Brevet FR2404984A1 — publié le 19790427

L'invention concerne un dispositif de chauffage comportant une surface de chauffage essentiellement plane et un disque constitué en un matériau formant conducteur à froid et servant de source de chaleur électrique et qui possède un effet de limitation de température, ledit disque étant en contact thermique avec un corps bon conducteur de la chaleur et realisant cette surface de chauffage. D'après l'état de la technique selon la demande de brevet allemand publiée sous le No. 1 286 242, on connait des dispositifs de chauffage dans lesquels l'organe proprement dit produisant la chaleur électrique est un disque constitué en un matériau désigné sous le nom de conducteur à froid. En ce qui concerne ce matériau, il s'agit d'un matériau céramique ferroélectrique, par exemple à base de titanate de baryum, qui possède une résistance électrique spécifique relativement faible jusqu'à une température de Curie déterminée spécifique au matériau et présente, au voisinage de cette température de Curie, un fort accroissement de cette résistance spécifique.Un corps, qui est constitué par un matériau formant conducteur à froid, et dans lequel on fait passer au moyen d'électrodes un courant électrique, présente la propriété consistant en ce que, lorsque l'énergie électrique envoyée est suffisante pour chauffer le corps respectif constitué par ce matériau formant conducteur à froid jusqu a une température telle qu'indiquée ci-dessus, il apparait une limitation relativement nette de la valeur maximale atteinte de la température du matériau ou du corps. Le chauffage avec un conducteur à froid comporte donc une autostabilisation. Dans des dispositifs de chauffage connus comportant des disques constitués par un conducteur à froid et dans lesquels ce disque est en liaison avec tout corps absorbant la chaleur électrique, cet effet d'autostabilisation est utilisé - comme on peut le montrer - au moins dans une large mesure au-dessous de l'optimum des possibilités. La présente invention a donc pour but d'indiquer une construction d'un dispositif de chauffage du type indiqué plus haut et dont le fonctionnement se rapproche au moins dans une très large mesure de l'optimum possible. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans un dispositif de chauffage du type indiqué précédemment, caractérisé par le fait que le corps thermoconducteur possède une zone interne dans laquelle le disque constitué en un matériau formant conducteur à froid est disposé de telle manière que ses deux surfaces sont en contact thermique étroit avec des surfaces dudit corps, absorbant de la chaleur et qui établissent, avec la surface dudit corps, dégageant de la chaleur, un contact thermique essentiellement de même efficacité. Des variantes de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après. Sous le terme de surface de chauffage "essentiellement plane ", il faut comprendre au sens de 1 'in- vention une surface du type se présentant par exemple dans le cas d'une plaque chauffante comme délivrant de la chaleur par une seule face, et ce à l'opposé par exemple d'une surface de chauffage sous la forme d'une enveloppe cylindrique du type se présentant dans le cas de corps chauffants tubulaires ou dans le cas de thermoplongeurs. L'invention est basée sur la connaissance du fait que seul un dégagement de chaleur sur une seule face à partir d'un disque constitué en un matériau formant conducteur à froid aboutit au fait que l'effet d'autostabilisation du matériau n'est utilisé pratiquement que dans des zones du disque fournissant une action utilisable et qui se situent à proximité du contact thermique prévu entre le disque constitué par un conducteur à froid et le corps proprement dit devant être chauffé du dispositif de chauffage. L'autre surface du disque formé d'un conducteur à froid, qui est au contraire plus ou moins à nu, est soumise au contraire à d'autres influences physiques qui conduisent à une commande de température différant du point de vue quantitatif. De ce fait non seulement le rendement de l'effet fourni par les caractéristiques du matériau formant conducteur à froid est fortement réduit, mais également de telles commandes différentes de température conduisent, dans le matériau formant conducteur à froid, à des contraintes mécani ques qui provoquent des destructions du disque. Les faits- indiqués plus haut jouent surtout un rôle important lorsqu'il s'agit de la production de quantités de chaleur relativement importantes, ce qui nécessite des corps de taille correspondante constitués en un matériau bon conducteur à froid, pour fournir une puissance calorifique, obtenue par voie électrique, suffisante. Une puissance calorifique relativement élevée au sens de l'invention se présente par exemple dans le cas d'appareils de cuisson, comme par exemple dans le cas de bouilloires pour oeufs ou de cafetières électriques, en tant qu'appareils ménagers, dans lesquels des densités de puissance électrique de par exemple 50 watts par cm2 du disque formé d'un conducteur à froid délivrant la chaleur, sont nécessaires. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de l'invention. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un corps constitué en un matériau bon conducteur de la chaleur, par exemple un métal. Ce corps 1 possède une surface 41 au niveau de laquelle la chaleur électrique devant être produite doit être délivrée à un milieu, comme par exemple un liquide. Le réservoir, nécessaire en soi par exemple pour le logement ou la réception d'un liquide, est simplement repéré par la référence 141 sur le dessin, afin d'en conserver la clarté. Ce peut être par exemple le réservoir d'une bouilloire pour oeufs. La référence 2 désigne un disque constitué en un matériau formant conducteur à froid, possédant par exemple un diamètre de 32 mm et une épaisseur de 1,5 mm, pour le dégagement de 500 watts. Ce disque 2 est situé dans un évidement visible sur la représentation en coupe de la figure, et ce de telle manière qu'une surface 21 du disque 2 est située, d'une façon aussi précise que possible, en face d'une surface 31 du corps 1. Afin de garantir de façon sûre un transfert ou un dégagement de chaleur sur les deux faces du disque conformément à l'invention, il est prévu qu'une partie 11 du corps 1 est adaptée à l'autre partie 12 du corps 1, de la manière visible sur la figure. Une surface 32 de cette partie ll est située en face de la seconde surface 22 du disque 2. Entre les parties 11 et 12 existe un bon contact thermique, réalisé par exemple par l'intermédiaire d'un système fileté cylindrique ou bien au moyen d'un embottement cylindrique avec un ajustement serré ou à force. En outre il est possible de prévoir également un contact thermique entre la partie 13 en forme de couvercle de la partie 11 et une surface 14, qui y est adaptée, de l'autre partie 12 du corps. Le disque 2 constitué en un matériau formant conducteur à froid possède des revêtements ou armatures formant électrodes en forme de couches minces situées sur les deux surfaces 21 et 22 et constituées en un matériau utilisé habituellement en tant que conducteur à froid. Ces revêtements ou armatures formant électrodes ne sont représentés que sous la forme de traits continus épaissis pour conserver la clarté du dessin. Les conducteurs électriques de raccordement 211 de ces électrodes sont indiqués simplement de façon schématique. Etant donné qu'en général les deux parties Il et 12 du corps 1 sont réalisées en un matériau électriquement conducteur, comme par exemple un métal, il est nécessaire d'utiliser un isolant électrique empêchant les courts-circuits entre les électrodes situées sur les surfaces 21 et 22. Un tel isolant électrique, qui toutefois possède une bonne conductibilité thermique, peut être réalisé au moyen d'une couche intermédiaire 212 ou 222 constituée par exemple par un oxyde de beryllium, un oxyde d'aluminium, un oxyde de manganèse ou bien par une résine au silicone. Une telle couche est disposée entre les surfaces 21 et 31 et 22 et 32. Dans le cas d'un dispositif de chauffage conforme à l'invention, et ce notamment dans le cas d'un fonctionnement à grande puissance, il se produit une évacuation très homogène de la chaleur hors du disque 2 vers la surface de chauffage 41, ne délivrant qu'une certaine quantité de chaleur, du corps 1. Les deux courants thermiques partiels, qui partent des deux surfaces 21 et 22 du disque 2, se rejoignent dans le corps 1 constitué conformément à l'invention pour former un courant thermique commun dirigé vers la surface de chauffage 41. Les deux courants partiels sont dimensionnés, conformément à 1 'in- vention, essentiellement avec la même valeur du point de vue du dégagement de chaleur qufils realz mt. Cette homogénéité permet d'obtenir un rapport de réglage de puissance égal par exemple à 8:1.Ce rapport explique la chute de la production de la chaleur électrique lorsque se trouve atteinte la température correspondant à l'autostabiîisation du dispositif de couplage conforme à l'invention. De préférence on utilise uniquement des disques 2 très minces, possédant par exemple une épaisseur inférieure à 2 mm et qui sont juste suffisamment épais pour qu il ne se produise aucun claquage électrique à travers le disque. Le disque 2 est traversé en parallèle aussi bien par le courant électrique que par le courant thermique. I1 est indiqué de prévoir une conductibilité thermique d'au moins 0,2 watt par cm . OK pour le matériau thermoconcucteur et électriquement isolant situé entre les surfaces 21 et 31 et 22 et 32. I1 est avantageux de prévoir entre les surfaces 31 et/ou 32 d'une part et l'isolant 212 et/ou 222 d'autre part une couche 412 ou 422 constituée en un matériau possédant la propriété d'être ductile et qui réalise une certaine pression d'application et une certaine compensation de pression entre le disque formé d'un conducteur à froid et la surface, qui est disposée en vis-à-vis, du corps 1. Comme matériau, il convient d'utiliser à cet effet du Pb, du Pb-In, In, Cd-In ou Cd-In-Pb. L'alimentation en courant au niveau des électrodes peut être réalisée également par l'intermédiaire d'un tel matériau ductile lorsque ce dernier est disposé entre le disque 2 et la couche respective 31 ou 32 formée d'un matériau électriquement isolant. Un dispositif de chauffage du type conforme à l'invention et possédant un disque 2 possédant un diamètre compris entre 0,5 et 2 mm peut fonctionner sur 220 volts. La résistance spécifique, qui y est adaptée , du matériau formant conducteur à froid et mesurée pour la température de Curie et pour 2000 volts/cm est comprise entre 1.103 et 6 . 103ohm.cm. La température (de Curie) spécifique au matériau devrait être au moins supérieure de 500K à la température de chauffage de fonc tionnement prédéterminée, qui atteint par exemple 1000C dans le cas de bouilloires à oeufs. Par suite de l'effet d'autostabilisation du matériau formant conducteur à froid, un dispositif de chauffage du type conforme à l'invention présente une sécurité élevée vis-à-vis de risques d'incendie, étant donné que des échauffements excessifs inadmissibles sont exclus d'eux-mêmes. REVENDICATIONS 1) Dispositif de chauffage comportant une surface de chauffage essentiellement plane et un disque constitué en un matériau formant conducteur à froid et servant de source de chaleur électrique et qui possède un effet de limitation de température, ledit disque étant en contact thermique avec un corps bon conducteur de la chaleur et realissn- cette surface de chau ffage, caractérisé par le fait que le corps thermoconducteur (1) possède une zone interne dans laquelle le disque (2) constitué en un matériau formant conducteur à froid est disposé de telle manière que ses deux surfaces (21 et 22) sont en contact thermique étroit avec des surfaces (31 et 32) du corps (1)go absorbant de la chaleur et qui établissent, avec la surface (41) du corps (1), dégageant de la chaleur, des contacts thermiques essentiellement de même efficacité. 2) Dispositif de chauffage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la région du corps (1) destinée à loger le disque (2) est un évidement en forme de pot ménagé dans une partie (12) du corps (1), qu'il est prévu une autre partie (11) emboîtée dans cet évidement et dont la surface est en contact thermique étroit avec une surface (22) du disque (2), cependant qu'au moins une autre surface est en contact thermique étroit avec la partie (12) du corps (1), comportant l'évidement dudit corps. 3) Dispositif de chauffage salivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le contact thermique entre ladite autre partie (11) et la partie (12) du corps (1), comportant un évidement, est réalisé sous la forme d'un filet de vis (112). 4) Dispositif de chauffage suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le contact thermique entre ladite autre partie (11) et la partie (12) du corps (1), comportant l'évidement, est obtenu au moyen d'un ajustement pressé ou serré. 5) Dispositif de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que pour la tension de fonctionnement de 220 volts, le disque (2) consti tué en un matériau formant conducteur à froid possède une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm et que le matériau formant conducteur à froid possède une résistance électrique spécifique mesurée à la température de Curie et pour 2000 volts/cm, comprise entre 1.103 et 6.10 ohm.cm et possède une température de Curie qui est supérieure d'au moins 500K à la température de chauffage du dispositif en fonctionnement.