EP4228376A1 - Procédé de fabrication d'un ensemble comportant un corps et un dispositif pour la régulation thermique dudit corps et ensemble obtenu - Google Patents

Procédé de fabrication d'un ensemble comportant un corps et un dispositif pour la régulation thermique dudit corps et ensemble obtenu Download PDF

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EP4228376A1
EP4228376A1 EP22156822.3A EP22156822A EP4228376A1 EP 4228376 A1 EP4228376 A1 EP 4228376A1 EP 22156822 A EP22156822 A EP 22156822A EP 4228376 A1 EP4228376 A1 EP 4228376A1
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layer
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electrically insulating
insulating polymer
deposition
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EP22156822.3A
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Alain Hautcoeur
André Eberhardt
Florian FOUCHE
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Nimesis Technology
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Nimesis Technology
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters

Definitions

  • the subject of the present invention is a process for the manufacture of an assembly comprising a body and a device for the thermal regulation of this body, as well as the assembly obtained.
  • the invention relates to the field of devices whose implementation has the effect of acting on the temperature of the body with which they are associated to raise it according to need.
  • the expressions “regulate the temperature” or “control the temperature” will be used in the following and should be considered equivalent.
  • Such an invention relates to very many activities and could find an application, for example, in the field of aerospace where dashboard temperature control systems are implemented, in the medical sector through means of control of sample analysis devices sensitive to temperature variations, or to provide equipment for de-icing surfaces, melting snow, or suitable for the field of industrial food, pharmaceuticals, etc.
  • systems of the patch or heating mat type intended to be applied, or even glued, to the body in question are proposed.
  • These systems are conventionally made up of a resistive electrical track encapsulated between several layers of a polymer or a mineral insulator such as mica, providing electrical insulation.
  • Their flat, slim design guarantees a safe and even temperature distribution and is suitable, for example, for mounting between two flat surfaces or on a worktop. They can also be used to heat only one small area and are able to withstand extremely high temperatures when they include mica.
  • the various layers of materials allowing its electrical insulation end up giving the existing thermal regulation devices a large volume, and consequently a large overall size.
  • the same also applies to the electrical connection members with which they may be provided.
  • thermal regulation systems adapted to the aerospace sector available on the market are those resulting from the assembly of a conductive track with materials compatible with vacuum, such as polyimide films.
  • materials compatible with vacuum such as polyimide films.
  • shape and the size of such systems can be handicapping for an association with often very miniaturized organs or components intended to be installed on spacecraft.
  • the object of the present invention is to provide an alternative solution to those currently known, making it possible to overcome all the drawbacks identified above.
  • the object of the invention is to provide a solution making it possible to overcome the problems resulting from the large size and the standardized shapes or structures exhibited by the thermal control systems of a body proposed by the manufacturers today, while maintaining their overall performance in terms of efficiency, longevity and cost.
  • such a process has the advantage of integrating from its design a thermal regulation device directly on the support or the body whose temperature it must control, whatever the shape, the dimensions of the latter or the nature of the material composing it.
  • the thermal regulation device will have a very thin thickness, and will perfectly match the shape of the body in question, thus allowing a uniform distribution of the temperature on the latter and therefore an optimized action.
  • the etching step can be carried out, depending on the case, by laser, by machining, or by chemical attack.
  • each layer of electrically insulating polymer prefferably a wet route, a dry route, a thermal route or by thermal spraying.
  • each layer of electrically insulating polymer can be carried out by a technique alternatively of electrolytic deposition, static or dynamic chemical deposition, physical or chemical deposition in the vapor phase assisted or not by plasma, gilding, silver plating, tin plating by immersion, flaming, dynamic spraying by cold gas.
  • the method according to the invention also assumes the use of a resistive alloy chosen from the list comprising nickel-chromium such as inconel (registered trademark), copper-nickel, such as constantan, and any other alloy resistive.
  • nickel-chromium such as inconel (registered trademark)
  • copper-nickel such as constantan
  • any other alloy resistive any other alloy resistive.
  • an additional characteristic of the present process is defined by the fact that an electrically insulating polymer chosen from the list comprising the following polymers is used: polyimide, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyetheretherketone (PEEK), silicone, resin, thermoplastic.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PEEK polyetheretherketone
  • the invention has also provided for the possibility of using a body made of a material suitable for 3D printing.
  • the invention also relates to an assembly formed by a body and a device for modifying the temperature of the body obtained by implementing the method as defined above.
  • this same assembly can be characterized in that it is connected to a system for remote control of the temperature to be imparted to said body.
  • the present method comprises a first step consisting in depositing on a flat portion 7 of a body 1 a layer 2 of a polyimide powder by flame deposition.
  • a layer 3 of inconel (registered trademark) is then deposited by a technique of vapor phase deposition (PVD) on the layer 2 of polyimide.
  • PVD vapor phase deposition
  • a laser etching of layer 3 of inconel (registered trademark), carried out during a subsequent step, has the effect of producing an electrical circuit 4.
  • the method according to the invention advantageously makes it possible to overcome the drawbacks of the state of the art, and to equip all types of surface, that is to say, whatever its form or the material of which it is made, of a thermal regulation device formed of a resistive track encapsulated between two layers of an electrically insulating material.

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un ensemble (6) formé d'un corps (1) et d'un dispositif de régulation de la température du corps (1), consistant à réaliser, dans l'ordre, les étapes suivantes :- Application d'une couche (2) d'un polymère isolant électrique sur au moins une portion (7) dudit corps (1),- Application d'une couche (3) d'un alliage résistif sur ledit polymère,- Gravure de la couche (3) d'alliage résistif en vue de réaliser une piste électrique (4),- Application d'une couche (5) d'un polymère isolant électrique sur la couche (3) d'alliage résistif gravée.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication d'un ensemble comportant un corps et un dispositif pour la régulation thermique de ce corps, ainsi que l'ensemble obtenu.
  • En somme, l'invention concerne le domaine des dispositifs dont la mise en œuvre a pour effet d'agir sur la température du corps auquel ils sont associés pour l'élever selon les besoins. Les expressions « réguler la température » ou « contrôler la température » seront utilisées dans ce qui suit et doivent être considérées comme équivalentes.
  • Une telle invention concerne de très nombreuses activités et pourra trouver une application par exemple dans le domaine de l'aérospatiale où des systèmes de contrôle de la température de tableaux de bords sont mis en œuvre, dans le secteur médical au travers de moyens de contrôle d'appareils d'analyses d'échantillons sensibles aux variations de température, ou encore pour fournir un équipement pour dégivrer des surfaces, faire fondre de la neige, ou adapté au domaine de l'alimentation industrielle, pharmaceutique, etc.
  • A l'heure actuelle, on trouve d'ores et déjà sur le marché des équipements de régulation de la température de corps tels que des surfaces, portions d'appareils, ou parties constitutives de machines, spécifiquement étudiés pour répondre à bon nombre de besoins.
  • Ainsi sont par exemple proposés des systèmes de type patchs ou tapis chauffants destinés à être appliqués, voire collés sur le corps considéré. Ces systèmes sont classiquement constitués d'une piste électrique résistive encapsulée entre plusieurs couches d'un polymère ou d'un isolant minéral tel du mica en assurant l'isolation électrique. Leur conception plate et mince garantit une distribution de température sûre et uniforme et convient par exemple pour le montage entre deux surfaces planes ou sur un plan de travail. Ils peuvent aussi être employés pour chauffer seulement une petite zone et sont capables de résister à des températures extrêmement élevées lorsqu'ils comportent du mica.
  • D'autres dispositifs de régulation de la température d'un corps disponibles sur le marché ont par ailleurs été conçus sous la forme de cartouches, de colliers, de câbles ou peuvent présenter d'autres formes géométriques spécifiquement adaptées à certaines applications. Ils sont généralement constitués d'un fil d'alliage résistif, conformé pour adopter la forme recherchée, et noyé dans une couche d'un isolant minéral.
  • Il a toutefois été observé qu'en dépit de l'existence de toute une gamme de dispositifs de contrôle de la température d'un corps, des difficultés d'intégration sont fréquemment rapportées par les utilisateurs.
  • En effet, comme indiqué ci-dessus, l'installation d'un patch n'est envisageable que sur une surface plane ou de faible rayon de courbure, tandis qu'une cartouche convient uniquement pour des corps présentant l'alésage correspondant. Enfin, les systèmes présentant une forme de collier ne sont proposés que selon une gamme portant sur une plage de diamètres réduite et ne conviennent donc pas pour tous types de supports.
  • De plus, alors que l'élément chauffant en tant que tel est généralement très petit, les différentes couches de matériaux permettant son isolation électrique finissent par conférer aux dispositifs de régulation thermique existants un volume, et par conséquent un encombrement global importants. Il en va par ailleurs de même pour les organes de connexions électriques dont ils sont éventuellement dotés.
  • En outre, à ce jour, les seuls systèmes de régulation thermique adaptés au secteur aérospatial disponibles sur le marché sont ceux issus de l'assemblage d'une piste conductrice avec des matériaux compatibles avec le vide, tels que des films polyimide. Or, comme mentionné précédemment, la forme comme l'encombrement de tels systèmes peuvent être handicapants pour une association avec des organes ou des composants souvent très miniaturisés destinés à être implantés sur des engins spatiaux.
  • Le but de la présente invention est de fournir une solution alternative à celles connues actuellement, permettant de pallier l'ensemble des inconvénients identifiés ci-dessus.
  • En d'autres termes, le but de l'invention est de fournir une solution permettant de s'affranchir des problèmes découlant de l'encombrement important et des formes ou structures standardisées que présentent les systèmes de contrôle thermique d'un corps proposés par les fabricants actuellement, tout en préservant leurs performances générales en termes d'efficacité, de longévité et de coût.
  • A cet effet, la présente invention propose un procédé de fabrication d'un ensemble formé d'un corps et d'un dispositif de régulation de la température du corps, consistant à réaliser, dans l'ordre, les étapes suivantes :
    • Application d'une couche d'un polymère isolant électrique sur au moins une portion dudit corps,
    • Application d'une couche d'un alliage résistif sur ledit polymère,
    • Gravure de la couche d'alliage résistif en vue de réaliser une piste électrique,
    • Application d'une couche d'un polymère isolant électrique sur la couche d'alliage résistif gravée.
  • En somme, un tel procédé a pour avantage d'intégrer dès sa conception un dispositif de régulation thermique directement sur le support ou le corps dont il doit contrôler la température, quel que soit la forme, les dimensions de celui-ci ou la nature du matériau le composant. De plus, dans l'ensemble obtenu au terme du procédé le dispositif de régulation thermique présentera une épaisseur très fine, et épousera parfaitement la forme du corps considéré permettant ainsi une répartition uniforme de la température sur ce dernier et donc une action optimisée.
  • Conformément à une caractéristique de l'invention, l'étape de gravure peut être réalisée selon le cas par laser, par usinage, ou par attaque chimique.
  • Par ailleurs, dans le cadre de l'invention il a encore été prévu que le dépôt de chaque couche de polymère isolant électrique peut être réalisé selon le cas par voie humide, par voie sèche, par voie thermique ou par projection thermique.
  • A ce propos, le dépôt de chaque couche de polymère isolant électrique peut être réalisé par une technique alternativement de dépôt électrolytique, de dépôt chimique statique ou dynamique, de dépôt physique ou chimique en phase vapeur assisté ou non par plasma, de dorure, d'argenture, d'étamage par immersion, de flammage, de projection dynamique par gaz froid.
  • Le procédé selon l'invention suppose en outre l'utilisation d'un alliage résistif choisi parmi la liste comportant du nickel-chrome tel que l'inconel (marque déposée), du cuivre-nickel, tel que le constantan, et tout autre alliage résisitif.
  • Une caractéristique additionnelle du présent procédé est définie par le fait que l'on utilise un polymère isolant électrique choisi parmi la liste comportant les polymères suivants : polyimide, polytétrafluoroéthylène (PTFE), polyétheréthercétone (PEEK), silicone, résine, thermoplastique.
  • D'autre part, l'invention a également prévu la possibilité d'utiliser un corps fabriqué en un matériau adapté pour une impression 3D.
  • L'invention concerne également un ensemble formé d'un corps et d'un dispositif de modification de la température du corps obtenu par la mise en œuvre du procédé tel que précédemment défini.
  • Conformément à l'invention, ce même ensemble peut se caractériser en ce qu'il est relié à un système de pilotage à distance de la température à conférer audit corps.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, qui se rapporte à une variante de mise en œuvre du présent procédé donnant lieu à un exemple d'ensemble comportant un corps et un dispositif de régulation thermique de celui-ci, procédé et ensemble qui ne doivent toutefois pas être considérés comme limitatifs de l'invention.
  • La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux figures suivantes :
    • [Fig.1] illustre un corps pour lequel il est nécessaire de disposer d'un dispositif de régulation thermique,
    • Fig.2] illustre la première étape de la mise en œuvre du procédé selon l'invention,
    • [Fig.3] en illustre la seconde étape,
    • [Fig.4] en illustre la troisième étape,
    • [Fig.5] en illustre la quatrième étape ainsi que l'ensemble obtenu, formé du corps de départ et d'un dispositif de régulation thermique de ce même corps, et
    • [Fig. 6] est une vue schématique d'un autre ensemble obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
  • En référence aux dessins 1 à 5, selon une variante de réalisation envisageable, le présent procédé comporte une première étape consistant à déposer sur une portion plane 7 d'un corps 1 une couche 2 d'une poudre de polyimide par dépôt à la flamme.
  • Lors d'une seconde étape illustrée à la figure 3, une couche 3 d'inconel (marque déposée) est ensuite déposée par une technique de dépôt en phase vapeur (PVD) sur la couche 2 de polyimide.
  • Une gravure laser de la couche 3 d'inconel (marque déposée), réalisée au cours d'une étape ultérieure, a pour effet de réaliser un circuit électrique 4.
  • Celui-ci est finalement encapsulé sous une couche 5 de polyimide déposée à la flamme lors de l'étape ultime du présent procédé, aboutissant à un ensemble 6 illustré à la figure 5.
  • De manière avantageuse, le présent procédé permet également de fabriquer un ensemble 8 tel que celui illustré à la figure 6, comportant un dispositif de régulation thermique déposé sur une portion 9 de géométrie complexe, c'est-à-dire non plane d'un corps 10. A cet effet, les mêmes étapes que celles décrites précédemment peuvent être mises en œuvre :
    • une couche 2 d'un polymère isolant électrique, par exemple du polyimide, est déposée sur la portion 9 de forme incurvée du corps 10, par une technique adaptée, par exemple par projection thermique,
    • une couche d'inconel (marque déposée) est déposée sur la couche de polyimide par exemple par dépôt en phase vapeur,
    • un usinage de la couche d'inconel (marque déposée) permet de réaliser un circuit électrique 4,
    • ce dernier est recouvert d'une couche 5 de polyimide déposée par projection thermique 11.
  • Tel qu'il ressort de ce qui précède, et comme il a déjà été indiqué ci-dessus, le procédé selon l'invention permet avantageusement de pallier aux inconvénients de l'état de la technique, et d'équiper tous types de surface, c'est-à-dire quelle que soit sa forme ou le matériau la constituant, d'un dispositif de régulation thermique formé d'une piste résistive encapsulée entre deux couches d'un matériau isolant électrique.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication d'un ensemble (6, 8) formé d'un corps (1, 10) et d'un dispositif de régulation de la température du corps (1, 10), consistant à réaliser, dans l'ordre, les étapes suivantes :
    - Application d'une couche (2) d'un polymère isolant électrique sur au moins une portion (7, 9) dudit corps (1, 10),
    - Application d'une couche (3) d'un alliage résistif sur ledit polymère,
    - Gravure de la couche d'alliage résistif en vue de réaliser une piste électrique (4),
    - Application d'une couche (5) d'un polymère isolant électrique sur la couche (3) d'alliage résistif gravée.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de gravure est réalisée selon le cas par laser, par usinage, par attaque chimique.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dépôt de chaque couche (2, 5) de polymère isolant électrique est réalisé selon le cas par voie humide, par voie sèche, par voie thermique ou par projection thermique.
  4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dépôt de chaque couche (2, 5) de polymère isolant électrique est réalisé par une technique selon le cas de dépôt électrolytique, de dépôt chimique statique ou dynamique, de dépôt physique ou chimique en phase vapeur assisté ou non par plasma, de dorure, d'argenture, d'étamage par immersion, de flammage, de projection dynamique par gaz froid.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise un alliage résistif choisi parmi la liste comportant du nickel-chrome tel que l'inconel (marque déposée), du cuivre-nickel tel que le constantan, et tout autre alliage résisitif.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise un polymère isolant électrique choisi parmi la liste comportant les polymères suivants : polyimide, polytétrafluoroéthylène (PTFE), polyétheréthercétone (PEEK), silicone, résine, thermoplastique.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise un corps (1, 10) fabriqué en un matériau adapté pour une impression 3D.
  8. Ensemble (6, 8) formé d'un corps (1, 10) et d'un dispositif de modification de la température du corps (1, 10) obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  9. Ensemble (6, 8) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est relié à un système de pilotage à distance de la température à conférer audit corps (1, 10).
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