EP4152890A2 - Electrical heating device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of electric heating devices comprising a block for imparting thermal inertia to the heating device.
- the object of the invention is in particular to provide an electric heating device making it possible to solve at least some of the aforementioned problems of the prior art.
- ultra-high-performance fiber-reinforced concrete also called UHPFRC
- UHPFRC ultra-high-performance fiber-reinforced concrete
- Graphene is a material made up of one or more two-dimensional sheets. Each sheet is made up of carbon atoms and each sheet is only one carbon atom thick.
- the electrical resistor is formed from 1 to 249 sheets of graphene, thus forming a very fine resistor from 1 to 249 crystalline layers.
- Graphene oxide consists of a plurality of 1 to 249 two-dimensional carbon atom sheets with the presence of oxygen atoms (i.e. 1 to 249 crystal layers exclusively), carbon atoms oxygen are present therein in the form of epoxide and/or carbonyl and/or carboxyl and/or hydroxyl and/or hydroxyl bonds.
- UHPC has a high mechanical resistance, it also makes it possible to produce particularly fine / slender / aesthetic / custom-made shapes.
- the block can take the form of a very long plate having a small thickness to increase the heat exchange surface while controlling the weight of the heating device.
- the ultra-high performance fiber-reinforced concrete block can be devoid of internal reinforcement, which facilitates its implementation by molding.
- the ultra-high performance fiber-reinforced concrete block can be used directly as the facade of the heating device because it allows a variety of finishes (choice of smooth, satin, glossy finishes, possibility of adding colors / pigments or texture games).
- ultra-high performance fiber concrete and graphene and/or graphene oxide exhibit excellent heat transfer capability by contact conduction.
- the ultra-high performance fiber-reinforced concrete block has very good thermal inertia, it allows the diffusion of heat long after the electrical power supply to the resistor has been stopped.
- the heater resistor is particularly durable.
- the mechanical connection by adhesion of the resistance against the block is also particularly durable.
- the graphene / graphene oxide resistor is less expensive to manufacture than a metal-based resistor.
- the invention also relates to a method of manufacturing a heating device according to any one of the embodiments of the heating device according to the invention described and/or claimed in the present patent application.
- said first heating resistor is formed by applying to the block a liquid mixture containing a liquid solvent and containing graphene or graphene oxide or a combination of graphene and graphene oxide and by removing the solvent contained in the mixture thus applied to the block to form a rigid material constituting the first heating resistor.
- the first thermal resistor is formed directly against the fiber-reinforced concrete block, which facilitates the manufacture of the heating device which does not have assembly means between the resistor and the block.
- the graphene or graphene oxide resistor is deposited by applying to the block a mixture comprising a solvent, and either graphene, or graphene oxide, or a mixture of graphene and oxide of graphene.
- This solvent can for example be an aqueous or organic solvent.
- said at least one first resistor is directly formed on the surface of the block that carries it.
- the mixture containing the liquid solvent can also contain at least one surfactant in order to improve the solubilization of graphene and/or graphene oxide in the mixture.
- the surfactant is chosen to have a hydrophilic/hydrophobic balance of between 18 and 20.
- the graphene or graphene oxide crystals are then present against the first surface of the block to form said at least a first heating resistor / resistive layer.
- Said at least one block 1 is made of a material comprising ultra-high performance fiber-reinforced concrete and said at least one first electric heating resistor 2 is made of a material which contains graphene or graphene oxide or a mixture of graphene and graphene oxide.
- the first resistor 2 is in contact against at least a first surface of the block 1 (in this case a rear face of the block 1).
- Block 1 carries this at least one heating resistor 2 and electric heating device 0 comprises at least first and second electrodes 3a, 3b connected electrically to each other via said at least one first heating resistor 2.
- ultra-high performance fiber-reinforced concrete is a material with a cementitious matrix, reinforced with fibers and offering a compressive strength greater than 100 MPA, usually between 100 and 400 MPA.
- said fibers have diameters of between 0.1 and 0.3 mm and lengths of between 10 and 20 mm.
- the cement contained in the UHPFRC of the block also has a minimum particle size which is greater than or equal to 5 ⁇ m.
- Effective water is the total water added to make the mix minus the water absorbed by the aggregates.
- the equivalent binder is called, according to standard NF EN 206/CN, the dosage of cement + the quantity of additions multiplied by an activity coefficient of the addition.
- the material constituting the first electric heating resistor 2 contains a binding substrate for binding together parts of said at least one first resistor which are made of graphene and/or graphene oxide.
- the constituent material of the first electric heating resistor 2 could contain ultra-high performance fiber-reinforced concrete serving as a binder.
- the UHPFRC contained in the first heating resistor constitutes a binding substrate for binding together the graphene or graphene oxide parts contained in said at least one first resistor, this concrete possibly, in this particular case, containing electrically conductive fibers.
- the graphene, graphene oxide or mixture of graphene and graphene oxide contained in the material constituting the first electric heating resistor represents the majority of the volume of the material constituting said first heating resistor.
- the ultra-high performance fiber-reinforced concrete of block 1 has an electrical resistivity greater than 60,000,000 Ohm ⁇ m at 20° Celsius, whereas the value of the resistivity of electrical resistance 2 measured at 20° Celsius is less than 0.1 ohm ⁇ m and greater than 0.0005 ohm.m.
- the constituent material of the first heating resistor 2 which contains said graphene and/or said graphene oxide has a resistivity at 20° C. of between 0.1 and 0.0005 ohm.m. This makes it possible to obtain the usual heating powers for a radiator of standard dimensions, that is to say powers usually ranging from 800 to 15,000 Watts.
- the ultra-high performance fiber-reinforced concrete chosen to implement block 1 has a high electrical resistivity in order to support electrical resistance 2 while opposing the flow of electrical current via the block.
- the fibers of the ultra-high performance fiber-reinforced concrete of the block are preferably exclusively formed of fibers of electrically insulating material, that is to say having an electrical resistivity greater than 106 ⁇ m.
- the fibers are electrically insulating fibers, chosen from the group of fiber materials comprising glass fibers, basalt fibers, polyvinyl alcohol fibers, synthetic fibers, textile fibers, organic fibers.
- the heating device In order to give the heating device significant thermal inertia, it is preferably ensured that more than 80% of the total mass of the heating device 0 is made up of ultra-high performance fiber-reinforced concrete.
- said at least one first surface of block 1 against which electrical resistor 2 is in contact is a molded surface.
- block 1 by molding is particularly advantageous because it allows great freedom in the choice of the shape, color and texture of block 1 while limiting the manufacturing/production cost.
- block 1 can have an aesthetic surface directly visible from the outside of device 0 and a locally textured surface to promote the connection with resistor 2.
- one of the elements selected from block 1 and said at least one first resistor 2 can be molded against the other of these elements.
- the advantage of molding is to allow good adhesion of UHPFRC block 1 with heating resistor 2 while having continuous contact between these elements, which promotes heat transfer by conduction.
- said at least one first resistor 2 can be molded against the surfaces of each of said first and second electrodes 3a, 3b which allows good adhesion and good electrical conduction between these electrodes 3a, 3b and the heating resistor 2 .
- first and second electrodes could alternatively be welded, brazed or glued (by conductive glue) against the pre-existing first heating resistor 2, but this complicates the assembly of the heating device 0.
- said first electrode 3a can be placed between block 1 and a first contact surface belonging to said at least one first heating resistor 2 and said second electrode 3b can be placed between block 1 and a second contact surface belonging to said at least one first heating resistor 2.
- the assembly between the first and second electrodes 3a, 3b and block 1 can be carried out before assembling the first heating resistor 2 to block 1.
- This particular arrangement of the electrodes 3a, 3b can be transposed to the assembly between any electrode and any heating resistor, including in the embodiments where the device 0 comprises several heating resistors 2, 2b.
- said first electrode 3a can also be placed in a first recess formed in block 1 and said second electrode 3b can be placed in a second recess formed in block 1.
- the electrodes 3a, 3b can be taken in the thickness of the block 1 and they do not contribute to increase the thickness of the heater 0.
- the heating resistor 2 has a planar surface in continuous contact with the fiber-reinforced concrete block 1, the first and second contact surfaces which belong to the first heating resistor 2 are coplanar with each other to come into vis-à-vis the electrodes 3a, 3b which are arranged in the thickness of the block.
- the device 0 according to the invention is compact while having an excellent heat exchange surface between the first heating resistor 2 and the block 1.
- block 1 could be molded against each of the electrodes to facilitate the block/electrode mechanical connection.
- the electrodes 3a, 3b can be assembled with the previously molded block.
- first and second recesses made in the block to receive the respective first and second electrodes 3a, 3b could be formed by reservations during the molding of the block 1 or by machining the already hardened block (cutting or drilling).
- the assembly of the electrodes 3a, 3b with the block 1 can be done by gluing, screwing or riveting these electrodes while they are positioned in the first and second recesses formed in the block.
- a first portion of said at least one first heating resistor 2 is arranged between said first electrode 3a and block 1 and a second portion of said at least one first heating resistor 2 is arranged between said second electrode 3b and block 1, these first and second portions of said first electrode 2 being remote from each other.
- the electrodes 3a, 3b are affixed to the first resistor 2 after the latter has been fixed to the block 1.
- first and second electrodes are arranged along and opposite opposite longitudinal edges of the first heating resistor 2.
- the heating device 0 of the invention also comprises a layer 4 of thermally and electrically insulating material.
- the first heating resistor 2 is here fully arranged in a space, preferably sealed, defined between this layer of insulating material 4 and the block.
- the layer 4 of insulating material (here shown in dotted lines) is arranged on a rear side of the heating device 0 intended to be placed facing a wall of the room to be heated.
- Block 1 forms a front side of heating device 0 and it is intended to be oriented towards the interior of the part to be heated.
- a fixing interface 5 is attached to block 1 in order to be able to support it.
- This attachment interface 5 here extends from block 1 passing through a space facing layer 4, this space having a thickness equal to the thickness of layer 4 until it goes beyond this space to be able to be fixed against the wall of the room to be heated.
- fixing interface 5 can pass through this layer 4 or pass outside this layer by being opposite an edge of this layer 4.
- the fixing interface 5 takes the form of a pair of hooks which are, on one side, fixed flush in block 1 (here, block 1 is molded around each of the hooks) and which are, on the other hand, free to be hooked onto a fixing interface (not shown) secured to the wall.
- the attachment interface 5 attached to the block 1 makes it possible to fully support the block 1 via the attachment interface.
- Block 1 can be molded around a portion of fixing interface 5 to form the recessed connection between fixing interface 5 and block 1.
- the UHPFRC block 1 and the insulating layer 4 together define a sealed space in which the electrodes 3a, 3b and the first resistor are located. heater 2.
- the first heating resistor is protected which limits the electrical risks and the risks of its degradation.
- the layer of insulating material could be formed by a rock wool panel.
- the heating device 0 may also comprise a complementary plate 6 made of ultra-high performance fiber-reinforced concrete having an electrical resistivity greater than 60,000,000 Ohm ⁇ m at 20° Celsius, said first heating resistor (2) being entirely disposed in a space defined between this complementary plate 6 and said block 1.
- the thermal inertia of the heating device is thus increased by the fiber-reinforced concrete plate 6 which is in contact against the heating resistor 2.
- the resistor 2 could be preformed, for example by molding, then be placed in a mold where on one side of the resistor 2 is molded the block 1 and where, on the other side of the resistor 2, is molded complementary plate 6.
- plate 6 could be attached against resistance 2 already formed against block 1.
- the complementary plate 6 is made of ultra-high performance fiber-reinforced concrete with a high electrical resistivity, it contributes to reinforcing the mechanical resistance of the heating device, to electrically securing the user while storing thermal energy during resistance heating.
- the heat stored in the block 1 and in the complementary plate 6, on either side of the air circulation space radiates towards the space of air circulation which contributes to forcing a current of convective air in the air circulation space, from the lower outer zone to the upper outer zone.
- the heating device is thus particularly effective in terms of heating comfort and heating efficiency.
- the thickness E1 of the first heating resistor is constant over the entire surface of the first heating resistor which extends between the first and second electrodes.
- the first resistor 2 has a thickness E2 measured opposite the first electrode 3a and a thickness E3 measured opposite the second electrode 3b, these thicknesses E2 and E3 being chosen to be greater than or equal to the thickness E1.
- the heating resistor 2 can have different shapes.
- resistor 2 can, as in the example of the embodiment of the figures 10a and 10b , be in the form of a curved surface formed by projection of a curved profile line in a direction of projection (here the direction of projection of the profile line is parallel to the height of the heating device according to the invention). It should be noted that this profile line is symmetrical with respect to a section plane transverse to this curved profile line.
- the heating resistor 2 is preferably in the shape of a rectangular parallelepiped of constant thickness, which is particularly easy to manufacture in series.
- the first and second electrodes 3a, 3b have the shape of flat parallelepiped blades and they are parallel to each other and in contact against the same flat face of the first heating resistor 2.
- the first electrode 3a is adjacent and parallel to a first edge of the heating resistor 2 while the second electrode 3b is adjacent and parallel to a second edge of the heating resistor 2 which is parallel to said first edge of the heating resistor.
- the areas of the respective contact surfaces between the first electrode 3a and the first heating resistor 2 and between the second electrode 3b and the first heating resistor 2 are identical to each other.
- These contact surfaces are preferably rectangular, parts of the first and second electrodes extending at a distance from these contact surfaces and at a distance from the first heating resistor to form electrical connection pads with electrical supply conductors of these electrodes.
- the contact surface between the electrode and the resistor 2 is located at less than 1 mm from the contact plane between the heating resistor 2 and the UHPFRC block.
- the contact surface between the resistor and the electrode is coplanar with the contact plane between the heating resistor and the block 1 in UHPFRC.
- said at least one first surface of block 1 comprises a bonding primer to improve a mechanical connection between said at least one first resistor 2 and the first surface of block 1.
- the presence of bonding primer makes it possible to obtain an improved mechanical connection between the first surface of the block and the first heating resistor.
- This bonding primer or fixer makes it possible to smooth the wall of the BFUHP and/or create adhesive bonds between the BFUHP and the first heating resistor.
- This bonding primer is chosen to improve the bond between a UHPFRC block and a layer of pure carbon allotrope directly applied to the first surface of the block to form the first heating resistor therein.
- the heating device 0 may also comprise an outer surface 70 having a plurality of fluid flow guide channels 7, each of these guide channels 7 extending along its length from a lower level of the heating device 0 up to an upper level of the heater 0.
- the outer surface 70 preferably belongs to a part which is attached against said at least one first electric heating resistor 2.
- Each guide channel 7 makes it possible to exchange heat by convection along the channel with the air present around the heating device 0.
- the air then moves from the lower level to the upper level of the heater.
- these channels 7 increase the contact surface with the air surrounding the device to promote the convective effect.
- this external surface 70 presenting the plurality of channels 7 can be formed by a part of the heating device which is made of ultra-high performance fiber-reinforced concrete.
- these channels 7 may belong to the fiber-reinforced concrete block 1.
- channels 7 could also be formed on the complementary plate 6 illustrated in figure 5 . Some of these channels 7 could also be formed on the layer of thermally insulating material 4 illustrated, in dotted lines on the figure 6 .
- the heating device 0 is equipped with a rear radiative plate 8, here made of metal.
- This rear radiating plate 8 forms a protective cover for the heating resistor 2.
- the radiative plate 8 is a metal corrugated sheet.
- the radiating plate 8 is placed at a distance from the resistor 2 while being connected to the body 1 at its side edges to define a protected volume for receiving the resistor 2, between the rear face of the body 1 and the radiating plate 8 .
- some of the guide channels 7 have a longitudinal side open to the outside of the channel, this open longitudinal side extending over the entire length of the channel 7.
- the outer surface 70 which has said plurality of channels 7 is obtained by a plurality of mutually parallel fins 7a.
- These fins 7a respectively extend outwards from the heating device 0.
- Each of the guide channels 7 of the figure 4 has an open longitudinal side which is delimited by two adjacent fins 7a of the plurality of fins.
- fiber concrete makes it possible to create convection-friendly shapes that are also durable/impact resistant.
- the outer surface 70 is a corrugated surface composed of several waves of identical profile between these waves.
- This plurality of tubes 7b is formed in a part of the heating device which is made of ultra-high performance fiber-reinforced concrete.
- the first resistor 2 is traversed by an electric current.
- This rise in temperature is rapid compared to heating devices using a heat transfer fluid such as water.
- This rise in temperature can also be obtained with low energy power compared to conventional electric heaters.
- the heating device may comprise a power supply device arranged to control the flow of current between the electrodes as a function of a control signal generated by a control interface.
- the command interface can be functionally linked to a remote terminal of the command interface generating remote control signals and the control interface being arranged so that the control signals that it generates for the power supply device are a function of at least some of the remote control signals generated by the remote terminal.
- the control terminal is for example a thermostat or a smartphone or a remote control keypad. This control terminal is preferably linked to communication with the control interface via a wired or wireless communication link.
- the user can remote control the heating device according to the invention thanks to the configurable and remote remote terminal.
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Abstract
Dispositif de chauffage électrique (0), comportant :- un bloc (1) ; et- au moins une première résistance électrique de chauffe (2). Le bloc est en un matériau comprenant du béton fibré ultra haute performance et en ce que ladite au moins une première résistance électrique de chauffe (2) est en un matériau qui contient du graphène ou de l'oxyde de graphène ou un mélange de graphène et d'oxyde de graphène, ladite au moins une première résistance (2) étant en contact contre au moins une première surface du bloc (1), ledit bloc portant cette au moins une résistance de chauffe (2) et le dispositif de chauffage électrique (0) comportant au moins des première et deuxième électrodes (3a, 3b) reliées électriquement entre elles par l'intermédiaire de ladite au moins une première résistance de chauffe (2).Electric heating device (0), comprising:- a block (1); and- at least one first electric heating resistor (2). The block is made of a material comprising ultra-high performance fiber-reinforced concrete and in that said at least one first electric heating resistor (2) is made of a material which contains graphene or graphene oxide or a mixture of graphene and of graphene oxide, said at least one first resistor (2) being in contact against at least one first surface of the block (1), said block bearing this at least one heating resistor (2) and the electric heating device ( 0) comprising at least first and second electrodes (3a, 3b) electrically interconnected via said at least one first heating resistor (2).
Description
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de chauffage électrique comportant un bloc pour conférer une inertie thermique au dispositif de chauffage.The present invention relates to the field of electric heating devices comprising a block for imparting thermal inertia to the heating device.
Il est connu de mettre en contact des résistances électriques de chauffe avec des blocs massifs, comme des pierres, pour obtenir un chauffage électrique capable d'accumuler de la chaleur et la diffuser lorsque les résistances de chauffe ne sont plus alimentées.It is known to bring electric heating resistors into contact with solid blocks, such as stones, to obtain electric heating capable of accumulating heat and diffusing it when the heating resistors are no longer supplied.
Ces dispositifs de chauffage sont couteux et complexes à fabriquer (besoin de découper / tailler des pierres).These heaters are expensive and complex to manufacture (need to cut / cut stones).
L'invention a notamment pour but de fournir un dispositif de chauffage électrique permettant de résoudre certains au moins des problèmes précités de l'art antérieur.The object of the invention is in particular to provide an electric heating device making it possible to solve at least some of the aforementioned problems of the prior art.
A cet effet, on prévoit, selon l'invention un dispositif de chauffage électrique, comportant :
- un bloc ; et
- au moins une première résistance électrique de chauffe. Le dispositif de chauffage électrique selon l'invention est essentiellement, caractérisé en ce que le bloc est en un matériau comprenant du béton fibré ultra haute performance et en ce que ladite au moins une première résistance électrique de chauffe est en un matériau qui contient du graphène ou de l'oxyde de graphène ou un mélange de graphène et d'oxyde de graphène, ladite au moins une première résistance étant en contact contre au moins une première surface du bloc, ledit bloc portant cette au moins une résistance de chauffe et le dispositif de chauffage électrique comportant au moins des première et deuxième électrodes reliées électriquement entre elles par l'intermédiaire de ladite au moins une première résistance de chauffe.
- a block ; And
- at least a first electric heating resistor. The electric heating device according to the invention is essentially characterized in that the block is made of a material comprising ultra-high performance fiber-reinforced concrete and in that the said at least one first electric heating resistance is made of a material which contains graphene or graphene oxide or a mixture of graphene and graphene oxide, said at least one first resistor being in contact against at least one first surface of the block, said block carrying this at least at least one heating resistor and the electrical heating device comprising at least first and second electrodes electrically connected to each other via said at least one first heating resistor.
Par définition un béton fibré à ultra haute performance, aussi appelé BFUP, est un matériau à matrice cimentaire, renforcé par des fibres et offrant une résistance en compression supérieure à 100 MPA, usuellement comprise entre 100 et 400 MPA.By definition, ultra-high-performance fiber-reinforced concrete, also called UHPFRC, is a material with a cementitious matrix, reinforced with fibers and offering a compressive strength greater than 100 MPA, usually between 100 and 400 MPA.
Le graphène est un matériau constitué d'un ou plusieurs feuillets bidimensionnels. Chaque feuillet est composé d'atomes de carbone et chaque feuillet a l'épaisseur d'un seul atome de carbone.Graphene is a material made up of one or more two-dimensional sheets. Each sheet is made up of carbon atoms and each sheet is only one carbon atom thick.
Dans un mode de réalisation préférentiel du dispositif de chauffage selon l'invention, la résistance électrique est formée de 1 à 249 feuillets de graphène formant ainsi une résistance très fine de 1 à 249 couches cristallines.In a preferred embodiment of the heating device according to the invention, the electrical resistor is formed from 1 to 249 sheets of graphene, thus forming a very fine resistor from 1 to 249 crystalline layers.
L'oxyde de graphène est constitué d'une pluralité de 1 à 249 feuillets d'atome de carbone bidimensionnels avec présence d'atomes d'oxygène (c'est-à-dire de 1 à 249 couches cristallines exclusivement), les atomes d'oxygène y sont présents sous la forme de liaisons époxyde et/ou carbonyle et/ou carboxyle et/ou hydroxyle et/ou hydroxyle.Graphene oxide consists of a plurality of 1 to 249 two-dimensional carbon atom sheets with the presence of oxygen atoms (i.e. 1 to 249 crystal layers exclusively), carbon atoms oxygen are present therein in the form of epoxide and/or carbonyl and/or carboxyl and/or hydroxyl and/or hydroxyl bonds.
La circulation d'un courant électrique au travers de la résistance de chauffe, entre les première et deuxièmes électrodes, permet de produire de la chaleur par effet Joule.The circulation of an electric current through the heating resistor, between the first and second electrodes, makes it possible to produce heat by the Joule effect.
L'association du graphène et/ou de l'oxyde de graphène sous forme de couche résistive portée par le bloc en BFUP, contre ce bloc, permet d'avoir un dispositif de chauffage particulièrement résistant aux chocs et capable de supporter un grand nombre de cycles de chauffe.The association of graphene and/or graphene oxide under form of resistive layer carried by the UHPFRC block, against this block, makes it possible to have a heating device which is particularly resistant to shocks and capable of withstanding a large number of heating cycles.
Comme le BFUP présente une grande résistance mécanique, il permet aussi de réaliser des formes particulièrement fines / élancées / esthétiques / sur-mesures.As UHPC has a high mechanical resistance, it also makes it possible to produce particularly fine / slender / aesthetic / custom-made shapes.
Par exemple, le bloc peut prendre la forme d'une plaque de grande longueur ayant une faible épaisseur pour augmenter la surface d'échange thermique tout en maîtrisant le poids du dispositif de chauffage.For example, the block can take the form of a very long plate having a small thickness to increase the heat exchange surface while controlling the weight of the heating device.
Par ailleurs, le bloc en béton fibré ultra haute performance peut être dépourvu d'armature interne ce qui facilite sa mise en œuvre par moulage.Furthermore, the ultra-high performance fiber-reinforced concrete block can be devoid of internal reinforcement, which facilitates its implementation by molding.
Le bloc en béton fibré à ultra haute performance peut être utilisé directement comme façade du dispositif de chauffage car permet une variété de finitions (choix de finitions lisses, satinées, brillantes, possibilité d'ajout de couleurs / pigments ou de jeux de textures).The ultra-high performance fiber-reinforced concrete block can be used directly as the facade of the heating device because it allows a variety of finishes (choice of smooth, satin, glossy finishes, possibility of adding colors / pigments or texture games).
De plus, le béton fibré à ultra haute performance et le graphène et/ou l'oxyde de graphène présentent une excellente capacité de transfert de chaleur par conduction de contact.In addition, ultra-high performance fiber concrete and graphene and/or graphene oxide exhibit excellent heat transfer capability by contact conduction.
Par ailleurs, comme le bloc en béton fibré à ultra haute performance présente une très bonne inertie thermique, il permet la diffusion de chaleur longtemps après l'arrêt de l'alimentation électrique de la résistance.Furthermore, as the ultra-high performance fiber-reinforced concrete block has very good thermal inertia, it allows the diffusion of heat long after the electrical power supply to the resistor has been stopped.
Conformément à l'invention, la première résistance de chauffe peut, selon le cas :
- comporter, du graphène tout en étant exempte d'oxyde de graphène ; ou
- comporter, de l'oxyde de graphène tout en étant exempte de graphène ; ou
- comporter, un mélange de graphène et d'oxyde de graphène.
- contain graphene while being free of graphene oxide; Or
- include, graphene oxide while being free of graphene; Or
- comprise, a mixture of graphene and graphene oxide.
L'usage du graphène et/ou de l'oxyde de graphène dans la résistance électrique de chauffe associé au bloc en béton Fibré Ultra haute-Performante permet d'avoir un dispositif de chauffage électrique de très haute performance qui présente :
- une rapide montée en température du fait de la très bonne conductivité thermique du graphène et de l'oxyde de graphène (le graphène et l'oxyde de graphène ont une très bonne conductivité thermique de l'ordre de 5 000 W.m-1.K-1) ;
- une rapide diffusion de chaleur par rayonnement de chaleur de la résistance en graphène et/ou oxyde de graphène ;
- un rapide transfert de chaleur par conduction de la résistance vers le bloc ;
- un très bon rendement de transfert thermique de la résistance vers le bloc en BFUP ;
- une très bonne inertie thermique du fait de la masse du bloc qui permet un stockage / accumulation de chaleur pendant la chauffe ;
- une très bonne capacité de diffusion de la chaleur par rayonnement thermique et par convexion après l'arrêt de la chauffe de la résistance.
- a rapid rise in temperature due to the very good thermal conductivity of graphene and graphene oxide (graphene and graphene oxide have a very good thermal conductivity of around 5,000 Wm-1.K- 1);
- rapid heat diffusion by heat radiation from the graphene and/or graphene oxide resistor;
- rapid heat transfer by conduction from the resistor to the block;
- very good heat transfer efficiency from the resistor to the UHPFRC block;
- very good thermal inertia due to the mass of the block which allows storage / accumulation of heat during heating;
- a very good ability to diffuse heat by thermal radiation and by convection after stopping the heating of the resistor.
Par ailleurs, comme le graphène et l'oxyde de graphène présentent de très bonnes résistances à la rupture, la résistance de chauffe est particulièrement durable.Furthermore, as graphene and graphene oxide have very good breaking strength, the heater resistor is particularly durable.
La liaison mécanique par adhérence de la résistance contre le bloc est également particulièrement durable.The mechanical connection by adhesion of the resistance against the block is also particularly durable.
En outre, la résistance en graphène / oxyde de graphène est moins couteuse à fabriquer qu'une résistance à base de métaux.In addition, the graphene / graphene oxide resistor is less expensive to manufacture than a metal-based resistor.
Selon le cas, le dispositif de chauffage selon l'invention peut être agencé pour :
- constituer un radiateur conventionnel, avec par exemple une fixation murale ou des pieds support pour un positionnement au sol ou des pieds support à roulettes pour déplacer le dispositif sur le sol (un radiateur conventionnel est par exemple utilisé pour chauffer des petits volumes tels une chambre, un séjour) ; ou pour
- constituer une dalle de sol chauffante (plancher chauffant d'un bâtiment) permettant de chauffer des volumes plus importants par le sol ; ou pour
- constituer une dalle chauffante extérieure, pour obtenir un sol antigivre ; ou pour
- constituer un mur chauffant ou une paroi chauffante, intérieure ou extérieure d'un bâtiment.
- constitute a conventional radiator, with for example a wall fixing or support feet for positioning on the ground or support feet on wheels to move the device on the floor (a conventional radiator is for example used to heat small volumes such as a bedroom, a stay) ; or for
- create a heated floor slab (heated floor of a building) allowing larger volumes to be heated by the floor; or for
- constitute an external heating slab, to obtain an anti-icing floor; or for
- constitute a heating wall or a heating wall, interior or exterior of a building.
Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un dispositif de chauffage selon l'un quelconque des modes de réalisation du dispositif de chauffage selon l'invention décrit et/ou revendiqué dans la présente demande de brevet.According to another aspect, the invention also relates to a method of manufacturing a heating device according to any one of the embodiments of the heating device according to the invention described and/or claimed in the present patent application.
Selon le procédé de l'invention, ladite première résistance de chauffe est formée par application sur le bloc d'un mélange liquide contenant un solvant liquide et contenant du graphène ou de l'oxyde de graphène ou une combinaison de graphène et d'oxyde de graphène et par élimination du solvant contenu dans le mélange ainsi appliqué sur le bloc pour former un matériau rigide constitutif de la première résistance de chauffe.According to the method of the invention, said first heating resistor is formed by applying to the block a liquid mixture containing a liquid solvent and containing graphene or graphene oxide or a combination of graphene and graphene oxide and by removing the solvent contained in the mixture thus applied to the block to form a rigid material constituting the first heating resistor.
Ainsi, la première résistance thermique est directement formée contre le bloc en béton fibré ce qui facilite la fabrication du dispositif de chauffage qui est dépourvu de moyens d'assemblage entre la résistance et le bloc.Thus, the first thermal resistor is formed directly against the fiber-reinforced concrete block, which facilitates the manufacture of the heating device which does not have assembly means between the resistor and the block.
Pour cela, la résistance de graphène ou d'oxyde de graphène est déposée par application sur le bloc d'un mélange comportant un solvant, et soit du graphène, soit de l'oxyde de graphène, soit un mélange de graphène et d'oxyde de graphène.For this, the graphene or graphene oxide resistor is deposited by applying to the block a mixture comprising a solvent, and either graphene, or graphene oxide, or a mixture of graphene and oxide of graphene.
Ce solvant peut par exemple être un solvant aqueux ou organique.This solvent can for example be an aqueous or organic solvent.
Une fois le solvant évaporé, ladite au moins une première résistance est directement formée à la surface du bloc qui la porte.Once the solvent has evaporated, said at least one first resistor is directly formed on the surface of the block that carries it.
Dans certains modes de réalisation, le mélange contenant le solvant liquide peut aussi contenir au moins un agent surfactant afin d'améliorer la solubilisation du graphène et/ou de l'oxyde de graphène dans le mélange. Préférentiellement, l'agent surfactant est choisi pour avoir une balance hydrophile/hydrophobe comprise entre 18 et 20.In certain embodiments, the mixture containing the liquid solvent can also contain at least one surfactant in order to improve the solubilization of graphene and/or graphene oxide in the mixture. Preferably, the surfactant is chosen to have a hydrophilic/hydrophobic balance of between 18 and 20.
Après application du mélange sur le bloc en BFUP et évaporation du solvant et/ou réticulation (dans le cas où le mélange contient une résine), les cristaux de graphène ou oxyde de graphène sont alors présents contre la première surface du bloc pour y former ladite au moins une première résistance de chauffe / couche résistive.After application of the mixture to the UHPFRC block and evaporation of the solvent and/or crosslinking (in the case where the mixture contains a resin), the graphene or graphene oxide crystals are then present against the first surface of the block to form said at least a first heating resistor / resistive layer.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the following description of particular and non-limiting embodiments of the invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- [
Fig. 1a ] La figure la présente un exemple de réalisation d'un dispositif de chauffage 0 selon l'invention observé en perspective depuis sa face avant ; - [
Fig. 1b ] Lafigure 1b présente le dispositif de chauffage 0 de la figure la observé en perspective depuis sa face arrière ; - [
Fig. 2a ] Lafigure 2a présente une vue éclatée d'un dispositif de chauffage selon un mode de réalisation particulier de l'invention dans lequel les électrodes 3a, 3b d'alimentation de la première résistance 2 sont placées entre la première résistance 2 et lebloc 1 en béton fibré ultra haute performance, dans ce mode de réalisation, le dispositif 0 comporte une plaque complémentaire 6 en béton fibré ultra haute performance présentant une forte résistivité électrique, la première résistance de chauffe 2 et les électrodes 3a, 3b sont ici placées entre lebloc 1 en forme de plaque et cette plaque complémentaire 6 qui sont en béton fibré ultra haute performance ; - [
Fig. 2b ] Lafigure 2b est une vue en coupe suivant un plan A-A du dispositif 0 de lafigure 2a une fois assemblé ; [Fig. 3 ] Lafigure 3 est une vue enperspective d'un bloc 1 de dispositif 0 selon l'invention dans un mode de réalisation où ce bloc est équipé de canaux 7 pour forcer une convection au travers du bloc entre un niveau inférieur et un niveau supérieur du dispositif selon l'invention (ces canaux 7 sont a section transversale fermée et traversent le bloc de haut en bas, ici la section transversale des canaux est hexagonale mais elle pourrait être d'une autre forme) ; - [
Fig. 4 ] Lafigure 4 est une vue enperspective d'un bloc 1 de dispositif 0 selon l'invention dans un mode de réalisation où ce bloc est équipé de canaux 7 pour forcer une convection, ces canaux étant ouverts vers l'extérieur suivant leurs longueurs respectives et étant formés entre des ailettes 7a ; - [
Fig. 5 ] Lafigure 5 est une vue en coupe verticale d'un dispositif 0 selon l'invention, dans un mode de réalisation similaire à celui desfigures , avec en plus une interface de2a et 2bfixation 5 en forme de pattes qui est reliée aubloc 1 via une liaison en encastrement, ces interfaces defixation 5 ont ici la forme de crochets agencés pour vernir en prise sur une structure porteuse fixée sur un mur afin de supporter l'ensemble du dispositif 0 via l'interface de fixation 5 (le bloc 1 en BFUP est très résistant et permet une liaison durable et sécurisée avec l'interface de fixation 5) ; - [
Fig. 6 ] Lafigure 6 montre une vue en perspective arrière et une vue en coupe verticale selon un plan de coupe X-X d'un dispositif 0 selon l'invention dans un mode de réalisation où ce dispositif est équipé d'une couche 4 de matériau isolant thermiquement à l'arrière du dispositif pour favoriser une diffusion de chaleur vers l'avant du dispositif 0 (sont ici illustrés en pointillés, la couche isolante 4 et l'interface defixation 5 en forme de crochet) ; - [
Fig. 7 ] Lafigure 7 montre une vue en perspective arrière et une vue en coupe verticale selon un plan de coupe B-B d'un dispositif 0 selon l'invention dans un mode de réalisation où les électrodes 3a, 3b sont placées entre lebloc 1 en béton et la premièrerésistance 2,ce bloc 1 et la résistance 2 étant en forme de plaques parallélépipédiques dont deux faces principales sont plaquées / en contact l'une contre l'autre (les électrodes 3a, 3b sont dans l'épaisseur dubloc 1 et ont des surfaces de contact électrique avec la résistance qui sont à fleur de la surface de contact entre lebloc 1 et la résistance 2) ; - [
Fig. 8 ] Lafigure 8 montre une vue en perspective arrière d'un détail de l'assemblage entre lebloc 1,une électrode 3a et la première résistance 2 ainsi qu'une vue en coupe selon un plan C-C du dispositif 0 illustré à lafigure 7 ; [Fig. 9 ] Lafigure 9 montre une vue en perspective arrière d'un dispositif 0 selon l'invention dans un mode de réalisation où lebloc 1 supporte deux résistances de chauffe 2et 2b, la première résistance de chauffe 2 étant reliée électriquement à aux première et deuxième électrodes 3a, 3b et la deuxième électrode 2b étant reliée électriquement à aux première et deuxième électrodes 3c, 3d, unpremier boîtier 10a d'alimentation électrique étant relié électriquement aux électrodes3a et 3b alors qu'un deuxième boîtier 10b d'alimentation électrique est relié électriquement aux électrodes 3c, 3d,ces boîtiers 10a, 1b sont ici portés par le bloc 1 (en l'occurrence, il sont placés dans des évidements pratiqués dans l'épaisseur du bloc 1) mais ils pourraient être déportés vis-à-vis dece bloc 1 ; - [
Fig. 10a ] Lafigure 10a montre une vue de dessus d'un dispositif de chauffage 0 selon l'invention dans un mode de réalisation particulier où une plaqueradiative arrière 8, ici une plaque ondulée est disposée pour favoriser les échanges convectifs sur une face arrière du dispositif 0 ; [Fig. 10b ] Lafigure 10b montre une vue éclatée en perspective arrière du dispositif 0 illustré à lafigure 10a , on voit ici la résistance 2 en graphène qui est disposée contre une face arrière dubloc 1, la résistance et la face arrière dubloc 1 étant courbées pour augmenter la surface d'échange thermique de part et d'autre de larésistance 2.
- [
Fig. 1a ] Figure la shows an embodiment of aheating device 0 according to the invention seen in perspective from its front face; - [
Fig. 1b ] Therefigure 1b shows theheating device 0 of FIG. la observed in perspective from its rear face; - [
Fig. 2a ] Therefigure 2a presents an exploded view of a heating device according to a particular embodiment of the invention in which the 3a, 3b of thesupply electrodes first resistor 2 are placed between thefirst resistor 2 and theblock 1 of ultra-fibre concrete high performance, in this embodiment, thedevice 0 comprises acomplementary plate 6 made of ultra high performance fiber-reinforced concrete having a high electrical resistivity, thefirst heating resistor 2 and the 3a, 3b are here placed between theelectrodes block 1 in the form of plate and thiscomplementary plate 6 which are made of ultra-high performance fiber-reinforced concrete; - [
Fig. 2b ] Therefigure 2b is a sectional view along a plane AA of thedevice 0 of thefigure 2a when assembled; [Fig. 3 ] Therepicture 3 is a perspective view of ablock 1 ofdevice 0 according to the invention in an embodiment where this block is equipped withchannels 7 to force convection through the block between a lower level and an upper level of the device according to the invention (thesechannels 7 have a closed cross section and cross the block from top to bottom, here the cross section of the channels is hexagonal but it could be of another shape); - [
Fig. 4 ] Therefigure 4 is a perspective view of ablock 1 ofdevice 0 according to the invention in an embodiment where this block is equipped withchannels 7 to force convection, these channels being open to the outside along their respective lengths and being formed betweenfins 7a; - [
Fig. 5 ] Therefigure 5 is a vertical sectional view of adevice 0 according to the invention, in an embodiment similar to that of thefigures 2a and 2b , with in addition a fixinginterface 5 in the form of tabs which is connected to theblock 1 via a recessed connection, these fixinginterfaces 5 here have the form of hooks arranged to varnish in engagement on a supporting structure fixed on a wall in order to to support the whole of thedevice 0 via the fixing interface 5 (theblock 1 in UHPFRC is very resistant and allows a durable and secure connection with the fixing interface 5); - [
Fig. 6 ] Therefigure 6 shows a rear perspective view and a vertical sectional view along a section plane XX of adevice 0 according to the invention in an embodiment where this device is equipped with alayer 4 of thermally insulating material at the rear the device for promoting heat diffusion towards the front of the device 0 (the insulatinglayer 4 and theattachment interface 5 in the form of a hook are shown here in dotted lines); - [
Fig. 7 ] Therefigure 7 shows a rear perspective view and a vertical sectional view along a section plane BB of adevice 0 according to the invention in an embodiment where the 3a, 3b are placed between theelectrodes concrete block 1 and thefirst resistor 2, thisblock 1 and theresistor 2 being in the form of parallelepipedic plates, two main faces of which are pressed/in contact against each other (the 3a, 3b are in the thickness of theelectrodes block 1 and have surfaces of electrical contact with the resistor which are flush with the contact surface betweenblock 1 and resistor 2); - [
Fig. 8 ] Therefigure 8 shows a rear perspective view of a detail of the assembly betweenblock 1, anelectrode 3a andfirst resistor 2 as well as a sectional view along a CC plane ofdevice 0 illustrated infigure 7 ; [Fig. 9 ] Therefigure 9 shows a rear perspective view of adevice 0 according to the invention in one embodiment whereblock 1 supports two 2 and 2b, theheating resistors first heating resistor 2 being electrically connected to the first and 3a, 3b and thesecond electrodes second electrode 2b being electrically connected to the first and 3c, 3d, a firstsecond electrodes power supply box 10a being electrically connected to the 3a and 3b while a secondelectrodes power supply box 10b is electrically connected to the 3c, 3d, theseelectrodes boxes 10a, 1b are here carried by the block 1 (in this case, they are placed in recesses made in the thickness of the block 1) but they could be offset vis-à-vis thisblock 1; - [
Fig. 10a ] Therefigure 10a shows a top view of aheating device 0 according to the invention in a particular embodiment where a rearradiative plate 8, here a corrugated plate is arranged to promote convective exchanges on a rear face of thedevice 0; [Fig. 10b ] Therefigure 10b shows an exploded view in rear perspective of thedevice 0 illustrated infigure 10a , we see here theresistor 2 in graphene which is placed against a rear face of theblock 1, the resistor and the rear face of theblock 1 being curved to increase the heat exchange surface on either side of theresistor 2.
Comme indiqué précédemment, l'invention concerne essentiellement un dispositif de chauffage électrique 0, comportant :
- au moins
un bloc 1 ; et - au moins une première résistance électrique de chauffe 2.
- at least one
block 1; And - at least a first
electric heating resistor 2.
Ledit au moins un bloc 1 est en un matériau comprenant du béton fibré ultra haute performance et ladite au moins une première résistance électrique de chauffe 2 est en un matériau qui contient du graphène ou de l'oxyde de graphène ou un mélange de graphène et d'oxyde de graphène.Said at least one
La première résistance 2 est en contact contre au moins une première surface du bloc 1 (en l'occurrence une face arrière du bloc 1).The
Le bloc 1 porte cette au moins une résistance de chauffe 2 et le dispositif de chauffage électrique 0 comporte au moins des première et deuxième électrodes 3a, 3b reliées électriquement entre elles par l'intermédiaire de ladite au moins une première résistance de chauffe 2.
Comme indiqué précédemment, le béton fibré à ultra haute performance est un matériau à matrice cimentaire, renforcé par des fibres et offrant une résistance en compression supérieure à 100 MPA, usuellement comprise entre 100 et 400 MPA.As indicated above, ultra-high performance fiber-reinforced concrete is a material with a cementitious matrix, reinforced with fibers and offering a compressive strength greater than 100 MPA, usually between 100 and 400 MPA.
Préférentiellement, le béton fibré à ultra haute performance du bloc comporte, une fois durci :
- un dosage en ciment compris entre 550 à 1 000 kg/m3 de béton fibré à ultra haute performance, ledit ciment ayant une granulométrie maximale inférieure à 15 µm et préférentiellement supérieure à 5 µm ; et/ou
- des granulats de taille maximale exclusivement inférieure ou égale à 2 mm (c'est-à-dire que le BFUP utilisé pour la fabrication du bloc ne contient pas de granulat de taille supérieure à 2mm) ; et/ou
- des additions de type calcaire de granulométrie comprise
0,1 et 15 µm (cette addition de calcaire peut être répartie en des grains de granulométrie comprise entre 0.1 et 10 µm pour des additions de calcaire dites « micro filler » et en des grains de granulométrie supérieure à 5pm et inférieure ou égale à 15pm pour des additions de calcaire dites « filler calcaire ») ; et/ouentre - des additions de type métakaolin de granulométrie comprise
entre 5 et 15 µm ; et/ou - des additions de fumées de silice de granulométrie comprise entre 0.1 et 10 µm ; et/ou
- des fibres représentant
entre 1 et 3% du volume total du béton fibré à ultra haute performance.
- a cement dosage of between 550 and 1000 kg/m3 of ultra-high performance fiber-reinforced concrete, said cement having a maximum particle size of less than 15 μm and preferably greater than 5 μm; and or
- aggregates of a maximum size exclusively less than or equal to 2 mm (that is to say that the UHPC used for the manufacture of the block does not contain any aggregate of a size greater than 2 mm); and or
- additions of the limestone type with a particle size between 0.1 and 15 µm (this addition of limestone can be divided into grains with a particle size between 0.1 and 10 µm for additions of limestone called "micro filler" and into grains with a particle size greater than 5 pm and less than or equal to 15 pm for additions of limestone called “limestone filler”); and or
- additions of metakaolin type with a particle size between 5 and 15 μm; and or
- additions of silica fumes with a particle size between 0.1 and 10 μm; and or
- fibers representing between 1 and 3% of the total volume of the ultra-high performance fiber-reinforced concrete.
Préférentiellement, lesdites fibres ont des diamètres compris entre 0,1 et 0,3 mm et des longueurs comprises entre 10 et 20 mm.Preferably, said fibers have diameters of between 0.1 and 0.3 mm and lengths of between 10 and 20 mm.
Préférentiellement, le ciment contenu dans le BFUP du bloc présente aussi une granulométrie minimale qui est supérieure ou égale à 5pm.Preferably, the cement contained in the UHPFRC of the block also has a minimum particle size which is greater than or equal to 5 μm.
Par ailleurs, le béton fibré à ultra haute performance du bloc 1 peut aussi également contenir :
- un ou plusieurs adjuvants sélectionné(s) dans le groupe d'adjuvants comprenant un ou plusieurs plastifiants comme un plastifiant réducteur d'eau, un ou plusieurs superplastifiants ; et/ou
- des additions pouzzolaniques et/ou des additions hydrauliques latentes.
- one or more adjuvants selected from the group of adjuvants comprising one or more plasticizers such as a water-reducing plasticizer, one or more superplasticizers; and or
- pozzolanic additions and/or latent hydraulic additions.
Dans certains cas le béton fibré à ultra haute performance peut aussi présenter, en plus des autres caractéristiques précitées et après durcissement :
- un ratio eau efficace sur liant équivalent compris entre 0.15 et 0.26 ; et/ou
- des additions hydrauliques latentes de granulométrie comprise
entre 5 et 15 µm.
- an effective water to equivalent binder ratio of between 0.15 and 0.26; and or
- latent hydraulic additions with a particle size between 5 and 15 µm.
On appelle eau efficace l'eau totale ajoutée pour faire le mélange moins l'eau absorbée par les granulats.Effective water is the total water added to make the mix minus the water absorbed by the aggregates.
On appelle liant équivalent, selon la norme NF EN 206/CN, le dosage en ciment + la quantité d'additions multipliée par un coefficient d'activité de l'addition.The equivalent binder is called, according to standard NF EN 206/CN, the dosage of cement + the quantity of additions multiplied by an activity coefficient of the addition.
Préférentiellement, le matériau constitutif de la première résistance électrique de chauffe 2 contient un substrat liant pour lier entre elles des parties de ladite au moins une première résistance qui sont en graphène et/ou en oxyde de graphène.Preferably, the material constituting the first
Selon le cas le matériau constitutif de la résistance de chauffe peut être :
- un ou plusieurs allotropes de carbone, dont ledit graphène, ledit l'oxyde de graphène ou un mélange des deux, déposés en surface du bloc sous forme de couche pure ; et/ou
- un mélange d'un substrat liant (par exemple un substrat de type ciment, un substrat de type peinture ou un substrat de type résine) et d'un ou plusieurs allotropes de carbone dont ledit graphène, ledit l'oxyde de graphène ou un mélange des deux répartis dans ce substrat liant.
- one or more carbon allotropes, including said graphene, said graphene oxide or a mixture of the two, deposited on the surface of the block in the form of a pure layer; and or
- a mixture of a binder substrate (for example a cement-like substrate, a paint-like substrate or a resin-like substrate) and one or more allotropes of carbon including said graphene, said graphene oxide or a mixture of the two distributed in this binder substrate.
Par exemple, le matériau constitutif de la première résistance électrique de chauffe 2 pourrait contenir du béton fibré ultra haute performance servant de liant. Dans ce mode, le BFUP contenu dans la première résistance de chauffe constitue un substrat liant pour lier entre elles les parties en graphène ou en oxyde de graphène contenues dans ladite au moins une première résistance, ce béton pouvant, dans ce cas particulier, contenir des fibres conductrices électriquement.For example, the constituent material of the first
Dans certains modes de réalisation, le graphène, l'oxyde de graphène ou le mélange de graphène et d'oxyde de graphène contenu dans le matériau constitutif de la première résistance électrique de chauffe représente la majorité du volume du matériau constitutif de ladite première résistance de chauffe.In certain embodiments, the graphene, graphene oxide or mixture of graphene and graphene oxide contained in the material constituting the first electric heating resistor represents the majority of the volume of the material constituting said first heating resistor.
Préférentiellement, le béton fibré ultra haute performance du bloc 1 présente une résistivité électrique supérieure à 60 000 000 Ohm ● m à 20 ° Celsius alors que la valeur de la résistivité de la résistance électrique 2 mesurée à 20° Celsius est inférieure à 0,1 ohm ● m et supérieure à 0,0005 ohm.m.Preferably, the ultra-high performance fiber-reinforced concrete of
En d'autres termes, le matériau constitutif de la première résistance de chauffe 2 qui contient ledit graphène et/ou ledit oxyde de graphène a une résistivité à 20°C comprise entre 0,1 et 0,0005 ohm.m. Cela permet d'obtenir des puissances de chauffe usuelles pour un radiateur de dimensions standard, c'est-à-dire des puissances allant usuellement de 800 à 15000 Watts.In other words, the constituent material of the
Le béton fibré ultra haute performance choisi pour mettre en œuvre le bloc 1 présente une forte résistivité électrique afin de supporter la résistance électrique 2 tout s'opposant à la circulation de courant électrique via le bloc.The ultra-high performance fiber-reinforced concrete chosen to implement
Ceci permet de sécuriser électriquement le bloc 1 pour limiter le risque de choc électrique pour un utilisateur. Afin d'atteindre la valeur de résistivité importante les fibres du béton fibré ultra haute performance du bloc sont préférentiellement exclusivement formées de fibres en matériau isolant électriquement, c'est-à-dire ayant une résistivité électrique supérieure à 106 Ω·m.This makes it possible to electrically
Préférentiellement, les fibres sont des fibres isolantes électriquement, choisies dans le groupe de matériau de fibres comprenant des fibres de verre, des fibres de basalte, de polyvinyle alcool, des fibres synthétiques, des fibres textiles, des fibres organiques.Preferably, the fibers are electrically insulating fibers, chosen from the group of fiber materials comprising glass fibers, basalt fibers, polyvinyl alcohol fibers, synthetic fibers, textile fibers, organic fibers.
Afin de conférer au dispositif de chauffage une importante inertie thermique, on fait préférentiellement en sorte que plus de 80% de la masse totale du dispositif de chauffage 0 soit constituée par du béton fibré ultra haute performance.In order to give the heating device significant thermal inertia, it is preferably ensured that more than 80% of the total mass of the
Préférentiellement, ladite au moins une première surface du bloc 1 contre laquelle la résistance électrique 2 est en contact est une surface moulée.Preferably, said at least one first surface of
La réalisation du bloc 1 par moulage est particulièrement avantageuse car elle permet une grande liberté dans le choix de la forme, la couleur et la texture du bloc 1 tout en limitant le coût de fabrication / production. Ainsi, le bloc 1 peut avoir une surface esthétique directement visible de l'extérieur du dispositif 0 et une surface localement texturée pour favoriser la liaison avec la résistance 2.The production of
De manière similaire, l'un des éléments choisis parmi le bloc 1 et ladite au moins une première résistance 2 peut être moulé contre l'autre de ces éléments.Similarly, one of the elements selected from
Dans ce mode de réalisation, on peut :
- soit d'abord fabriquer le bloc 1 (par exemple par moulage) puis contremouller la première résistance 2 contre le bloc ;
- soit d'abord fabriquer la première résistance 2 (par exemple par moulage d'un mélange contenant le graphène et/ou l'oxyde de graphène ou par découpe d'une plaque d'un matériau résistif contenant le graphène et/ou l'oxyde de graphène) puis contremouller le
bloc 1 contre la première résistance.
- either first manufacture the block 1 (for example by molding) then mold the
first resistor 2 against the block ; - either first manufacture the first resistor 2 (for example by molding a mixture containing graphene and/or graphene oxide or by cutting out a plate of a resistive material containing graphene and/or graphene oxide of graphene) then
mold block 1 against the first resistance.
L'avantage du moulage est de permettre une bonne adhérence du bloc 1 en BFUP avec la résistance de chauffe 2 tout en ayant un contact continu entre ces éléments ce qui favorise le transfert de chaleur par conduction.The advantage of molding is to allow good adhesion of
De manière corolaire, ladite au moins une première résistance 2 peut être moulée contre des surfaces de chacune desdites première et deuxième électrodes 3a, 3b ce qui permet une bonne adhérence et une bonne conduction électrique entre ces électrodes 3a, 3b et la résistance de chauffe 2.As a corollary, said at least one
Il est à noter que les première et deuxième électrodes pourraient alternativement être soudées, brasées ou collées (par colle conductrice) contre la première résistance de chauffe 2 préexistante mais cela complique l'assemblage du dispositif de chauffage 0.It should be noted that the first and second electrodes could alternatively be welded, brazed or glued (by conductive glue) against the pre-existing
Dans certains modes de réalisation du dispositif de chauffage 1, comme ceux illustrés sur les
Ceci permet de préserver les zones de contact électrique entre les électrodes et la première résistance de chauffe, ces zones de contact se trouvant entre la résistance de chauffe 2 et le bloc 1.This makes it possible to preserve the electrical contact zones between the electrodes and the first heating resistor, these contact zones being between the
Par ailleurs, ceci permet de former la résistance de chauffe alors que les électrodes 3a, 3b sont déjà en place contre le bloc 1 ce qui augmente la qualité de l'assemblage puisque la résistance de chauffe 2 est formée contre des électrodes 3a, 3b déjà en place et fixées sur le bloc en BFUP.Furthermore, this makes it possible to form the heating resistor while the
On améliore ainsi le contact électrique entre des électrodes 3a, 3b et la résistance de chauffe 2.This improves the electrical contact between
Cette disposition particulière des électrodes 3a, 3b est transposable à l'assemblage entre toute électrode et toute résistance de chauffe, y compris dans les modes de réalisation où le dispositif 0 comporte plusieurs résistances de chauffe 2, 2b.This particular arrangement of the
Dans des modes de réalisation particuliers comme ceux illustrés aux
Ainsi, les électrodes 3a, 3b peuvent être prises dans l'épaisseur du bloc 1 et elles ne contribuent pas à augmenter l'épaisseur du dispositif de chauffage 0.Thus, the
Dans le mode de réalisation illustré aux
Ainsi, le dispositif 0 selon l'invention est compact tout en ayant une excellente surface d'échange thermique entre la première résistance de chauffe 2 et le bloc 1.Thus, the
Il est à noter que le bloc 1 pourrait être moulé contre chacune des électrodes pour faciliter la liaison mécanique bloc / électrodes.It should be noted that
Toutefois, il est aussi possible que les électrodes 3a, 3b soient assemblées avec le bloc préalablement moulé.However, it is also possible for the
Dans ce cas, les premier et deuxième évidements réalisés dans le bloc pour recevoir les première et deuxième électrodes 3a, 3b respectives pourraient être formés par des réservations lors du moulage du bloc 1 ou par usinage du bloc déjà durci (découpe ou perçage).In this case, the first and second recesses made in the block to receive the respective first and
L'assemblage des électrodes 3a, 3b avec le bloc 1 peut se faire par collage, vissage ou rivetage de ces électrodes alors qu'elles sont positionnées dans les premier et deuxième évidements formés dans le bloc.The assembly of the
On préfèrera toutefois, comme dans l'exemple de la
Dans des modes de réalisation alternatifs illustrés aux
Dans ces modes de réalisation des
On maximise ainsi les surfaces de contact entre la résistance 2 et le bloc 1 et les échanges thermiques de la résistance 2 vers le bloc 1.This maximizes the contact surfaces between
Dans le mode de réalisation illustré aux
- une première portion de la résistance 2 située d'un premier côté de la résistance de chauffe 2 est disposée entre la première électrode 3a et le
bloc 1 ; et - une seconde portion de la résistance 2, située d'un second côté de la résistance de chauffe 2 est disposée entre la seconde électrode 3b et le
bloc 1.
- a first portion of
resistor 2 located on a first side ofheating resistor 2 is placed betweenfirst electrode 3a andblock 1; And - a second portion of
resistor 2, located on a second side ofheating resistor 2, is placed betweensecond electrode 3b andblock 1.
Ici, les première et deuxième électrodes sont disposées le long et en face de bords longitudinaux opposés de la première résistance de chauffe 2.Here, the first and second electrodes are arranged along and opposite opposite longitudinal edges of the
Dans le mode de réalisation illustré à la
La première résistance de chauffe 2 est ici intégralement disposée dans un espace, préférentiellement étanche, défini entre cette couche de matériau isolant 4 et le bloc.The
Dans cet exemple de la
La couche 4 de matériau isolant (ici représentée en pointillés) est disposée d'un côté arrière du dispositif de chauffe 0 destiné à être placé face d'un mur de la pièce à chauffer.The
Le bloc 1 forme un côté avant du dispositif de chauffe 0 et il est destiné à être orienté vers l'intérieur de la pièce à chauffer.
Une interface de fixation 5 est assujettie au bloc 1 pour pouvoir le supporter.A fixing
Cette interface de fixation 5 s'étend ici depuis le bloc 1 en passant au travers d'un espace en vis-à-vis de la couche 4, cet espace ayant une épaisseur égale à l'épaisseur de la couche 4 jusqu'à aller au-delà de cet espace pour pouvoir se fixer contre le mur de la pièce à chauffer.This
Il est à noter que l'interface de fixation 5 peut traverser cette couche 4 ou passer à l'extérieur de cette couche en étant en vis-à-vis d'un bord de cette couche 4.It should be noted that the fixing
Ici, l'interface de fixation 5 prend la forme d'une paire de crochets qui sont, d'un côté, fixés en encastrement dans le bloc 1 (ici, le bloc 1 est moulé autour de chacun des crochets) et qui sont, d'un autre côté, libres pour venir se crocheter sur une interface de fixation (non représentée) assujettie au mur.Here, the fixing
L'interface de fixation 5 assujettie au bloc 1 permet de supporter intégralement le bloc 1 via l'interface de fixation.The
Le bloc 1 peut être moulé autour d'une portion de l'interface de fixation 5 pour former la liaison en encastrement entre l'interface de fixation 5 et le bloc 1.
Dans l'exemple de la
Pour la compréhension de l'invention :
- un matériau isolant thermiquement est un matériau ayant une conductivité thermique inférieure à 0,1 W.m-1.K-1 à 20 °Celsius ; et
- un matériau isolant électriquement est un matériau présentant une résistivité électrique supérieure à 60 000 000 Ω.m à 20° Celsius.
- a thermally insulating material is a material having a thermal conductivity of less than 0.1 Wm-1.K-1 at 20°Celsius; And
- an electrically insulating material is a material having an electrical resistivity greater than 60,000,000 Ω.m at 20° Celsius.
Par exemple, la couche de matériau isolant pourrait être formée par un panneau de laine de roche.For example, the layer of insulating material could be formed by a rock wool panel.
Dans des modes de réalisation, comme celui présenté à la
L'inertie thermique du dispositif de chauffe est ainsi augmentée par la plaque 6 en béton fibré qui est en contact, contre la résistance de chauffe 2.The thermal inertia of the heating device is thus increased by the fiber-reinforced
Il est à noter que l'espace défini entre le bloc 1 et la plaque complémentaire 6 peut être étanche.It should be noted that the space defined between
Dans ce cas, la résistance 2 pourrait être préformée, par exemple par moulage, puis être placée dans un moule où d'un côté de la résistance 2 est moulé le bloc 1 et où, de l'autre côté de la résistance 2, est moulée la plaque complémentaire 6.In this case, the
Alternativement, la plaque 6 pourrait être rapportée contre la résistance 2 déjà formée contre le bloc 1.Alternatively,
Dans l'un quelconque des modes de réalisation dans lequel le dispositif de chauffage comporte une plaque complémentaire 6, on peut faire en sorte qu'un espace de circulation d'air soit formé :
- entre la première résistance de chauffe 2 et la
plaque complémentaire 6 ; et/ou - à l'intérieure de la
plaque complémentaire 6,
- between the
first heating resistor 2 and thecomplementary plate 6; and or - inside
complementary plate 6,
Ainsi, de l'air transite dans l'espace de circulation d'air qui est entre la plaque complémentaire 6 et la résistance de chauffe 2 et/ou dans la plaque complémentaire 6.Thus, air passes through the air circulation space which is between the
Ceci contribue à augmenter la sécurité des utilisateurs puisque la température de la plaque complémentaire 6 est limitée par rapport à la température de la résistance de chauffe 2.This contributes to increasing user safety since the temperature of the
Par ailleurs, comme la plaque complémentaire 6 est en béton fibré ultra haute performance avec une résistivité électrique importante, elle contribue à renforcer la résistance mécanique du dispositif de chauffage, à sécuriser électriquement l'utilisateur tout en stockant de l'énergie thermique lors de la chauffe de la résistance. Après l'arrêt de la chauffe de la résistance de chauffe 2, la chaleur stockée dans le bloc 1 et dans la plaque complémentaire 6, de part et d'autre de l'espace de circulation d'air, rayonne vers l'espace de circulation d'air ce qui contribue à forcer un courant d'air convectif dans l'espace de circulation d'air, de la zone externe basse vers la zone externe haute.Moreover, as the
Grâce à l'inertie thermique de la plaque complémentaire 6 et du bloc 1, la circulation d'air par convection au travers de l'espace de circulation d'air continue longtemps après l'arrêt de l'alimentation de la résistance de chauffe.Thanks to the thermal inertia of the
Le dispositif de chauffage est ainsi particulièrement efficace en termes de confort de chauffe et rendement de chauffe.The heating device is thus particularly effective in terms of heating comfort and heating efficiency.
Afin d'obtenir une capacité de chauffe surfacique sensiblement homogène sur toute la surface de la première résistance 2 qui est en contact avec le bloc 1 en BFUP, on fait préférentiellement en sorte que la section de passage de courant au travers de la résistance, de la première vers la deuxième électrode 3a, 3b, soit sensiblement constante à plus ou moins 10% par rapport à une valeur de section surfacique moyenne prédéfinie.In order to obtain a substantially homogeneous surface heating capacity over the entire surface of the
A cette fin, comme illustré dans les modes de réalisation des figures la à 2b et 5 à 10b, l'épaisseur E1 de la première résistance de chauffe est constante sur toute la surface de la première résistance de chauffe qui s'étend entre les première et deuxième électrodes.To this end, as illustrated in the embodiments of Figures la to 2b and 5 to 10b, the thickness E1 of the first heating resistor is constant over the entire surface of the first heating resistor which extends between the first and second electrodes.
La première résistance 2 possède une épaisseur E2 mesurée en vis-à-vis de la première électrode 3a et une épaisseur E3 mesurée en vis-à-vis de la deuxième électrode 3b, ces épaisseurs E2 et E3 étant choisies pour être supérieures ou égales à l'épaisseur E1.The
De cette manière, on réduit le risque d'avoir une surchauffe localisée de la première résistance 2 au niveau des liaisons électriques entre la résistance 2 et les première et deuxième électrodes respectives 3a, 3b.In this way, the risk of having localized overheating of the
Les liaisons électriques sont ainsi préservées.The electrical connections are thus preserved.
La résistance de chauffe 2 peut avoir différentes formes. Par exemple, la résistance 2 peut, comme dans l'exemple du mode de réalisation des
Toutefois, comme on le comprend des modes de réalisation illustrés par les figures la à 9, la résistance de chauffe 2 est préférentiellement en forme de parallélépipède rectangle d'épaisseur constante ce qui est particulièrement facile à fabriquer en série. Préférentiellement, les première et deuxième électrodes 3a, 3b ont la forme de lames plates parallélépipédiques et elles sont parallèles entre elles et en contact contre une même face plane de la première résistance de chauffe 2. La première électrode 3a est adjacente et parallèle à un premier bord de la résistance de chauffe 2 alors que la deuxième électrode 3b est adjacente et parallèle à un deuxième bord de la résistance de chauffe 2 qui est parallèle audit premier bord de la résistance de chauffe. Les superficies des surfaces de contact respectives entre la première électrode 3a et la première résistance de chauffe 2 et entre la deuxième électrode 3b et la première résistance de chauffe 2 sont identiques entre elles.However, as is understood from the embodiments illustrated by FIGS. 1a to 9, the
Ces surfaces de contact sont préférentiellement rectangulaires, des parties des première et seconde électrodes s'étendant à distance de ces surfaces de contact et à distance de la première résistance de chauffe pour former des plots de connexion électrique avec des conducteurs électriques d'alimentation de ces électrodes.These contact surfaces are preferably rectangular, parts of the first and second electrodes extending at a distance from these contact surfaces and at a distance from the first heating resistor to form electrical connection pads with electrical supply conductors of these electrodes.
Comme illustré par la
Préférentiellement, la surface de contact entre la résistance et l'électrode est coplanaire avec le plan de contact entre la résistance de chauffe et le bloc 1 en BFUP.Preferably, the contact surface between the resistor and the electrode is coplanar with the contact plane between the heating resistor and the
Dans l'un quelconque des modes de réalisation précités, on peut aussi faire en sorte que ladite au moins une première surface du bloc 1 comporte un primaire d'accrochage pour améliorer une liaison mécanique entre ladite au moins une première résistance 2 et la première surface du bloc 1. La présence de primaire d'accrochage permet d'obtenir une liaison mécanique améliorée entre la première surface du bloc et la première résistance de chauffe.In any one of the aforementioned embodiments, it is also possible to ensure that said at least one first surface of
Ce primaire d'accrochage ou fixateur permet de lisser la paroi du BFUHP et/ou créer des liaisons adhésives entre le BFUHP et la première résistance de chauffe.This bonding primer or fixer makes it possible to smooth the wall of the BFUHP and/or create adhesive bonds between the BFUHP and the first heating resistor.
Ce primaire d'accrochage est choisi pour améliorer la liaison entre un bloc BFUP et une couche d'allotrope de carbone pur directement appliquée sur la première surface du bloc pour y former la première résistance de chauffe.This bonding primer is chosen to improve the bond between a UHPFRC block and a layer of pure carbon allotrope directly applied to the first surface of the block to form the first heating resistor therein.
Dans l'un quelconque des modes de réalisation du dispositif 0, comme ceux illustrés aux
La surface externe 70 appartient préférentiellement à une pièce qui est accolée contre ladite au moins une première résistance électrique de chauffe 2.The
Chaque canal de guidage 7 permet d'échanger de la chaleur par convection le long du canal avec l'air présent autour du dispositif de chauffage 0.Each
L'air se déplace alors du niveau inférieur vers le niveau supérieur du dispositif de chauffage.The air then moves from the lower level to the upper level of the heater.
Par ailleurs, ces canaux 7 augmentent la surface de contact avec l'air entourant le dispositif pour favoriser l'effet convectif.Furthermore, these
Par exemple, cette surface externe 70 présentant la pluralité de canaux 7 peut être formée par une partie du dispositif de chauffage qui est en béton fibré ultra haute performance.For example, this
Ainsi, ces canaux 7 peuvent appartenir au bloc en béton fibré 1.Thus, these
Certains de ces canaux 7 pourraient aussi être formés sur la plaque complémentaire 6 illustrée à la
Dans le mode de réalisation, illustré par les
Cette plaque radiative arrière 8 forme un capot de protection de la résistance de chauffe 2.This
Certains des canaux 7 sont ici formés sur cette plaque radiative 8.Some of the
Pour cela, la plaque radiative 8 est une tôle ondulée métallique.For this, the
La plaque radiative 8 est placée à distance de la résistance 2 tout en étant reliée au corps 1 au niveau de ses bords latéraux pour définir un volume protégé d'accueil de la résistance 2, entre la face arrière du corps 1 et la plaque radiative 8.The radiating
Dans les modes de réalisation illustrés par les
Dans le mode de réalisation de la
Ces ailettes 7a s'étendent respectivement vers l'extérieur du dispositif de chauffage 0.These
Chacun des canaux de guidage 7 de la
Encore une fois, l'usage du béton fibre permet de créer des formes favorables à la convection qui sont également durables / résistantes aux chocs.Again, the use of fiber concrete makes it possible to create convection-friendly shapes that are also durable/impact resistant.
La surface externe 70 est une surface ondulée composée de plusieurs ondes de profil identique entre ces ondes.The
Dans le mode de réalisation illustré à la
Cette pluralité de tubes 7b est formée dans une partie du dispositif de chauffage qui est en béton fibré ultra haute performance.This plurality of
Une fois soumis à une différence de potentiel électrique (tension) appliquée entre les première et deuxième électrodes, la première résistance 2 est traversée par un courant électrique.Once subjected to an electric potential difference (voltage) applied between the first and second electrodes, the
Les propriétés conductrices du graphène et de l'oxyde de graphène, conjuguées aux propriétés résistives du béton fibré ultra haute performance, permettent d'obtenir une élévation de la température du dispositif de chauffage selon l'invention et un stockage d'une partie de la chaleur produite.The conductive properties of graphene and graphene oxide, combined with the resistive properties of ultra-high performance fiber-reinforced concrete, make it possible to obtain a rise in the temperature of the heating device according to the invention and a storage of part of the heat produced.
Cette montée en température est rapide comparativement à des dispositifs de chauffage utilisant un fluide caloporteur tel que de l'eau.This rise in temperature is rapid compared to heating devices using a heat transfer fluid such as water.
Cette montée en température peut également être obtenue avec une faible puissance énergétique comparativement à des radiateurs électriques classiques.This rise in temperature can also be obtained with low energy power compared to conventional electric heaters.
Enfin, il est à noter que le dispositif de chauffage selon l'invention peut comporter un dispositif d'alimentation agencé pour commander le passage de courant entre les électrodes en fonction d'un signal de commande généré par une interface de commande.Finally, it should be noted that the heating device according to the invention may comprise a power supply device arranged to control the flow of current between the electrodes as a function of a control signal generated by a control interface.
Selon le cas, l'interface de commande peut être reliée fonctionnellement à un terminal distant de l'interface de commande générant des signaux de télécommande et l'interface de commande étant agencée pour que les signaux de commande qu'elle génère à l'attention du dispositif d'alimentation soient fonction de certains au moins des signaux de télécommande générés par le terminal distant. Le terminal de commande est par exemple un thermostat ou un smartphone ou un clavier de télécommande. Ce terminal de commande est préférentiellement relié à communication à l'interface de commande via une liaison de communication filaire ou sans fil. Ainsi, l'utilisateur peut télécommander le dispositif de chauffage selon l'invention grâce au terminal distant paramétrable et déporté.Depending on the case, the command interface can be functionally linked to a remote terminal of the command interface generating remote control signals and the control interface being arranged so that the control signals that it generates for the power supply device are a function of at least some of the remote control signals generated by the remote terminal. The control terminal is for example a thermostat or a smartphone or a remote control keypad. This control terminal is preferably linked to communication with the control interface via a wired or wireless communication link. Thus, the user can remote control the heating device according to the invention thanks to the configurable and remote remote terminal.
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