Brevet FR2331231A1 — publié le 19770603

On connais depuis quelques années des vitrocéramiques qui sont utilisées sous forme de plaques pour la réalisation de surfaces ou plaques chauffantes. Ces surfaces chauffantes en vitrocéramique différent les unes des autres, en particulier par leur transparence aux rayonnements, aussi bien dans le visible que dans l'infrarouge (voir la figure 1 du dessin annexé). Elles sont utilisables associees à des éléments de chauffage qui fonctionnent aussi bien selon le principe de la conductibilité thermique (éléments de chauffage par contact) entre le générateur de chaleur et la surface chauffante que suivant le principe du chauffage par rayonnement (éléments rayonnants). Pour éviter une surchauffe des vitrocéramiques utilisées, les éléments de chauffage doivent comporter, à partir d'une puissance de chauffe déterminée, un dispositif de limitation de la température. C'est surtout dans le cas oW l'on se sert d'elements chauffant par rayonnement que la transparence aux rayonnements des plaques de vitrocéramique dans le domaine de l'infrarouge a de l'importance pour les durées de chauffage et les rendements. Chose étonnante, l'expérience a montré qu'on n'obtient pas des résultats optimaux pour la cuisson, comme on pouvait s'y attendre tout d'abord, en utilisant une plaque de vitrocéramique ayant une transparence aussi elevée que possible. Ce phénomène surprenant apparat clairement lorsqu'on réalise les essais de cuisson dans des conditions aux limites identiques, premièrement avec une vitrocéramique ayant une mauvaise transparence pour le rayonnement calorifique (courbe A, figure 1), deuxièmement avec une vitrocéramique avant une transparence partielle pour les rayonnements (courbe B, figure 1) et troisièmement avec une vitrocéramique douée d'une très grande transparence aux rayonnements (courbe C, figure 1). Les durées nécessaires pour chauffer 2 litres d'eau de 20 à 900C avec ces trois vitrocéramiques différentes, lors de l'utilisation du meme chauffage à rayonnement et a) d'un récipient de cuisson en vitrocéramique transparente ("JENA 2000") ainsi que b) d'un récipient de cuisson en acier spécial (par exemple inoxydable) à fond plan, sont groupees dans le tableau 1 (cf. infra). Les différences pour les diverses durées de cuisson sont certes relativement faibles du point de vue numérique, elles sont cependant réelles et ont une certaine importance pour un énoncé de principe en vue d'une appréciation ultérieure. Les différences sont plus importantes avec d'autres types de récipient (par exemple ceux à fonds rentrants). On voit sur ce tableau que, conformément à ce qui est prévu, la duree de cuisson est maximale lorsqu'on utilise une vîtrocéramique qui n'est pas transparente aux rayonnements. Lors de l'utilisation du récipient en vitrocéramique transparente aux rayonnements, on obtient, avec la plaque chauffante transparente aux rayonnements, une durée de cuisson plus courte qu'avec une plaque de vitrocéra- mique qui n'est que partiellement transparente aux rayonnements. Mais, fait surprenant, lors de l'utilisation du récipient en acier spécial, une plaque de vitrocéramique transparente aux rayonnements donne de moins bons résultats que celle qui est partiellement transparente aux rayonnements. Cela tient à ce que (voir la figure 2) le fond réfléchissant du récipient en acier spécial renvoie une partie du rayonnement (émis par la spirale chauffante 1) traversant la plaque de vitrocéramique dans l'espace chauffant placé au-dessous de la zone de cuisson et que, de ce fait, la température, en cet endroit, augmente plus rapidement quien l'absence de réflexion, de sorte que le limiteur de temps rature (régulateur 2 à tige dilatable) doit couper le circuit plus souvent et la durée totale de cuisson est prolongée (en 3 masse isolante; en 4 feutre réfractaire isolant t en 5 boitte en aluminium) Cet effet est d'autant plus marqué que la puissance de chauffage ou la température a l'émission de l'élément chau- fant utilisé est plus élevée. Une puissance de chauffage (ou une température a l'émission) plus élevée ne constitue un avantage pendant la cuisson que jusqu'à ce que le régulateur coupe pour la première fois le courant après avoir atteint la température maximale admissible. On peut s'en rendre compte en examinant la pente des "courbes de cuisson" de la figure 3. On a représenté les courbes de cuisson (temperature de deux litres d'eau en fonctipn de la durée de cuisson) sur la figure 3 et on a indiqué sur le tableau 2-les valeurs mesurées correspondantes pour le récipient en acier spécial mentionné ci-dessus, dans les cas ci-après Courbe 1 . élément chauffant de 1800 W, plaque de vitrocéramique transparente aux rayonnements (C) Courbe 2 w élément chauffant de 2000 W, plaque de vitrocéramique transparente aux rayonnements (C) Courbe 3 : élément chauffant de 1800 W, plaque de vitrocéramique partiellement transparente aux rayonnements (B) Courbe 4 : élement chauffant de 2000 W, plaque de vitrocéramique partiellement transparente aux rayonnements (B) Courbe 5 ; élément chauffant de 1800 W, plaque de vitroceramique non transparente aux rayonnements lA) Courbe 6 : élément chauffant de 2000 W, plaque de vitrocéramique non transparente aux rayonnements (A). La pente des courbes 1 et 2 montre que la puissance de chauffage la plus élevée n'est efficace que pendant la première phase de la cuisson (jusqu'a la premiere coupure par le limiteur de température) et la durée totale de cuisson est rao- courcie dans ces conditions. Par contre, les courbes 3 et 4 représentent un raccourcissement efficace de la durée de cuisson grâce à l'augmentation de la puissance de chauffage, jusqu'à la fin de l'opération de cuisson (bien que ce raccourcissement soit minime). Selon les prévisions, les durées de cuisson sont, avec la surface chauffante (A) non transparente aux rayonnements, sensiblement plus défavorables dans les deux cas énumérés qu'avec les deux autres types de surface. Un autre inconvenient des plaques de vitrocéramique à transparence élevée pour le rayonnement calorifique consiste en ce que lors de l'utilisation de récipients de cuisson transparents (verre, batterie de cuisine en vitrocéramique transparente) les aliments à cuire peuvent biler facilement, car le rayonnement parvient, travers le fond du recipient,en partie directement aux aliments à cuire. Cela est en particulier valable avec les éléments de chauffage par rayonnement de grande puissance, qui permettent par eux-memes une cuisson rapide avec ces récipients. Etant donné que, en général, les vitrocéramiques à grande transparence pour la chaleur rayonnante ont aussi une bonne transparence dans la région du visible, ces vitrocéramiques associées a des éléments chauffants à rayonnement présentent en outre des inconyenients pour l'utilisation pratique, car les générateurs de chaleur incandescents très lumineux éblouissent de façon désagréable à travers les plaques. La présente invention a pour objectif d'associer l'avantage d'une transparence élevée pour les rayonnements calorifiques, qu'ont des plaques de vitrocéramique de surface chauffantes, à une suppression simultanée des inconvénients sustmentionnés associés à ces plaques. Selon l'invention, on obtient ce résultat en se servant d'une plaque de vitrocéramique, pour la surface chauffante, constituée par au moins deux couches.De préférence, elle est constituée par une couche de base relativement épaisse (de 3 à 5,5 mm, "B", figure 4) ayant une transparence aussi élevée que possible pour le rayonnement calorifique, sur laquelle une deuxième couche mince (épaisseur de l'ordre du 1/10 de la couche de base) se trouve du côté de la face de cuisson ("0", figure 4), dont la transparence pour la chaleur rayonnante est négligeable, c.est-à- dire est telle que le rayonnement provenant du génerateur de chaleur est presque totalement absorbé jusqu'à la surface côté cuisson, Gracie à cette association de deux couches ayant des transparences différentes pour le rayonnement calorifique, on parvient à supprimer presque totalement la transmission de chaleur par rayonnement entre la source de chaleur et la matière à cuire. La totalité de l'énergie rayonnée peut tout d'abord passer à travers la couche de base très transparente aux rayonnements, en étant combinée avec une transmission parallèle de la chaleur par conduction. La deuxième couche, c'est-àcdire la couche mince, absorbe dans une forte proportion les rayonnements, de sorte qu'elle ne peut plus agir sur la surface côté cuisson de la plaque. Grâce a cette couche mince, la chaleur est maintenant transmise au fond du récipient dans une proportion prépondérante par conduction thermique.Le rayonnement émis par cette couché elle-même est nettement inférieur à celui du genera- teur de chaleur, étant donné qu'elle se trouye à une température inférieure de quelques centaines de degrés Celsius à celle de ce générateur de chaleur. La couche superficielle non transparente pour les rayonnements agit ainsi comme couche de séparation entre le rayonnement du générateur de chaleur et l'absorption de chaleur par le fond du récipient. Jusqu': cette couche, la chaleur est transmise principalement par rayonnement ; dans cette couche et jusqu'au fond du récipient, elle est réalisée par conduction thermique. Etant donne que cette couche a une épaisseur inférieure au 1/10 de celle de la couche de base, sa résistance (impédance) thermique est négligeable. L'efficacité d'une telle couche superficielle non transparente, c1est-à-dire absorbante, pour l'énergie rayonnante est mise en évidence en principe par le tableau 3 et la figure 5 sur lesquels sont portés les résultats d'essais qui ont été réalisés avec la meme surface chauffante en vitrocéramique et le même récipient de cuisson en acier spécial que sur le tableau 1, mais dans lesquels la face coté cuisson de cette surface chauffante a ete rendue absorbante pour le rayonnement à l'aide de noir de fumée, La pente positive accrue de la "courbe de cuisson" lors de l'utilisation de la plaque avec une couche superficielle (de noir de fumee) absorbant la chaleur rayonnante, ainsi que la durée de cuisson dans l'ensemble plus courte obtenue indiquent l'influence nettement favorable de cette couche. Cette influence est évidemment encore plus grande avec les éléments chauffants portes à une température d'émission plus élevée. La mince couche superficielle peut étre fabriquée par divers procédés ; soit par application d'une couche d'émail non transparente au. rayonnement. thermique et adaptée du point de vue régime des tensions, soit par diffusion vers l'intérieur d'oxydes déterminés, par exemple CoO, MnO, en direction de la surface de la couche de base en vitrocéramique, à'une manière semblable à celle connue pour les domaines de longueurs d'onde de l'ultra-violet et du visible, lors de la teinture de verre à l'aide de couleurs dites "par diffusion". Dans un mode d'exécution particulier de la présente invention, la couche superficielle est limitée à la région des zones de cuisson, ce qui permet de réaliser en même temps une. décoration optique à l'aide de ces zones de cuisson (voir la figure 6 du dessin annexé). Par ailleurs, il est également possible de réaliser la surface de cuisson en vitrocéramique en trois couches, les couches superficielles différent de la couche de base par la composition en ce sens qu'elles soumettent la surface de la plaque de cuisson, dont la cristallisation est terminée, de @ tous côtés à une contrainte de compression, ce qui provoque en même temps une augmentation de la résistance mécanique de cette plaque de cuisson. Dans ces conditions, la couche superficielle tournée vers le générateur de chaleur a une transparence pour la chaleur rayonnante au moins égale à celle de la couche de base épaisse, intermédiaire, et seule la surface côté cuisson ne se laisse pas traverser par le rayonnement (figure 7).L'application de ces couches superficielles peut se faire d'une maniera analogue à celle utilisée dans le procéde de fabrication de verres de doublage. Les figures 4, 6 et 7 représentent trois formes de réalisation possibles de la présente invention. TABLEAU 1 Récipient Elévation Durée de cuisson de 2 litres d'eau, utilisé de tempéra- en minutes (élément chauffant rayonnant pour la ture de 1800 W en vitrocéramique, cuisson de à # = 192 mm) [ C] (A) (B) (C) Récipient 20 - 25 2,5 2,0 1,9 de cuisson > en vitro- 20 - 30 3,4 3,0 2,7 céramique transpa- rente 20 - 50 6,4 5,5 5,1 # = 200 irna 20 - 70 9.5 7,9 7,2 20 - 90 13,1 10,2 9.7 Récipient 20 - 25 2,2 1,8 1,8 de cuisson en acier 20 - 30 2,9 2,5 2,5 spécial # = 185 mm 20 - 50 5,6 5,2 5,2 20 - 70 8,5 7,4 7,6 20 - 90 11,7 9,7 10,3 TABLEAU 2 Générateur Elevation Durée de cuisson de 2 litres d'eau, en de chaleur de tempé- minutes (récipient de cuisson en acier utilisé rature spécial ss # = 185 mm) de [0C3 à Vitrocéramique (A) (B) (C) chauffage 20 - 25 2,2 1,8 2,0 par rayonne- 20 - 30 2,9 2,5 2,7 ment 1800 W # = 192 mm 20 - 50 5,6 5,2 5,2 20 - 70 8.5 7,4 7,6 20 - 90 11,7 9,7 10,3 chauffage 20 - 25 1,9 1,8 1,6 par rayonne ment 20 - 30 2,6 2,4 2,2 2000 W # = 192 mm 20 - 50 5,4 4,8 4,4 20 - 70 8,3 6,9 6,7 20 - 90 11,6 9,1 9,2 TABLEAU 3 Vitrocéramique Elévation de Durée de cuisson de 2 litres d'eau, utilisée température en mn (récipient de cuisson en de r 7 à acier spécial . = 185 mm) Générateur de chaleur 2000 W, = 192 mm Transparente 20 - 25 1,6 aux rayonnements 20 - 30 2,2 (C) 20 - 50 4,4 20 - 70 6,7 20 - 90 9,2 Transparente 20 - 25 1,6 aux rayonnements 20 - 30 2,2 (C) Noircie au 20 - 50 4,1 noir de fumée sur sa face 20 - 70 6,0 supérieure 20 - 90 8,1 REVENDICATIONS 1. Surface chauffante en vitrocéramique, à utiliser par exemple sur les fourneaux de cuisine et avec les coinsvouisine, dans laquelle des éléments chauffants, de préfet rence des éléments rayonnants, sont mis en place contre la face inferieure de ladite surface chauffante, l'énergie thermique émise par lesdits éléments devant etre transmise à travers la surface chauffante jusqu'à la face supérieure de celle-ci, caractérisée en ce que ladite surface chauffante est constituée par une couche de base en vitrocéramique tres transparente pour le rayonnement calorifique dans l'intervalle de longueurs d'onde compris entre 0,7 et 5 pm, dont la face supérieure comporte une couche de recouvrement solidement liée à cette couche de base de façon à former une unité, cette couche de recouvrement étant d'épaisseur nettement inférieure à celle de la couche de base et absorbant dans une large mesure le rayonnement calorifique dans l'intervalle de longueurs d'onde compris entre 0,7 et sium. 2. Surface chauffante selon la revendication 1, caractérisée en ce'que l'épaisseur de la couche de recouvrement représente au maximum 1/10 de l'épaisseur de la couche de base. 3. Surface chauffante selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'épaisaeur de la couche de base est comprise entre 3 et 5,5 mm. 4. Surface chauffante selon 1rune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche de recouvrement est constituée par une couche d'émail. 5. Surface chauffante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface de recouvrement est formée par des oxydes ayant diffuse en direction de l'intérieur de la surface de la couche de base. 6. Surface chauffante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la couche de recouvrement n'est mise en place que dans les zones de cuisson ou de chauffage. 7. Surface chauffante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que pour compenser la dissymetrie des tensions mécaniques produites éventuellement par la couche de recouvrement et la diminution de résistance ainsi provoquée, une troisième couche est mise en place contre la face inférieure de la couche dW base, cette troisième couche1 de même que la couche de base, etant très transparente pour le rayonnement calorifique dans l'intervalle de longueurs d'onde compris entre 0,7 et 5 pmt mais correspondant sensiblement, en ce qui concerne ses dimensions et son état de tensions mécaniques, aux caractéristiques de la couche de recouvrement. 8. Surface chauffante selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle est soumise de tous cotés à une contrainte de compression en vue d'augmenter sa résistance mécanique à l'aide de la couche de recouvrement et de la troisième couche. 9. Surface chauffante selon la revendication 8, caractérisée en ce que la contrainte de compression est produite par une opération d'échange d'ions apres la cristallisation. 10. Surface chauffante selon la revendication 8, caractérisée en ce que la contrainte de compression est réalisée par des couches d'émail qui ont été fondues sur la couche de base après la cristallisation. 11. Surface chauffante selon la revendication 8, caractérisée en ce que la contrainte de compression est produite par des couches de vitrocéramique ayant une composition différente de celle de la couche de base, qui ont été reliées à la couche de base pendant le wagonnage de celle-ci et ont cristallisé en même temps.