FR3127096A1 - Electric heater - Google Patents
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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). FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1aElectric 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). FIGURE OF THE ABRIDGE: Fig. 1a
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.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION
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 an electric heater 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).
OBJET DE L’INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION
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.To this end, provision is made, according to the invention, for an electric heating device, comprising:
- a block ; And
- At least a first electric heating resistor.
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.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 bearing this at least one heating resistor and the device electric heater comprising at least first and second electrodes electrically connected together 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 combination of graphene and/or graphene oxide in the form of a resistive layer carried by the UHPFRC block, against this block, makes it possible to have a heating device that 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.In addition, 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-reinforced 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.Moreover, 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 :In accordance with the invention, the first heating resistor can, depending on the case:
- comporter, du graphène tout en étant exempte d’oxyde de graphène ; ou- contain graphene while being free of graphene oxide; Or
- comporter, de l’oxyde de graphène tout en étant exempte de graphène ; ou- contain graphene oxide while being free of graphene; Or
- comporter, un mélange de graphène et d’oxyde de graphène.- contain 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 :The use of graphene and/or graphene oxide in the electrical heating resistance associated with the Ultra High-Performance Fiber Concrete block provides a very high performance electrical heating device which has:
- 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) ;- 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 W.m-1.K -1);
- une rapide diffusion de chaleur par rayonnement de chaleur de la résistance en graphène et/ou oxyde de graphène ;- rapid heat diffusion by heat radiation from the graphene and/or graphene oxide resistor;
- un rapide transfert de chaleur par conduction de la résistance vers le bloc ;- rapid heat transfer by conduction from the resistor to the block;
- un très bon rendement de transfert thermique de la résistance vers le bloc en BFUP ;- very good heat transfer efficiency from the resistor to the UHPFRC block;
- une très bonne inertie thermique du fait de la masse du bloc qui permet un stockage / accumulation de chaleur pendant la chauffe ;- very good thermal inertia due to the mass of the block which allows storage / accumulation of heat during heating;
- 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 very good ability to diffuse heat by thermal radiation and by convection after the heating of the resistor has stopped.
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.In addition, as graphene and graphene oxide have very good breaking strength, the heating resistance 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 :Depending on the case, the heating device according to the invention can be arranged for:
- 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- constitute a conventional radiator, with for example a wall fixing or support feet for positioning on the floor or support feet with 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
- constituer une dalle de sol chauffante (plancher chauffant d’un bâtiment) permettant de chauffer des volumes plus importants par le sol ; ou pour- create a heated floor slab (heated floor of a building) allowing larger volumes to be heated by the floor; or for
- constituer une dalle chauffante extérieure, pour obtenir un sol antigivre ; ou pour- constitute an external heating slab, to obtain an anti-icing floor; or for
- constituer un mur chauffant ou une paroi chauffante, intérieure ou extérieure d’un bâtiment.- 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 oxide of graphene and by eliminating 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 has no 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.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.
Préférentiellement, l’agent surfactant est choisi pour avoir une balance hydrophile/hydrophobe comprise entre 18 et 20.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 :Reference will be made to the attached drawings, among which:
Claims (27)
- un bloc (1) ; et
- au moins une première résistance électrique de chauffe (2), 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 (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 electrical resistance heater (2), 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 electrical resistance heater (2) is made of a material which contains graphene or graphene oxide or a mixture of graphene and graphene oxide, said at least a first resistor (2) being in contact against at least a first surface of the block (1), said block carrying this at least one heating resistor (2) and the electrical heating device (0) comprising at least first and second electrodes (3a, 3b) electrically connected to each other via said at least one first heating resistor ( 2).
- 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 ; et/ou
- des additions de type calcaire de granulométrie comprise entre 0,1 et 15 µm ; et/ou
- 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.Heating device according to any one of Claims 1 to 11, in which the ultra-high performance fiber-reinforced concrete of the block comprises, when hardened:
- 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 maximum size exclusively less than or equal to 2 mm; and or
- additions of the limestone type with a particle size between 0.1 and 15 µm; and or
- additions of the 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
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ID=79270013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2109751A Pending FR3127096A1 (en) | 2021-09-16 | 2021-09-16 | Electric heater |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4152890A3 (en) |
FR (1) | FR3127096A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012127064A2 (en) * | 2011-03-24 | 2012-09-27 | ULRICH, Peter G. | Heating device |
US20200323043A1 (en) * | 2016-10-17 | 2020-10-08 | David Fortenbacher | Heated reinforcement bars and associated laminates |
US10841982B2 (en) * | 2016-10-20 | 2020-11-17 | Salah S. Sedarous | Paintable surface heating system using graphene nano-platelets apparatus and method |
-
2021
- 2021-09-16 FR FR2109751A patent/FR3127096A1/en active Pending
-
2022
- 2022-09-14 EP EP22195592.5A patent/EP4152890A3/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012127064A2 (en) * | 2011-03-24 | 2012-09-27 | ULRICH, Peter G. | Heating device |
US20200323043A1 (en) * | 2016-10-17 | 2020-10-08 | David Fortenbacher | Heated reinforcement bars and associated laminates |
US10841982B2 (en) * | 2016-10-20 | 2020-11-17 | Salah S. Sedarous | Paintable surface heating system using graphene nano-platelets apparatus and method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4152890A3 (en) | 2023-05-31 |
EP4152890A2 (en) | 2023-03-22 |
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