FR3136929A1 - Film chauffant destine a un plancher chauffant pour vehicules et plancher chauffant incorporant un tel film - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un film chauffant destiné à un plancher chauffant pour véhicules, notamment ferroviaires, comprenant un support plan qui présente des orifices traversants et un élément chauffant plan constitué d’un fil conducteur électrique et fixé sur ledit support, ledit fil s’étendant selon un motif déterminé. Elle concerne également un plancher chauffant incorporant un tel film chauffant. Figure pour l’abrégé : Fig.2

Description

FILM CHAUFFANT DESTINE A UN PLANCHER CHAUFFANT POUR VEHICULES ET PLANCHER CHAUFFANT INCORPORANT UN TEL FILM

La présente invention concerne le domaine technique des films chauffants destinés à un plancher chauffant pour un véhicule et des planchers chauffants pour un véhicule, notamment un véhicule ferroviaire.

De façon connue, un tel plancher comporte une âme qui peut être une structure alvéolaire ou en nid d'abeille, une mousse, en bois ou en composite, entre un panneau supérieur et un panneau inférieur, généralement en aluminium ou en composite. Tous ces éléments sont collés entre eux au moyen d'une colle appropriée.

Sur le panneau supérieur du plancher est généralement prévu un revêtement de sol et, sous le panneau inférieur, une couche d'isolation thermique.

Un film chauffant est prévu entre la face inférieure du panneau inférieur et la couche d'isolation thermique. Cette dernière permet d’isoler thermiquement le film chauffant de l'environnement extérieur du plancher.

De tels planchers sont décrits par exemple dans le document CN 102180175.

Ils présentent l'inconvénient d'être d'une réalisation complexe et d'une performance thermique relativement faible, puisque l’énergie thermique doit traverser toute la structure du plancher avant d’atteindre la pièce à chauffer.

C’est pourquoi le brevet FR3086626 décrit un plancher chauffant pour un véhicule ferroviaire qui comprend un film chauffant collé entre le panneau supérieur et l’âme du plancher.

Ce plancher permet de mieux chauffer le véhicule ferroviaire, tout en évitant ou limitant la présence d’une isolation thermique sous la face inférieure du panneau inférieur du plancher.

Ce film chauffant comprend un élément chauffant sous la forme d’une piste conductrice chauffante qui est placée à plat entre au moins deux couches de polyester, une couche de polyuréthane recouvrant chacune des couches de polyester placée à l’extérieur.

Ces couches de polyuréthane permettent de garantir une bonne adhésion du film chauffant aux autres éléments du plancher, tout en permettant l’utilisation de colles conventionnelles.

Ce plancher apporte satisfaction mais présente l’inconvénient d’utiliser un film chauffant nécessitant plusieurs couches de matériaux différents pour permettre son collage aux autres éléments du plancher.

Par ailleurs, des exigences nouvelles sont apparues, notamment celle de disposer de films chauffants générant, en utilisation, une chaleur différenciée sur leur surface ou encore présentant un contour de forme complexe et ce film chauffant n’est pas adapté à ces exigences.

L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un film chauffant destiné à un plancher chauffant pour véhicules, notamment ferroviaires, dont la structure est simplifiée et qui s’adapte à ces exigences tout en permettant une bonne adhésion aux autres éléments du plancher, en utilisant des colles traditionnelles.

L’invention a également pour objet de proposer un plancher chauffant pour véhicules, notamment ferroviaires, dont le prix de revient est réduit et permettant de mieux chauffer le véhicule ferroviaire, tout en présentant des caractéristiques mécaniques similaires à celles des planchers connus.

L'invention a ainsi pour objet un film chauffant destiné à un plancher chauffant pour véhicules, notamment ferroviaires, comprenant un support plan qui présente des orifices traversants et un élément chauffant plan constitué d’un fil conducteur électrique et fixé sur ledit support, ledit fil s’étendant selon un motif déterminé.

Le film chauffant selon l'invention peut également présenter de manière avantageuse l'une et/ou l'autre des caractéristiques suivantes :
- le fil chauffant est fixé sur ledit support par collage ou couture.
- l’élément chauffant présente un diamètre compris entre 0,01 mm et 3 mm et, de préférence, entre 0,01 mm et 0,5 mm.
- le support plan est formé d’une association de fils et/de fibres ménageant entre eux des espaces libres au travers du support.
- le support plan est formé d’un treillis ou d’une grille.
- L’élément chauffant présente une densité de fils variable sur sa surface.

Elle concerne aussi un plancher chauffant pour véhicules ferroviaires comprenant une âme entre un panneau supérieur destiné à être recouvert d'un revêtement de sol et un panneau inférieur, ainsi qu'un film chauffant selon l’invention, collé entre ledit panneau supérieur et ladite âme.

Elle concerne aussi un plancher chauffant pour véhicules ferroviaires comprenant une âme entre un panneau supérieur destiné à être recouvert d'un revêtement de sol et un panneau inférieur, ainsi qu'un film chauffant selon l’invention, collé entre ledit panneau supérieur et le revêtement de sol.

Le plancher selon l'invention peut également présenter de manière avantageuse l'une et/ou l'autre des caractéristiques suivantes :
– l’âme du plancher est une structure alvéolaire ou en nid d’abeille ou encore une mousse, réalisée en une matière plastique, métallique ou composite, ou encore une structure en bois , liège ou en composite ;
–le panneau supérieur et/ou le panneau inférieur peuvent être réalisés en une matière métallique, composite ou plastique, ou encore en bois ;
–la colle utilisée pour coller les éléments à l'intérieur du plancher est à base de polyester, de polyéther ou de polyuréthane ;
–l'épaisseur de la couche de colle est de l’ordre de quelques dixièmes de millimètre.

L’invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est faite au regard des figures suivantes sur lesquelles :

, une vue schématique en coupe d’un exemple de plancher chauffant selon l’invention ;

, une vue schématique de face illustrant un exemple de support d’un film chauffant selon l’invention ;

, une vue schématique de face illustrant un exemple de film chauffant selon l’invention comportant le support illustré à la et un fil conducteur réparti selon un motif donné ;

, un détail de la montrant la fixation du fil conducteur sur le support ;

, un diagramme donnant en abscisses, la demi-largeur d‘un premier exemple de film chauffant selon l’invention et en ordonnées la température de surface du film chauffant, en utilisation, ce premier exemple de film comportant une densité uniforme de fils conducteur sur la surface de l’élément chauffant et

, un diagramme donnant en abscisses, la demi-largeur d‘un deuxième exemple de film chauffant selon l’invention et en ordonnées la température de surface du film chauffant, en utilisation, ce deuxième exemple de film comportant une densité variable de fils conducteur sur la surface de l’élément chauffant

La illustre un plancher 1 qui est monté sur la structure d’un véhicule, dans cet exemple un véhicule ferroviaire, grâce à des moyens de suspension 3, lesquels sont des découpleurs mécaniques.

Ce plancher 1 comporte une âme 4, se présentant par exemple sous la forme d’une structure alvéolaire ou en nid d’abeille, entre un panneau supérieur 50 et un panneau inférieur 51.

Comme l'illustre la , le panneau supérieur 50 du plancher est recouvert, sur sa face supérieure 500, d'un revêtement de sol 70 puisqu’il est situé vers l'intérieur du véhicule ferroviaire, tandis que le panneau inférieur 51 sera situé du côté de la voie sur laquelle le véhicule ferroviaire va rouler.

La montre également qu'un film chauffant 6 est situé entre le panneau supérieur 50 du plancher et la structure alvéolaire 4.

Ainsi, avec le plancher selon l'invention, le film chauffant 6 fait partie intégrante de la structure du plancher.

Or, ce plancher est soumis à des contraintes mécaniques importantes, notamment des vibrations engendrées à l'intérieur du véhicule lorsqu'il roule.

Avec la structure illustrée sur la , le film chauffant est localisé au plus près de l’habitacle du véhicule, ce qui permet de le chauffer beaucoup plus rapidement que lorsque le film est situé sous la face inférieure du panneau inférieur du plancher.

Par ailleurs, ce positionnement permet de bénéficier de l'isolation thermique assurée par l’âme 4 du plancher. Il devient donc inutile de prévoir une isolation thermique sous la face inférieure 510 du panneau inférieur 51, comme dans un plancher chauffant classique.

Ainsi, la référence 71 désigne une couche d'isolation acoustique qui n'est prévue que dans les zones où se trouvent les bogies, lorsqu’il s’agit d’un véhicule ferroviaire. On comprend donc que cette couche 71 ne joue aucun rôle dans l'isolation du film chauffant et/ou dans les performances thermiques du plancher.

L’âme 4 peut être réalisée en une matière plastique ou métallique, ou encore en bois ou en composite. Il peut notamment s'agir d'une mousse de polyester (PET) dont l'épaisseur est par exemple comprise entre 35 et 10 millimètres.

Cette âme présente des caractéristiques mécaniques et thermiques qui sont fonction de sa structure, de son épaisseur et de sa matière constitutive.

Chacun des panneaux 50 et 51 peut être réalisé en une matière métallique, composite ou plastique ou encore en bois.

Ainsi, ces panneaux peuvent être réalisés en une matière composite à base de résine et de fibres ou encore en une feuille d'aluminium. Dans ce dernier cas, l'épaisseur du panneau supérieur 50 peut être choisie entre 1 et 2,5 mm, tandis que l'épaisseur du panneau inférieur 51 peut être choisie entre 1 et 1,5 mm.

Le revêtement de sol 7 peut par exemple être réalisé en caoutchouc et présenter une épaisseur d’au moins 2 mm.

Enfin, le film chauffant 6 se présente sous la forme d'une couche mince dont l’épaisseur est comprise entre 0,02 et 4 mm.

Dans l’exemple illustré aux figures 2 et 3, le film chauffant comprend un support plan 8 présentant la forme d’une grille ou d’un treillis, constitué (e) ici d’un assemblage de deux séries de fils 80 et 81, disposées perpendiculairement l’une par rapport à l’autre.

Cette grille peut être obtenue par tissage de fils naturels et/ou synthétiques et/ou métalliques ou encore par pressage d’une matière plastique.

Elle ménage des espaces vides entre les fils, en d’autres termes des mailles. Ces mailles ont, dans cet exemple une forme de carré, dont un côté a une valeur par exemple comprise entre 1 et 20 mm.

De façon générale, les dimensions des mailles est choisie pour que la colle qui va être utilisée puisse facilement pénétrer à travers elles.

L’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation et la grille peut être constitué de fils entrecroisés de manière quelconque, que ces fils soient tissés ou soudés entre eux.

Ainsi, de manière générale, le support plan peut être formé de tout matériau s’étendant en nappe et présentant des orifices traversants pour le passage de la colle.

Il peut par exemple s’agir d’une association de fils et/de fibres ménageant entre eux des espaces libres au travers du support, par exemple un non-tissé ou encore un tissu dont le tissage est peu serré.

On peut notamment citer, à titre d’exemples non limitatifs, les matériaux commercialisés sous la dénomination TDS par la société SMI Isolation (Grille en fibres de verre) ou encore sous la dénomination Quattro Ceramic (tissu strech) par la société Physiokontact.

On peut également envisager un support réalisé en une matière étanche, comme un film plastique, par exemple en polyuréthane qui est percé d’orifices traversants.

L’épaisseur de ce support est comprise entre 0,01 et 3 mm et, de préférence, entre 0,05 et 1 mm.

Dans l’exemple illustré sur les figures 2 et 3, le support plan présente la forme d’un carré. Cependant, l’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation et le support peut présenter une forme quelconque.

Ce support plan supporte un élément chauffant 9 qui est constitué d’un fil conducteur électrique 90, fixé sur ledit support selon un motif déterminé.

Dans le cas d’une utilisation dans un plancher chauffant, recouvert d’un revêtement de sol, l’élément chauffant peut être fixé entre la face supérieure du panneau et le revêtement de sol.

Il convient de noter que dans l’exemple illustré, aucun élément n’est fixé sur cet élément chauffant, après sa fixation sur une face du support 8. En particulier, il n’est pas nécessaire qu’un autre support soit fixé sur l’élément chauffant. En revanche, si l’élément chauffant est fixé entre deux supports, ces deux supports doivent répondre aux mêmes caractéristiques que le support 8, de façon à ce que la colle qui sera utilisée puisse pénétrer à travers ces deux supports.

Ce fil conducteur comporte une âme réalisée en un matériau conducteur électrique et une gaine électriquement isolante qui entoure l’âme.

Le matériau constitutif de l’âme peut être par exemple de l’acier, de l’inox, du cuivre, du carbone, de l’aluminium ou tout autre matériau conducteur.

L’âme peut se présenter sous la forme d’un monobrin ou d’un multibrins.

Elle peut également comprendre un élément de renfort comme une tresse en Kevlar® ou en fibres de verre.

Le matériau constitutif de la gaine peut être un isolant électrique quelconque, par exemple du PVC, du silicone ou du téflon. Il est choisi en fonction de la tenue en température qui est souhaitée.

L’élément chauffant présente un diamètre par exemple compris entre 0,01 mm et 3 mm et, de préférence, entre 0,01 mm et 0,5 mm.

Dans l’exemple illustré à la , le fil conducteur 90 s’étend sur sensiblement toute la surface du support 8 et il réparti selon cinq zones : les zones latérales 91 à 94 situées sur chacun des côtés du support 8 et une zone centrale 95 située au centre du support.

Dans chacune de ces zones, le fil est disposé de façon à former une sinusoïde.

Si l’on se réfère par exemple à la zone centrale 95, le fil 90 comprend ainsi une série de parties droites 950, une première série de tronçons courbes 951 et une deuxième série de tronçons courbes 952.

Chaque tronçon courbe 951 de la première série relie une première extrémité d’un tronçon droit 950 à une première extrémité d’un autre tronçon droit 950 adjacent.

Chaque tronçon courbe 952 de la deuxième série relie une deuxième extrémité, opposée à la première, d’un tronçon droit 950 à une deuxième extrémité, opposée à la première, d’un tronçon droit 950 adjacent.

Les autres zones 91 à 94 ne sont pas décrites en détail car cette description serait similaire à celle faite pour la zone centrale 95.

Chacune des deux extrémités libres 900, 901 du fil conducteur 90 est destinée à être reliée à une alimentation électrique (non illustrée).

L’intensité du courant est typiquement comprise entre 0,1 et 10 Ampères, sans que cela soit limitatif.

Le fil 90 est fixé sur le support 8 par tout moyen approprié et notamment par couture ou collage.

Les colles suivantes peuvent être par exemple utilisées : colle transfert, colle à chaud ou encore colle bi-composant.

Le fil peut également être fixé sur le support au moyen d’une couture.

La montre un détail de la situé au niveau d’un tronçon courbe 951. Cette couture est réalisée de façon classique de façon à permettre la liaison du fil conducteur 90 avec le support 8. Dans l’exemple illustré à la , la couture 902 est en zig-zag. Une machine à coudre industrielle standard peut permettre de réaliser cette couture.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce type de couture.

La montre également que l’espacement entre les parties droites des sinusoïdes d’une zone peut varier d’une zone à l’autre. Ainsi cet espacement est plus important dans la zone centrale 95 que pour les zones latérales 91 à 94. Cet espacement permet d’ajuster la densité du fil dans chaque zone. Dans l’exemple illustré à la , cette densité est plus importante dans les zones latérales que dans la zone centrale.

Ceci constitue un avantage du film chauffant selon l’invention. En effet, le fil présente un diamètre tel qu’il peut être facilement courbé sans être détérioré. Ceci permet de positionner le fil selon un motif présentant des parties courbes, comme une sinusoïde, et également d’augmenter la densité du fil en adaptant en conséquence le motif.

Un film chauffant selon l’invention permet d’obtenir une puissance par surface comprise entre 100 et 1000 W/m².

L’intérêt de moduler la densité du fil va maintenant être expliqué en référence aux figures 5 et 6.

Ces figures donnent, en ordonnées et en degré C°, la température de surface du film chauffant lorsque celui-ci est alimenté en courant électrique, en fonction de la demi-largeur, c’est-à-dire de la distance en mètres entre le centre du support et l’un de ses bords, en abscisses.

La courbe de la correspond à un film chauffant selon l’invention présentant une densité de fil conducteur uniforme sur la surface du support.

Elle montre que, dans cette situation, la température de surface du support décroit depuis le centre jusqu’au bord du support et passe ainsi de 30°C à 23°C.

La courbe de la correspond à un film chauffant selon l’invention présentant une densité de fil conducteur différenciée sur la surface du support, la densité étant plus importante sur les bords du support que dans sa partie centrale. Il s’agit donc d’un film chauffant du type illustré aux figures 2 et 3.

La courbe de la montre qu’avec un tel film, la température de surface du support est maintenue constante sur la moitié de la largeur du support et qu’elle ne décroît que de 30° C à 25,5° C.

On comprend donc qu’en permettant d’adapter la densité de fil conducteur dans le film chauffant, l’invention permet d’obtenir des films et des planchers chauffants qui apporteront plus de confort aux utilisateurs.

Il convient également de noter que l’utilisation d’un fil conducteur de faible diamètre pour réaliser l’élément chauffant permet de réaliser des films chauffants de forme quelconque, présentant par exemple de nombreuses découpes. En effet, il sera possible de déterminer un motif pour le fil, adapté à la forme de ce support et assurant une densité de fil conducteur convenant à l’application en cause.

On va maintenant s’intéresser au collage du film chauffant selon l’invention entre le panneau supérieur 50 du plancher et la structure alvéolaire 4.

Ce collage est classiquement réalisé avec des colles notamment à base de polyester, de polyéther ou de polyuréthane et elles sont parfaitement efficaces pour fixer par exemple l’âme 4 sur les panneaux inférieur et supérieur du plancher. Toute autre colle certifiée ferroviaire pourrait également être utilisée.

La couche de colle présente une épaisseur de quelques dixièmes de mm.

Dans la mesure où le film chauffant 6 ne comporte qu’un support et que ce support présente des trous traversants, la colle peut d’une part, facilement pénétrer à travers le support et d’autre part, entourer le fil conducteur formant l’élément chauffant.

Ainsi, rien ne fait obstacle à ce que le film chauffant 6 puisse être collé à l'intérieur de la structure du plancher 1 à l'aide des colles qui sont classiquement utilisées dans le domaine ferroviaire pour la construction des planchers. Comme indiqué précédemment, il s'agit notamment de colles à base de polyester, de polyéther ou de polyuréthane.

Ainsi, le fait de prévoir le film chauffant à l'intérieur de la structure du plancher ne modifie pas les techniques de fabrication qui sont classiquement utilisées pour des planchers ne comportant pas de film chauffant dans leur structure.

Par ailleurs, la fixation du film chauffant est résistante dans le temps, malgré les vibrations auxquelles le véhicule est soumis.

Ainsi, cette solution évite de mettre en œuvre des colles différentes de celles communément utilisées pour la construction des planchers ferroviaires et qui bénéficient de toutes les certifications pour ce marché ou encore d'autres procédés qui seraient les uns et les autres dommageables à la résistance mécanique du plancher.

Par ailleurs, par rapport au film chauffant décrit dans le brevet FR3086626, la structure du film chauffant selon l’invention est très simplifiée puisqu’il n’est plus nécessaire de prévoir une couche de polyuréthane sur chacune des couches support, entre lesquelles l'élément chauffant est placé.

On peut encore noter que le plancher selon l'invention présente des performances feu ou fumée qui sont similaires à celles d'un plancher ne comportant pas de film chauffant. En effet, la quantité de polyuréthane introduite dans la structure du plancher est très faible, l'épaisseur des couches de polyuréthane étant de l'ordre de quelques microns.

Ainsi, le plancher chauffant selon l'invention est d'une réalisation simplifiée puisqu’il évite l'utilisation d'une couche d'isolation thermique sous le plancher, tout en présentant des performances de chauffage plus importantes que les planchers classiques et des performances mécaniques similaires à ceux-ci.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation du plancher chauffant qui vient d'être décrit. En particulier, les matériaux constitutifs des différents éléments décrits peuvent varier.

Claims (10)

1. Film chauffant destiné à un plancher chauffant pour véhicules, notamment ferroviaires, comprenant un support plan qui présente des orifices traversants et un élément chauffant plan constitué d’un fil conducteur électrique et fixé sur ledit support, ledit fil s’étendant selon un motif déterminé.
2. Film chauffant selon la revendication 1 dans lequel le fil chauffant est fixé sur ledit support par collage ou couture.
3. Film chauffant selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l’élément chauffant présente un diamètre compris entre 0,01 mm et 3 mm et, de préférence, entre 0,01 mm et 0,05 mm.
4. Film chauffant selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel le support plan est formé d’une association de fils et/de fibres ménageant entre eux des espaces libres au travers du support.
5. Film chauffant selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le support plan est formé d’un treillis ou d’une grille.
6. Film chauffant selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel l’élément chauffant présente une densité de fil variable sur sa surface.
7. Plancher chauffant pour véhicules ferroviaires comprenant une âme (4) entre un panneau supérieur (50) destiné à être recouvert d'un revêtement de sol et un panneau inférieur (51), ainsi qu'un film chauffant collé entre ledit panneau supérieur (50) et ladite âme (4), ledit film chauffant étant conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 5.
8. Plancher selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’âme (4) est une structure alvéolaire ou en nid d’abeille, ou encore en mousse, réalisée en une matière plastique, composite ou métallique, ou encore une structure en bois, en composite ou en bois.
9. Plancher selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le panneau supérieur et le panneau inférieur peuvent être réalisés en une matière métallique, composite ou plastique, ou encore en bois.
10. Plancher selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'adhésif utilisé pour coller ensemble le panneau supérieur, le film chauffant, l’âme et le panneau inférieur, est à base de polyester, de polyéther ou de polyuréthane.