseau (1 1 ) comprenant les plots conducteurs (1 12 à 1 15') est agencé dans la partie inférieure.
13. Structure chauffante électrique (400) selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisée en ce que le réseau de motifs (1 1 ) forme une bande.
14. Structure chauffante électrique (500) selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisée en ce que le réseau de motifs (1 1 , 11 ') forme un rond.
15. Structure chauffante électrique (200) selon l'une des revendications 1 à 14 caractérisée en ce que l'élément chauffant étant formé d'au moins deux parties séparées l'une de l'autre par une zone isolante électriquement (4), le réseau de motifs (1 1 , 1 1 ') est présent dans au moins l'une des deux parties.
16. Structure chauffante électrique (100, 200, 310, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 15 caractérisée en ce qu'elle correspond à un vitrage chauffant électrique comprenant au moins une feuille de verre.
17. Structure chauffante électrique (100, 200, 310, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 16 caractérisée en ce qu'elle correspond à l'un des éléments suivants : un corps de chauffe (200) pour radiateur ou panneau rayonnant, une façade chauffante (200) pour sèche-serviette ou radiateur, une porte pour four, une partie vitrée pour étagère chauffante, un chauffe-plat (500), un élément d'aménagement intérieur, un élément de chauffage par rayonnements pour bâtiment ou cellule technique, un élément pour la mise hors gel et/ou le maintien en température de produits sensibles, un couvercle (310) pour coffre réfrigéré, une partie vitrée (400) pour armoire réfrigérée, une partie vitrée de vitrine comptoir.
18. Structure chauffante électrique (100, 200, 310, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 17 caractérisée en ce que la couche conductrice est à base d'un oxyde métallique, de préférence d'oxyde d'étain dopé au fluor.
19. Structure chauffante électrique (100, 200, 310, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 18 caractérisée en ce que la couche conductrice présente une épaisseur inférieure ou égale à 1 μm.
20. Structure chauffante électrique (100, 310, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 19 caractérisée en ce que le réseau de motifs sert pour créer des zones de chauffe différenciées par adaptation de la résistance spécifique équivalente dans une zone de la couche avec ledit réseau de motifs et par adaptation de la résistance spécifique dans une zone de la couche sans réseau dite zone non modifiée.
21. Structure chauffante électrique (100, 200, 310, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 20 caractérisée en ce que le réseau de motifs sert pour créer une température homogène sur la surface, ou des puissances surfaciques différenciées, ou des températures différenciées.
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