Brevet FR2123397A1 — publié le 19720908

2123397. La présente invention est relative à des appareils de cuisson et concerne plus particulièrement des appareils destinés à chauffer un récipient de cuisson placé sur ceux-ci. Des appareils de cuisson de ce type sont parfois appelés semelles de chauf-5 fage et un exemple de l'une d'elles est décrit dans le brevet US. 2 888 5U8. Suivant ce brevet, la semelle de chauffe est équipée d'une commande thermostatique qui comprend un détecteur de température agencé pour transmettre la température du fond du récipient chauffé jusqu'à l'élément thermostatique de la commande. Ce genre de commande thermostatique classique de semelle de chauffage donne 10 satisfaction quand on utilise des récipients fabriqués en un matériau tel que l'aluminium, le cuivre, l'acier inoxydable, ou matériau semblable, qui possède une conductibilité thermique suffisamment élevée pour permettre à la chaleur de se propager transversalement à travers le fond du récipient chauffé vers la zone de contact entre le détecteur de température et la paroi du récipient en qualité 15 sensiblement la même que celle qui est évacuée de celle-ci par le détecteur de température de sorte que la dite zone de contact reste à la même température que le reste du fond du récipient et la température ainsi détectée représente pratiquement la température réelle de cuisson en fonction de laquelle le fonctionnement de la semelle de chauffe doit être commandé. 20 Un problème se pose toutefois quand le récipient de cuisson qui doit être chauffé est fabriqué en un matériau peu conducteur de la chaleur comme, par exemple, le verre ou la céramique, qui empêche la propagation latérale de la chaleur à travers le fond du récipient à un point tel que la chaleur se propage vers la zone de contact avec le détecteur de température en quantité inférieure 25 à celle où elle est évacuée. Dans ces conditions, la température dans la zone de contact tombe en-dessous de celle de la partie restante du fond du récipient et, par conséquent, la température détectée ne représente pas une mesure fidèle de la température de cuisson réelle. Il en résulte que la commande de température n'est plus précise. Cette situation se complique encore si, après une évacua-30 tion donnée de chaleur de la partie de la surface où s'effectue la détection, la température détectée tombe en-dessous de la température ambiante relativement élevée à laquelle les éléments thermostatiques des dispositifs classiques sont habituellement exposés à cause de leur voisinage immédiat avec les éléments de chauffage de ces appareils. Dans ce cas, la température ambiante dépassera la 35 température détectée déterminant la commande, et celle-ci devient alors tout à fait fantaisiste. Le but de la présente invention est de réaliser un appareil de cuisson à semelle de chauffage muni d'une commande de température qui reste précise même quand on utilise des récipients de cuisson en verre ou en céramique. UO Dans cet objectif, l'invention consiste principalement en un appareil 72 02381 2 2123397. destiné à chauffer des récipients de cuisson et, plus particulièrement, ceux réalisés en verre ou en céramique, comprenant une semelle équipée d'un support pour le dit récipient, un moyen de chauffage pour chauffer le dit récipient placé sur le dit support et un moyen de commande du dit moyen de chauffage, le dit 5 moyen de commande comprenant un interrupteur thermostatique muni d'un élément sensible à la chaleur et un boîtier enveloppant le dit interrupteur en l'isolant du dit moyen de chauffage, le dit boîtier comprenant une partie conductrice de la chaleur disposée de manière à n'avoir pratiquement pas d'échange de chaleur avec le reste du boîtier et à être en contact thermique intime avec le dit élé-10 ment sensible à la température, cette partie du boîtier ayant des surfaces intérieure et extérieure réfléchissantes, à l'exception de la partie de surface extérieure qui est orientée vers le récipient de cuisson placé sur le support et qui est fortement absorbante de l'énergie rayonnée sous forme de chaleur dans la gamme des températures de cuisson. 15 Grâce à cet agencement, la commande de température est principalement tri butaire de l'énergie thermique rayonnée à partir du récipient qui chauffe, laquelle est absorbée et transmise à l'élément thermostatique du dispositif de commande par une partie du boîtier agissant comme un détecteur de température. Le dispositif de commande réagit donc à la chaleur rayonnée plutôt qu'à la cha-20 leur transmise par conduction à partir de la zone de détection. C'est pourquoi, et à cause du fait que des rayons infra-rouges sont toujours émis à partir du fond du récipient chauffé, en raison directe de sa température, le dispositif de commande fonctionne de façon sûre et précise. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va sui-25 vre d'une réalisation préférée, donnée à titre d'exemple aux dessins annexés. Sur ces dessins: - La figure 1 est une vue en plan d'un appareil de cuisson suivant l'invention. - La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, et 30 - La figure 3 est une vue explosée à grande échelle de l'interrupteur et de son boîtier, réalisés suivant l'invention. Comme indiqué aux dessins, la réalisation préférée suivant la présente invention comprend une semelle 10 destinée à supporter le récipient devant être chauffé (représenté en traits interrompus à la figure 2) et servant d'enceinte 35 à un élément chauffant 12 et à un dispositif de commande de température 14. Comme telle, la semelle 10 peut être de toute forme souhaitée pour correspondre au genre de récipient de cuisson qu'elle doit supporter. Elle comprend un fond î6, une paroi circulaire verticale 18 prolongeant le fond 16 et se terminant par une collerette galbée 20 destinée à recevoir le récipient dessiné en traits info} terrompus. La semelle 10 possède également des pieds 22 et une paire de poignées 72 02381 3 2123397 2k diamétralement opposées. La collerette 20 et la paroi 18 portent, comme indiqué en 26, une découpe pour faciliter l'enlèvement et le raccordement de l'élément chauffant 12 et du dispositif de commande 1U y associé, qui se prolongent de l'intérieur de la se-5 melle 10 vers une boîte de raccordement extérieure 28 permettant un réglage manuel. La semelle 10, comprenant la paroi 18 et la collerette 20, est, de préférence, fabriquée en une seule pièce, par exemple par estampage ou par moulage. Elle est, de préférence, réalisée en aluminium, parce que ce métal procure une 10 surface réfléchissante. L'élément chauffant 12 comprend une résistance électrique blindée classique en forme de serpentin de manière à répartir la chaleur de façon uniforme sur le fond du récipient posé sur la semelle. La résistance chauffante est placée de façon amovible, à une certaine distance du fond 16 de la semelle 10, sur deux 15 supports 30 fixés sur ce dernier, et dans un collier 32 qui maintient également un tube 38 allant de la boîte de raccordement 28 au dispositif de commande 1^. Le collier 32 possède une languette 1*0 qui s'enfonce dans une ouverture pratiquée dans le fond de la semelle et qui est maintenue dans celle-ci de manière amovible par une agrafe élastique (non représentée) s'appuyant contre la face 20 inférieure du fond 16. La boîte de raccordement 28 comprend un boîtier 1+2, réalisé de préférence en plastique moulé, contenant les bornes de l'élément chauffant 12 ainsi que les fils nécessaires à leur raccordement, par l'intermédiaire du dispositif de commande 1U (qui lui-même possède des fils passant par le tube 3 pour rejoindre 25 le boîtier h2) et d'une lampe au néon kk, à des fiches mâles h6, prévues pour la fiche d'une cordelière électrique devant y être raccordée. Le boîtier k2 supporte également une tige de commande 48 qui traverse le tube 38 pour rejoindre le dispositif de commande 1^ et qui possède, à son extrémité extérieure, un bouton 50 muni de repères pour le réglage manuel du dit dispositif de commande, 30 comme expliqué ci-après. Le dispositif de commande de température 14, qui est généralement disposé au centre de la semelle, comme montré aux figures 1 et 2, comprend un interrupteur thermostatique 52 (figures 2 et 3) constitué d'une lame bimétallique 56, de deux lames élastiques de contact 58 et 60 se trouvant normalement en position 35 fermée et un bras support 62, tous ces éléments étant montés sur un manchon 'yk et séparés les uns des autres par des rondelles isolantes. Le bras support 62 est muni d'un manchon 63 fileté intérieurement dans lequel se visse l'extrémité filetée de la tige de commande 1*8, l'extrémité filetée possédant un plongeur (non représenté) traversant une ouverture (non représentée) pratiquée dans la 40 lame 60 et venant appuyer sur la lame 58 de manière que, lors d'un réglage, la 72 02381 u 2123397- rotation du "bouton 50 fasse tourner l'extrémité filetée 64 de la tige 48 dans le manchon fixe 63 et, par conséquent, fasse avancer ou reculer le plongeur fixé sur l'extrémité filetée 64 afin de modifier l'écartement entre les lames de contact 58 et 60. Un plongeur 68, disposé sur la lame bimétallique 56, à proxi-5 mité de son extrémité libre , passe par une ouverture pratiquée dans la lame de contact 58 et vient appuyer sur la lame de contact 60 de manière que la courbure de la lame bimétallique 56, due à des changements de la température détectée, amène le plongeur 68 à agir sur la lame de contact 60 pour ouvrir ou pour fermer l'interrupteur 52, suivant le sens dans lequel la lamé bimétallique est fléchie, 10 consnandant ainsi l'alimentation de l'élément chauffant. L'interrupteur 52 est logé dans une enceinte perforée 70 en forme de boîtier, réalisée en un matériau conducteur de la chaleur, comme l'aluminium, et fixée, par exemple par soudage, sur l'extrémité du tube 38 qui débouche dans la dite enceinte 70 par une ouverture pratiquée dans la paroi latérale 80 de celle-15 ci. L'enceinte 70 est, pour la facilité de l'assemblage ainsi que pour d'autres raisons données ci-après, constituée de deux parties distinctes, c'est-à-dire d' une partie comprenant la paroi supérieure 74 et une paroi latérale 76 de l'enceinte et d'une partie comprenant une paroi inférieure 78, l'autre paroi laté-20 raie 80 et deux parois d'extrémité opposées 82 et 84 de la dite enceinte 70. La paroi latérale 76 présente un creux 86 percé d'une ouverture 88 pour recevoir respectivement la tête 54a du manchon 54 et la partie cylindrique de celui-ci qui supporte les éléments empilés de l'interrupteur 52. Il faut noter que la lame bimétallique 56 est en contact thermique intime avec la paroi latérale 25 76 grâce au creux 86. Le manchon 54 est fileté intérieurement pour recevoir une vis 90 agencée pour passer à travers une ouverture pratiquée dans la paroi latérale 80 et fixer l'interrupteur 52 sur l'enceinte 70, un manchon d'écartement 9k disposé entre l'interrupteur 52 et la paroi latérale 80, étant prévu pour maintenir entre ces derniers un écartement déterminé lorsque la vis 90 est serrée. 30 II faut également noter que les deux parties distinctes qui forment l'enceinte 70 sont maintenues séparées l'une de l'autre (voir figures 1 et 2) de manière à éviter une transmission de chaleur entre elles autre que celle, négligeable, transmise par la seule vis 90. La face extérieure de la paroi supérieure 7k, de même que les faces inté-35 rieure et extérieure de la paroi inférieure 78, de la paroi latérale 80 et des parois d'extrémité 82 et 84 ont été traitées de manière à les rendre fortement absorbantes pour les radiations infra-rouges émanant des surfaces à haute température qui les entourent. Le traitement auquel ces faces ont été soumises peut consister en une anodisation ou en une application d'un revêtement émissif réa-40 lisé à l'aide d'un matériau convenable, tel que celui vendu par la firme "Dexter 72 02381 5 2123397 Corporation, Midland Division, de Waukegan, Illinois" sous la marque "Sicon Black" et qui possède une émissivité d'environ 0,95 qui reste pratiquement constante sur toute l'étendue de la gamme appropriée des températures de fonctionnement de l'élément chauffant. Comme, pratiquement, le pouvoir émissif et le pou-5 voir d'absorption d'un corps soumis à cette gamme de températures sont les mêmes ce revêtement fournit également une surface de radiation très efficace. Pour plus de détails concernant le rapport entre le pouvoir d'absorption et le pouvoir émissif et les valeurs relatives de revêtements particuliers, on peut se référer à l'article "Heat and iMass Transfer" de E.R.G. Eckert, seconde Edition 10 de "Introduction To The Transfer of Heat And Mass" 1959» pages 359 et suivantes. Les faces intérieure et extérieure de la paroi latérale 76, sur laquelle est montée la lame bimétallique 56, et la face intérieure de la paroi supérieure 7^, ne sont pas traitées et ne sont pas pourvues d'un revêtement de manière à garder le coefficient de réflexion relativement élevé du métal, en l'occurren-15 ce de 1'aluminium, dont l'enceinte 70 est fabriquée. De plus, les parois d'extrémité 82 et 84, la paroi latérale 80 et la paroi inférieure 78 de l'enceinte 71 sont percées d'une multitude de très petits trous 96. Le rôle de ces parties distinctes des surfaces munies d'un revêtement ainsi que des trous 96 apparaîtra dans la description qui va suivre du fonctionnement d'un appareil utilisant 20 l'invention. L'enceinte 70 est fixée sur le tube 38 de manière qu'elle soit située un peu au-dessus du fond 16 de la semelle 10, comme indiqué à la figure 2, la paroi supérieure 7h étant disposée de manière à venir en contact avec le fond du récipient placé sur la semelle ou a n'en être séparée que par une très faible dis-25 tance, par exemple, de 3 mm ou moins. FONCTIONNEMENT Un récipient contenant des aliments à cuire est placé sur la semelle 10 et le bouton de commande 59 est réglé sur la température désirée. L'élément chauffant 12 est alimenté et chauffe le fond du récipient par radiation infra-rouge 30 directe et réfléchie. La chaleur est transmise à travers le récipient aux aliments qu'il contient. Le fond du récipient lui-même fournit une radiation infra-rouge dont 1-!importance est proportionnelle à la quatrième puissance de sa température absolue. (Loi de Stefan-Boltzmann). En plus, comme la matière du récipient a, de par sa 35 nature, un facteur d'émissivité relativement élevé (probablement de l'ordre de 0,90 ou plus), elle absorbe la plus grande partie de l'énergie rayonnante qu'elle reçoit; pratiquement toutes les radiations venant du fond du récipient sont dues a la température du fond lui-même et ne sont pas des radiations réfléchies. La densité de la radiation thermique frappant la paroi supérieure 7^ de 1' 40 enceinte 70 est inversement proportionnelle au carré de la distance qui la 72 02381 6 2123397. sépare de la source de radiation (Comme ni le fond du récipient, ni la surface de la paroi supérieure 7^ ne sont rigoureusement plats, il y a toujours un certain espace entre les deux surfaces que la radiation doit traverser). Par conséquent, il est souhaitable, pour une plus grande sensibilité, que la paroi 7^ 5 soit en contact avec le fond du récipient, bien qu'il se soit avéré qu'une sensibilité suffisante pouvait être obtenue lorsque la paroi supérieure de l'enceinte était légèrement écartée du fond du récipient. A cause du revêtement émissif appliqué sur la paroi 7^, pratiquement toute la radiation thermique qu'elle reçoit est absorbée. 10 Etant donné que la paroi supérieure 7^ et la paroi latérale 76 sont en con tact thermique intime, l'énergie calorifique absorbée par la paroi supérieure est transmise à travers la paroi latérale 76 à la lame bimétallique 56 qui est également en contact thermique intime avec cette dernière, ce qui fait que la lame bimétallique est directement influencée par la température du fond du ré-15 cipient. Dans le présent contexte, il est important de noter que, bien que la face extérieure de la paroi latérale 76 et la partie tête 5^a du manchon 5^ soient très proches de l'élément chauffant 12, leur surface n'est pas traitée et qu' elles possèdent, par conséquent, un fort coefficient de réflexion, ce qui fait 20 que la plus grande partie de l'énergie thermique qui les frappe est réfléchie et n'est pas transmise à la lame bimétallique 56 et que, de plus, les faces intérieures de la paroi supérieure 7^ et le la paroi latérale 76 ne sont pas non plus traitées, ni pourvues d'un revêtement, ce qui fait que cette partie de 1' enceinte 70 constitue un radiateur de chaleur relativement faible et que, prati-25 quement, toute l'énergie thermique absorbée par la paroi supérieure 7b est transmise à la lame bimétallique 56 plutôt que perdue par radiation. Il est essentiel, dans une telle commande, qu'il n'y ait pas, après la mise hors circuit de l'élément chauffant par la lame bimétallique, un décalage appréciable dans le temps entre le moment où le récipient a refroidi jusqu'à un point 30 où de la chaleur doit être fournie et le moment où la lame bimétallique réagit à cette nécessité. En rendant émissives les deux faces des parois J8, 82 et 84 de l'enceinte 70 et en perçant ces parois de trous, par exemple, les trous 96, on est certain qu'il n'y aura pas de décalage appréciable dans le temps puisque cette partie de l'enceinte absorbe facilement la chaleur dégagée par les surfa-35 ces relativement chaudes associées à la lame bimétallique, et qu'elle la rayonne vers d'autres surfaces extérieures à l'enceinte 70, et que les ouvertures 96 permettent à des courants de convection de traverser l'enceinte et de refroidir la lame bimétallique ainsi que les autres pièces qui lui sont associées. Il faut noter que, même si les parois émissives 78, 80, 82 et 84 absorbent 40 facilement la chaleur venant de l'élément chauffant lorsque ce dernier est en 72 02381 7 2123397 circuit, leur température n'aura qu'une légère influence sur la sensibilité de la lame bimétallique du fait que leur seule connexion conductrice de chaleur a- ■ vec l'élément détecteur de température de l'enceinte 70 est constituée par la vis 90. 5 Quelques considérations pratiques relatives aux dimensions de la paroi su périeure 7h sont données ci-après. La paroi supérieure 74 doit être suffisamment petite pour ne pas isoler trop fortement une zone de fond du récipient de la chaleur dégagée par l'élément chauffant, mais doit être suffisamment grande pour assurer une réaction rapide de la lame bimétallique destinée à modifier la tem-10 pérature détectée. Il s'est avéré qu'une surface de l'ordre de 50 mm x 20 mm donne entière satisfaction. 72 02381 8 2123397 REVENDICATIONS. 1. Appareil destine à chauffer des récipients de cuisson et plus particulièrement ceux réalisés en verre ou en céramique, comprenant une semelle équipée d' un support pour le dit récipient, un moyen de chauffage pour chauffer le dit ré- 5 cipient placé sur le dit support et un moyen de commande du dit moyen de chauffage, le dit moyen de commande comprenant un interrupteur thermostatique muni d'un élément sensible à la chaleur, et un boîtier enveloppant le dit interrupteur et l'isolant du dit moyen de chauffage, le dit boîtier comprenant une partie conductrice de la chaleur disposée de manière à n'avoir pratiquement pas d' 10 échange de chaleur avec le reste du boîtier et à être en contact thermique intime avec le dit élément sensible à la température, cette partie du boîtier ayant des surfaces intérieure et extérieure réfléchissantes, à l'exception de la partie de surface extérieure qui est orientée vers le récipient de cuisson placé sur le support et qui est fortement absorbante de l'énergie rayonnée sous forme 15 de chaleur dans la gamme des températures de cuisson. 2. Appareil de cuisson suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la dite partie de surface extérieure est recouverte d'un matériau émissif. 3. Appareil de cuisson suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la dite partie de surface extérieure possède un facteur d'émissivité 20 d'au moins 0,95* 4. Appareil de cuisson suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que toutes les surfaces intérieures et extérieures du reste du boîtier sont absorbantes, du moins pratiquement, de l'énergie rayonnée sous forme de chaleur dans la gamme des températures de cuisson. 25 5« Appareil de cuisson suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dit reste du boîtier est percé d'une grande quantité d'ouvertures de ventilation. 6. Appareil de cuisson suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dit boîtier est conçu comme une boîte ayant une paroi supéri-30 eure et une paroi latérale tenant ensemble, formant la dite partie du boîtier, et une paroi inférieure, une autre paroi latérale et deux parois d'extrémité tenant ensemble, formant le dit reste du boîtier. T. Appareil de cuisson suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la surface extérieure de la dite paroi supérieure forme la dite portion de surface 35 extérieure fortement absorbante de la dite partie. 8. Appareil de cuisson suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le dit élément sensible à la chaleur est disposé de manière à transmettre la chaleur à la paroi latérale de la dite partie.