FR2995315A1 - Product, useful in a coating and a heating plate of a radiator, comprises a binder, microcapsules containing a phase change material, and a thermally conducting load having specific thermal conductivity - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne des produits couvrants contenant des matériaux à changement de phase microencapsulés, ainsi qu'un radiateur électrique utilisant un de ces produits couvrants. Il existe des produits qui comportent un liant dans lequel sont incorporées des microcapsules de matériaux à changement de phase (nommées MCP dans la suite de ce texte). De tels produits sont prévus pour stocker de l'énergie thermique lors de périodes chaudes et de restituer cette énergie thermique lors de périodes froides. Le stockage de cette énergie thermique est possible grâce aux changements de phase des MCP. 1() Au-delà d'une température ambiante, ou d'une plage de température ambiante, propre à chaque MCP, celui-ci se liquéfie en absorbant la chaleur ambiante (changement d'état endothermique appelé "fusion"). Lorsque la température ambiante diminue, le MCP se solidifie et restitue l'énergie stockée sous forme de chaleur latente (changement d'état exothermique appelé "cristallisation"). 15 Dans le cadre de la cristallisation, le changement d'état est initié par une baisse de la température alors que la réaction libère de l'énergie sous forme de chaleur. Cette présence de deux phénomènes antagonistes dans une même réaction crée un certain équilibre, ce qui peut amener une cristallisation incomplète du MCP et donc diminue l'efficacité de celui-ci d'autant plus que les produits actuels sont épais (entre 1 et 4 cm) 20 ce qui amplifie le phénomène. Ce phénomène d'antagonisme des réactions est également observé dans le cadre de la fusion. Un objet de la présente invention est de proposer un produit contenant des matériaux à changement de phase microencapsulés qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur et qui en particulier permet un meilleur transfert de la 25 chaleur lors de la solidification des MCP et une plus grande réactivité. Cette réactivité est encore améliorée par une augmentation de la surface d'échange. A cet effet, est proposé un produit comprenant: - un liant, 30 - des microcapsules contenant un matériau à changement de phase, et - une charge thermiquement conductrice dont la conductivité thermique est égale ou supérieure à 1 W.m-1.K-1. L'invention propose également un enduit comportant le produit selon la variante précédente et un agent épaississant.The present invention relates to covering products containing microencapsulated phase change materials, as well as to an electric heater using one of these covering products. There are products which comprise a binder in which are incorporated microcapsules of phase change materials (named MCP in the following text). Such products are designed to store thermal energy during hot periods and to restore this thermal energy during cold periods. The storage of this thermal energy is possible thanks to the phase changes of the MCP. 1 () Beyond a room temperature, or room temperature range, specific to each MCP, it liquefies by absorbing ambient heat (endothermic state change called "melting"). When the ambient temperature decreases, the MCP solidifies and returns the stored energy in the form of latent heat (exothermic state change called "crystallization"). In the context of crystallization, the change of state is initiated by a drop in temperature while the reaction releases energy in the form of heat. This presence of two antagonistic phenomena in the same reaction creates a certain equilibrium, which can lead to an incomplete crystallization of the PCM and therefore decreases the efficiency of the latter especially as the current products are thick (between 1 and 4 cm ) Which amplifies the phenomenon. This phenomenon of antagonism of the reactions is also observed in the context of the fusion. An object of the present invention is to provide a product containing microencapsulated phase change materials which does not have the drawbacks of the prior art and which in particular allows a better transfer of heat during the solidification of the PCMs and a greater responsiveness. This reactivity is further improved by an increase in the exchange surface. For this purpose, there is provided a product comprising: - a binder, microcapsules containing a phase change material, and - a thermally conductive filler whose thermal conductivity is equal to or greater than 1 W.m-1.K-1. The invention also proposes a coating comprising the product according to the preceding variant and a thickening agent.
Avantageusement, l'agent épaississant comprend une charge de fibres de cellulose. Avantageusement, l'enduit comporte en poids par rapport au poids total de l'enduit: - entre 20% et 40%, préférentiellement 20,3%, de liant, - entre 40% et 60%, préférentiellement 54%, de microcapsules de MCP, - entre 10% et 30%, préférentiellement 13,5%, de charge thermiquement conductrice, et - entre 10% et 20%, préférentiellement 12,2%, d'agent épaississant.Advantageously, the thickening agent comprises a filler of cellulose fibers. Advantageously, the coating comprises, by weight relative to the total weight of the coating: - between 20% and 40%, preferably 20.3%, of binder, - between 40% and 60%, preferentially 54%, of microcapsules of MCP, between 10% and 30%, preferably 13.5%, of thermally conductive filler, and between 10% and 20%, preferably 12.2%, of thickening agent.
L'invention propose également une plaque de chauffage comportant des fibres de renfort et le produit selon la variante précédente dont le liant est composé d'un liant minéral et d'un liant organique. Avantageusement, la plaque de chauffage comporte en poids par rapport au poids total de la plaque de chauffage: - entre 12% et 42%, préférentiellement 24%, de liant minéral, - entre 2% et 10%, préférentiellement 5%, de liant organique, - entre 10% et 70%, préférentiellement 50%, de microcapsules de MCP, - entre 14% et 20%, préférentiellement 16%, de charge thermiquement conductrice, et - entre 1% et 5%, préférentiellement 5%, de fibres de renfort. L'invention propose également un radiateur comportant une résistance électrique noyée dans une plaque de chauffage selon l'une des variantes précédentes. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 est une représentation schématique d'un produit selon l'invention, et la Fig. 2 est une représentation schématique d'un enduit dérivé du produit de la Fig. 1, la Fig. 3 est une représentation schématique d'un radiateur électrique comportant des plaques de chauffage dérivées du produit de la Fig. 1, la Fig. 4 représente un radiateur électrique selon l'invention. Dans la suite de la description, les différents pourcentages sont des pourcentages en masse.The invention also proposes a heating plate comprising reinforcing fibers and the product according to the preceding variant, the binder of which is composed of a mineral binder and an organic binder. Advantageously, the heating plate comprises, by weight relative to the total weight of the heating plate: between 12% and 42%, preferably 24%, of inorganic binder, between 2% and 10%, preferably 5%, of binder organic, - between 10% and 70%, preferably 50%, microcapsules of MCP, - between 14% and 20%, preferably 16%, of thermally conductive filler, and - between 1% and 5%, preferably 5%, of reinforcing fibers. The invention also proposes a radiator comprising an electrical resistor embedded in a heating plate according to one of the preceding variants. The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of an exemplary embodiment, said description being made in connection with the attached drawings, among which: FIG. . 1 is a schematic representation of a product according to the invention, and FIG. 2 is a schematic representation of a coating derived from the product of FIG. 1, FIG. 3 is a diagrammatic representation of an electric heater having heating plates derived from the product of FIG. 1, FIG. 4 represents an electric radiator according to the invention. In the remainder of the description, the different percentages are percentages by weight.
La Fig. 1 montre un produit 100 comprenant: - un liant 102, - des microcapsules 104 contenant un matériau à changement de phase, et - une charge thermiquement conductrice 106.Fig. 1 shows a product 100 comprising: - a binder 102, - microcapsules 104 containing a phase change material, and - a thermally conductive filler 106.
La charge thermiquement conductrice 106 est constituée d'éléments dont la conductivité thermique est égale ou supérieure à 1W.m-1.K-1, Préférentiellement, le produit 100 ne comprend que les éléments précités. L'intégration de la charge thermiquement conductrice 106 dans le produit 100 permet l'amélioration du transfert thermique de l'énergie nécessitée ou générée par la réaction de changement de phase. Ceci lié à la grande surface d'échange du produit permet d'accroître dans de fortes proportions la réactivité des MCP. Le produit 100 ainsi constitué prend la forme d'une peinture. Le liant 102 est de préférence à base d'eau et d'alcool polyvinylique modifié ou tout autre liant compatible. L'alcool polyvinylique modifié est tel qu'un groupement éthylène est greffé sur la chaîne carbonée principale et présente une bonne capacité d'accroche sur un grand nombre de surfaces. La charge thermiquement conductrice 106 peut être une charge minérale, organique, métallique, inorganique. La charge thermiquement conductrice 106 est de préférence à base d'oxyde d'aluminium, mais elle peut être également: - de l'oxyde de titane, - du carbonate de calcium, - de la poudre d'aluminium, - de la poudre de kaolin, - du graphite. Les microcapsules 104 de MCP sont par exemple des microcapsules de paraffine mises en suspension dans l'eau. La Fig. 2 montre un enduit 200 réalisé à partir du produit 100 de la Fig. 1 et qui peut s'appliquer sur des parois. L'enduit 200 comporte le produit 100 et un agent épaississant 202 qui est incorporé au produit 100. L'agent épaississant 202 limite les phénomènes de fissuration de l'enduit. Préférentiellement, l'enduit 200 ne comprend que les éléments précités. L'enduit 200 comporte en poids par rapport au poids total de l'enduit 200: - entre 5% et 40%, préférentiellement 20%, de liant 102, - entre 30% et 70%, préférentiellement 55%, de microcapsules 104 de MCP, - entre 5% et 40%, préférentiellement 15%, de charge thermiquement conductrice 106, et - entre 5% et 30%, préférentiellement 10%, d'agent épaississant 202.The thermally conductive filler 106 consists of elements whose thermal conductivity is equal to or greater than 1W.m-1.K-1. Preferentially, the product 100 comprises only the aforementioned elements. The integration of the thermally conductive filler 106 in the product 100 allows the improvement of the heat transfer of the energy required or generated by the phase change reaction. This linked to the large exchange surface of the product makes it possible to greatly increase the reactivity of the PCMs. The product 100 thus formed takes the form of a paint. The binder 102 is preferably based on water and modified polyvinyl alcohol or any other compatible binder. The modified polyvinyl alcohol is such that an ethylene group is grafted onto the main carbon chain and has good tack on a large number of surfaces. The thermally conductive filler 106 may be a mineral, organic, metallic, inorganic filler. The thermally conductive filler 106 is preferably based on aluminum oxide, but may also be: - titanium oxide, - calcium carbonate, - aluminum powder, - powder of kaolin, - graphite. The MCP microcapsules 104 are, for example, paraffin microcapsules suspended in water. Fig. 2 shows a coating 200 made from the product 100 of FIG. 1 and which can be applied on walls. The coating 200 comprises the product 100 and a thickening agent 202 which is incorporated in the product 100. The thickening agent 202 limits the phenomena of cracking of the coating. Preferably, the coating 200 comprises only the aforementioned elements. The coating 200 comprises, by weight relative to the total weight of the coating 200: between 5% and 40%, preferably 20%, of binder 102, between 30% and 70%, preferably 55%, of microcapsules 104 of MCP, between 5% and 40%, preferably 15%, of thermally conductive filler 106, and between 5% and 30%, preferably 10%, of thickening agent 202.
Les pourcentages sont donnés ci-dessus lorsque l'enduit 200 est en phase liquide, et que la phase liquide provient du liant 102 qui est une suspension dans un solvant, préférentiellement de l'eau, et des microcapsules 104 de MCP qui sont en suspension dans un solvant, préférentiellement de l'eau. Le liant 102 est constitué de préférence de 6% à 15% d'alcool polyvinylique modifié dans de l'eau, préférentiellement de 12%, mais il peut être également un polymère acrylique modifié en dispersion aqueuse, du polyuréthane en dispersion aqueuse, ou tout autre liant apportant les mêmes propriétés. Les microcapsules 104 de MCP sont préférentiellement un mélange de microcapsules 104 dosées à 40% - 60% dans de l'eau.The percentages are given above when the coating 200 is in the liquid phase, and the liquid phase comes from the binder 102 which is a suspension in a solvent, preferably water, and microcapsules 104 of MCP which are in suspension in a solvent, preferably water. The binder 102 is preferably composed of 6% to 15% of polyvinyl alcohol modified in water, preferably 12%, but it can also be a modified acrylic polymer in aqueous dispersion, polyurethane in aqueous dispersion, or any other binder providing the same properties. The microcapsules 104 of MCP are preferably a mixture of microcapsules 104 assayed at 40% -60% in water.
L'agent épaississant 202 est de préférence une charge de fibres de cellulose dont les diamètres des fibres dépendent de l'aspect final de l'enduit 200 qui doit être obtenu. Lorsque l'enduit 200 est sec, il comporte en poids par rapport au poids total de l'enduit 200 pour les pourcentages particuliers définis ci-dessus: - 4,4% de liant 102, - 50,1% de microcapsules 104 de MCP, - 27,5% de charge thermiquement conductrice 106, et - 18% d'agent épaississant 202. Un exemple particulier de l'enduit 200 est réalisé à partir de: - 80 g de microcapsules 104 de MCP dans de l'eau, - 20 g de carbonate de calcium 106, - 30 g de liant 102, et - 18 g de fibres de cellulose 202. La viscosité de l'enduit 200 peut être réglée par l'ajout de fibres de cellulose complémentaires.The thickening agent 202 is preferably a filler of cellulose fibers whose fiber diameters depend on the final appearance of the coating 200 to be obtained. When the coating 200 is dry, it comprises by weight relative to the total weight of the coating 200 for the particular percentages defined above: 4.4% binder 102, 50.1% MCP microcapsules 104 27.5% thermally conductive filler 106, and 18% thickening agent 202. A particular example of the coating 200 is made from: 80 g of MCP microcapsules 104 in water, 20 g of calcium carbonate 106, 30 g of binder 102, and 18 g of cellulose fibers 202. The viscosity of the coating 200 can be adjusted by the addition of complementary cellulose fibers.
Un exemple d'un procédé de fabrication de 100 kg de l'enduit 200 comprend dans un récipient muni d'un agitateur: - l'introduction de 54kg de microcapsules 104 de MCP en suspension à 50% dans l'eau, - l'introduction de 13,5 kg de carbonate de calcium, - l'introduction de 20,3 kg d'alcool polyvinylique modifié, - l'introduction de 12,2 kg de fibres de cellulose, et - l'attente de l'obtention d'une pâte constituant l'enduit 200. Un exemple d'un autre procédé de fabrication de 100 kg de l'enduit 200 comprend dans un récipient muni d'un agitateur: - l'introduction de 54 kg de microcapsules 104 de MCP en suspension à 50% dans l'eau, - la mise en marche de l'agitateur, - l'introduction de 13,5 kg de dioxyde de titane, - l'introduction de 20,3 kg d'alcool polyvinylique modifié, - l'introduction de 12,2 kg de fibres de cellulose, et - l'attente de l'obtention d'une pâte constituant l'enduit 200. L'enduit 200 ainsi obtenu peut être appliqué sur tout type de parois. La Fig. 3 montre un radiateur électrique 50 comportant une résistance électrique 52 disposée dans une plaque de chauffage 300 dérivée du produit 100 de la Fig. 1. La plaque de chauffage 300 comporte le produit 100 et des fibres de renfort 302, préférentiellement des fibres de verre, qui sont incorporées au produit 100. Ces fibres de renfort renforcent la structure de la plaque de chauffage 300. Les fibres de renfort sont par exemple des fibres de verre.An example of a manufacturing process of 100 kg of the coating 200 comprises in a container equipped with an agitator: the introduction of 54 kg of MCP microcapsules 104 in suspension at 50% in water; introduction of 13.5 kg of calcium carbonate, - introduction of 20.3 kg of modified polyvinyl alcohol, - introduction of 12.2 kg of cellulose fibers, and - waiting for obtaining A paste constituting the coating 200. An example of another method of manufacturing 100 kg of the coating 200 comprises in a container equipped with an agitator: the introduction of 54 kg of microcapsules 104 of MCP in suspension at 50% in water, - start of agitator, - introduction of 13.5 kg of titanium dioxide, - introduction of 20.3 kg of modified polyvinyl alcohol, - introduction of 12.2 kg of cellulose fibers, and - waiting for obtaining a paste constituting the coating 200. The coating 200 thus obtained can be applied to any type of walls. Fig. 3 shows an electric heater 50 having an electrical resistor 52 disposed in a heating plate 300 derived from the product 100 of FIG. 1. The heating plate 300 comprises the product 100 and reinforcing fibers 302, preferably glass fibers, which are incorporated in the product 100. These reinforcing fibers reinforce the structure of the heating plate 300. The reinforcing fibers are for example glass fibers.
La plaque de chauffage 300 comprend ainsi: - un liant 102, - des microcapsules 104 contenant un matériau à changement de phase, - une charge thermiquement conductrice 106, et - des fibres de renfort 302, préférentiellement des fibres de verre.The heating plate 300 thus comprises: a binder 102, microcapsules 104 containing a phase-change material, a thermally conductive filler 106, and reinforcing fibers 302, preferably glass fibers.
Le liant 102 est composé d'un liant minéral et d'un liant organique. Préférentiellement, la plaque de chauffage 300 ne comprend que les éléments précités. La plaque de chauffage 300 comporte en poids par rapport au poids total de la plaque de chauffage 300: - entre 10% et 45%, préférentiellement 24%, de liant minéral, - entre 2% et 10%, préférentiellement 5%, de liant organique, - entre 10% et 70%, préférentiellement 50%, de microcapsules 104 de MCP, - entre 10% et 30%, préférentiellement 16%, de charge thermiquement conductrice 106, et - entre 1% et 10%, préférentiellement 5%, de fibres de renfort 302, préférentiellement des fibres de verre. Les pourcentages sont donnés ci-dessus lorsque la plaque de chauffage 300 est en phase liquide, et que la phase liquide provient du liant 102 qui est une suspension dans un solvant, préférentiellement de l'eau, et des microcapsules 104 de MCP qui sont en suspension dans un solvant, préférentiellement de l'eau. Le liant minéral est par exemple une solution de silice colloïdale. Le liant organique est par exemple une dispersion aqueuse de polyuréthane qui apporte une certaine souplesse à la plaque de chauffage 300, mais il peut être également un polymère acrylique modifié en dispersion aqueuse, un polymère styrène-acrylique en dispersion aqueuse, des alcools polyvinyliques modifiés, des éthers cellulosiques. Les microcapsules 104 de MCP sont préférentiellement un mélange de microcapsules 104 dosées à 50% - 55% dans de l'eau.The binder 102 is composed of a mineral binder and an organic binder. Preferably, the heating plate 300 comprises only the aforementioned elements. The heating plate 300 comprises, by weight relative to the total weight of the heating plate 300: between 10% and 45%, preferably 24%, of inorganic binder, between 2% and 10%, preferably 5%, of binder organic, - between 10% and 70%, preferably 50%, MCP microcapsules 104, - between 10% and 30%, preferably 16%, thermally conductive filler 106, and - between 1% and 10%, preferentially 5% reinforcing fibers 302, preferably glass fibers. The percentages are given above when the heating plate 300 is in the liquid phase, and the liquid phase comes from the binder 102 which is a suspension in a solvent, preferably water, and microcapsules 104 of MCP which are in suspension in a solvent, preferably water. The inorganic binder is, for example, a colloidal silica solution. The organic binder is for example an aqueous polyurethane dispersion which provides some flexibility to the heating plate 300, but it can also be an aqueous dispersion-modified acrylic polymer, a styrene-acrylic polymer in aqueous dispersion, modified polyvinyl alcohols, cellulose ethers. The microcapsules 104 of MCP are preferably a mixture of microcapsules 104 assayed at 50% -55% in water.
La charge thermiquement conductrice 106 est de préférence de type kaolinique. Les fibres de renfort 302 sont de préférence des fibres de verre d'une longueur comprise entre 1,5 à 5 mm, préférentiellement 3 mm. Lorsque la plaque de chauffage 300 est sèche, elle comporte en poids par rapport au poids total de la plaque de chauffage 300 pour les pourcentages particuliers définis ci-dessus: - 20% de liant minéral, - 5% de liant organique, - 41% de microcapsules 104 de MCP, - 26% de charge thermiquement conductrice 106, et - 8% de fibres de renfort 302, préférentiellement de fibres de verre. Un exemple d'un procédé de fabrication de 100 kg de la plaque de chauffage 300 comprend dans un récipient muni d'un agitateur: - l'introduction de 40 kg de microcapsules 104 de MCP en suspension à 50% dans de l'eau, - l'introduction de 40 kg de liant minéral contenant environ 40% en masse de charge thermiquement conductrice, - l'introduction de 5 kg de liant organique, - l'introduction de 5 kg de fibres de verre, et - l'attente de l'homogénéisation du mélange.The thermally conductive filler 106 is preferably of kaolinic type. The reinforcing fibers 302 are preferably glass fibers with a length of between 1.5 and 5 mm, preferably 3 mm. When the heating plate 300 is dry, it comprises by weight relative to the total weight of the heating plate 300 for the particular percentages defined above: - 20% of inorganic binder, - 5% of organic binder, - 41% of microcapsules 104 of MCP, 26% of thermally conductive filler 106, and 8% of reinforcing fibers 302, preferably of glass fibers. An example of a method for manufacturing 100 kg of the heating plate 300 comprises in a container equipped with an agitator: the introduction of 40 kg of microcapsules 104 of MCP in 50% suspension in water, the introduction of 40 kg of inorganic binder containing approximately 40% by mass of thermally conductive filler, the introduction of 5 kg of organic binder, the introduction of 5 kg of glass fibers, and the expectation of homogenization of the mixture.
La résistance électrique 52 prend la forme d'une trame chauffante couvrant le maximum de surface. La résistance électrique 52 est placée au centre de la cavité d'un moule et le mélange obtenu par le procédé de fabrication précédent est coulé dans la cavité afin de la remplir et de noyer la résistance électrique 52. L'ensemble ainsi moulé est entreposé dans une étuve ventilée à 50°C pour séchage, par exemple pendant 24 heures, puis à 80°C pendant 12 heures. L'ensemble ainsi séché constitue le radiateur électrique 50 auquel peuvent être adjoints un thermostat, des moyens de connexions électriques, un habillage...The electrical resistance 52 takes the form of a heating frame covering the maximum area. The electrical resistance 52 is placed in the center of the cavity of a mold and the mixture obtained by the preceding manufacturing process is poured into the cavity in order to fill it and to drown the electrical resistance 52. The assembly thus molded is stored in an oven ventilated at 50 ° C for drying, for example for 24 hours, then at 80 ° C for 12 hours. The assembly thus dried constitutes the electric radiator 50 to which may be added a thermostat, electrical connection means, a covering, etc.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art.Of course, the present invention is not limited to the examples and embodiments described and shown, but it is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art.
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