Brevet FR2487620A1 — publié le 19820129

La présente invention concerne les dispositifs chauffants électriques rayonnants du genre utilisé dans les tables de cuisson à plaque en vitrocéramique. L'invention porte plus particulièrement sur de tels dispositifs chauffants qui emploient deux éléments chauffants, ou plus, dans le même dispositif. Une table de cuisson à plaque en vitrocéramique est une table dans laquelle une plaque lisse en vitrocéramique recouvre un ou plusieurs éléments chauffants électriques de forme générale circulaire qui sont supportés par une couche de matière isolante au point de vue thermique et électrique, de telle façon que les éléments soient séparés d'une certaine distance par rapport à la face inférieure de la plaque en vitrocéramique de la table de cuisson. Au cours de l'utilisation, un ustensile placé sur la plaque en vitrocéramique au-dessus d'un élément chauffant est chauffé par la transmission de chaleur à partir de l'élément chauffant, à travers la plaque en vitrocéramique,par conduction et convection dans l'air et par rayonnement infrarouge. De tels éléments chauffants sont appelés éléments chauffants rayonnants. La matière isolante empêche pratiquement la transmission de chaleur à partir de l'élément chauffant, sauf vers la plaque en vitrocéramique,et du fait que les matières préférées pour la plaque sont essentiellement des matières non conductrices de la chaleur, seules les zones de la plaque qui sont directement exposées à l'élément chauffant sont chauffées. Afin d'éviter la transmission de chaleur vers des parties de la plaque qui ne sont pas couvertes par un ustensile placé sur elles, une paroi périphérique en matière isolante est également disposée habituellement autour de l'élément chauffant. La pratique habituelle, quelquefois rendue obligatoire par la réglementation, dans les éléments chauffants rayonnants consiste a incorporer un dispositif de coupure thermique qui est destiné à protéger à la fois l'élément chauffant et la plaque en vitrocéramique contre un échauffement excessif. Bien qu'il soit possible de concevoir et de fabriquer un dispositif chauffant avec une faible densité de puissance, pour faire disparaitre la nécessité d'un dispositif de coupure, ceci conduit à une cuisson lente qui est souvent inacceptable pour la ménagère. Ainsi, un dispositif de coupure thermique est souhaitable à la fois du point de vue de la sécurité et de celui du fonctionnement. En outre, des températures excessives peuvent entraîner une détérioration mécanique ou une décoloration de la plaque en vitrocéramique. Par exemple, une plaque en vitrocéramique peut se décolorer si la température de la surface à nu dépasse 6000C ou si la 1C température de la surface la plus proche de l'élément chauffant dépasse 7000C. Dans les dispositifs chauffants rayonnants qui emploient deux éléments chauffants adjacents, ou plus, dont l'un a une capacité thermique notablement supérieure à celle de l'un quelconque des autres, on a constaté qu'un dispositif de coupure thermique peut souvent protéger de façon satisfaisante le dispositif contre un échauffement excessif si sa réponseestlimitée à la chaleur que produit ce grand élément, à condition que le ou les éléments plus petits ne soient pas mis sous tension indépendamment. Cependant, un problème apparaît si l'autre élément ou les autres éléments ont également une influence. Les dispositifs de coupure de type caractéristique ont une forme allongée et sont conçus de façon à s'étendre sur toute la longueur du dispositif chauffant. La demande de brevet FR 81 01982 propose de concevoir et de construire un dispositif chauffant électrique rayonnant qui comporte au moins deux éléments chauffants adjacents parmi lesquels un premier élément, au moins, peut être mis sous tension indépendamment de l'autre élément ou des autres éléments, ce dispositif chauffant comprenant un dispositif de coupure thermique qui s'étend sur le premier élément et dans une zone qui est normalement occupée par l'autre élément ou les autres éléments, mais qui est isolée thermiquement par rapport au premier élément et par rapport à l'autre élément ou aux autres éléments, afin que ce dispositif de coupure ne réagisse qu'à la chaleur qui est produite par le premier élément, pôuvant être mis sous tension indépendamment, la seule partie effective du dispositif de coupure étant celle qui s'étend sur le premier élément. Cette configuration a cependant l'inconvénient qui consiste en ce qu'une partie de la longueur du dispositif de coupure, qui est réputée être protégée contre l'influence de tous les autres éléments chauffants, est soumise en pratique à une certaine chaleur, ce qui peut conduire à faire fonctionner le dispositif de coupure à un moment auquel la température esttrop élevée ou trop basse. Un but de l'invention est de faire disparaître les difficultés mentionnées ci-dessus, ceci étant réalisé, conformément à l'invention, en ne se contentant pas d'isoler thermiquement le dispositif de coupure thermique de l'influence de l'autre élément ou des autres éléments,mais en exposant en outre le dispositif de coupure à l'influence du premier élément sur une partie aussi grande que possible de sa longueur. Conformément à l'invention, un dispositif chauffant électrique rayonnant comprend: au moins deux éléments chauffants disposés l'un près de l'autre, un premier de ces éléments pouvant 9tre mis sous tension indépendamment de l'autre élément ou des autres éléments; et un dispositif de coupure thermique qui part d'une paroi périphérique du dispositif et s'étend sur le premier élément et sur une zone qui est normalement occupée par une partie au moins de l'un au moins des autres éléments. Ce dispositif chauffant est caractérisé par le fait que la zone du dispositif chauffant qui est chauffée par le premier élément est étendue de façon à influer pratiquement sur toute la longueur effective du dispositif de coupure. Le premier élément et l'autre élément ou les autres éléments peuvent être séparés par une cloison pour créer au moins deux zones de cuisson séparées à la surface de la plaque en vitrocéramique de la table de cuisson, La manière préférée d'étendre la zone que chauffe le premier élément consiste à placer le dispositif de coupure de façon que la quasi- totalité de la longueur effective de celui-ci soit exposée au rayonnement qui est émis par le premier élément. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, on parvient à ceci en étendant le premier élément chauffant adjacent au dispositif de coupure dans la zone qui est normalement occupée par l'autre élément ou les autres éléments. Le premier élément s'étend de préférence sous le dispositif de coupure. Pour soustraire le dispositif de coupure à l'influence de la chaleur qui est émise par l'autre élément ou les autres éléments, une paroi en matière isolante au point de vue thermique est placée sous le dispositif de coupure et l'autre élément ou les autres éléments, à l'endroit o le dispositif de coupure s'étend dans la zone qui est normalement occupée par Vautre élément ou les autres éléments. Conformément à un second mode de réalisation de l'invention, ladite zone est prolongée en une chambre qui contient une longueur du dispositif de coupure qui n'est pas directement adjacente au premier élément. La chambre a une forme qui isole le dispositif de coupure par rapport à l'autre élément ou aux autres éléments, mais qui permet la transmission directe du rayonnement depuis le premier élément vers l'extrémité du dispositif de coupure qui est éloignée du premier élément. La paroi de la chambreest de préférence constituée par une matière d'isolation thermique de façon à soustraire le dispositif de coupure à l'influence de la chaleur qui est émise par l'autre élément ou les autres éléments. La chambre a de préférence une section transversale qui va en diminuant, peur permettre une exposition maximale de la longueur du dispositif de coupure à la chaleur du premier élémentet une isolation maximale de l'extrémité éloignée du dispositif de coupure, par rapport à la chaleur de l'autre élément ou des autres éléments, et aux influences thermiques externes. Dans un mode de réalisation, le dispositif de coupure peut également traverser une ouverture formée dans la cloison et dont la section transversale va en diminuant. La chambre est alors placée du côté de la cloison qui est opposé au premier élément. Le rapport entre l'aire de l'ouverture adjacente au premier élément et l'aire de section droite du dispositif de coupure est de préférence compris dans la plage allant de 5/1 à 20/1. Cependant, dans un autre mode de réalisation, la paroi de la chambre s'étend dans un espace qui est formé dans la cloison. Le rapport entre l'aire de la chambre, dans la région adjacente au premier élément, et l'aire de section droite du dispositif de coupure est de préférence compris dans la plage allant de /1 à 20/1'. L'invention convient particulièrement aux dispositifs chauffants dans lesquels un élément chauffant entoure pratiquement un autre, comme par exemple dans le cas d'un dispositif chauffant circulaire qui comporte deux éléments chauffants concentriques. Cependant,l'invention est également applicable lorsque deux éléments chauffants sont placés l'un à c8té de l'autre dans le même dispositif, lorsque la position du dispositif de coupure par rapport au dispositif chauffant est prédéterminéeet ne peut pas être déplacée commodément vers une position située au-dessus d'un élément particulier. Les éléments chauffants des dispositifs correspondant à l'invention sont de préférence des fils nus enroulés en serpentin et supportés dans une matière d'isolation thermique à micro-pores. Le dispositif de coupure est généralement du type à dilatation différentielle et un dispositif approprié comprend un tube de quartz contenant une longueur de fil d'Inconel. La dilatation différentielle entre le tube et le fil actionne un interrupteur qui met hors tension l'ensemble du dispositif chauffant. Un tel dispositif de coupure est commercialisé par la firme Therm-0-Disc Inc, Mansfield, Ohio, E.U.A. sous la désignation "12TB Limiter". L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en plan d'un premier mode de réalisation d'un dispositif chauffant correspondant à l'invention; La figure 2 est une vue en plan d'un second mode de réalisation d'un dispositif chauffant correspondant à l'invention; La figure 3 est une coupe détaillée, à plus grande échelle, selon la ligne III-III de la figure 2; La figure 4 est une vue en plan détaillée de la zone IV indiquée sur la figure 2; et La figure 5 est une vue en plan détaillée d'une version modifiée de la zone IV indiquée sur la figure 2. Les mêmes numéros de référence sont utilisés dans toute la description et sur tous les dessins pour désigner les éléments identiques ou similaires. Le dispositif chauffant qui est représenté sur chacune des figures 1 et 2 comprend un réceptacle métallique 2 qui contient une base 4 en matière isolante au point de vue électrique et thermique, comme celle qui est commercialisée par la firme Micropore International Limited sous la marque MICROTUERM. Une paroi périphérique 8 en un isolant thermiques consistant de façon caractéristique en une matière à base de fibresde céramique, est placée contre le c8té 6 du réceptacle. Deux éléments chauffants électriques pratiquement concentriques sont logés dans des rainures formées dans la base 4 et ces éléments se présentent sous la forme de serpentins et 12 qui sont séparés l'un de l'autre par une cloison 14 qui est également de façon caractéristique en une matière à base de fibres de céramique. Un dispositif de coupure tnermique 16 s'étend au-dessus des serpentins et il peut être actionné de façon à mettre hors tension les deux serpentins en cas d'échauffement excessif. Chaque serpentin peut être commandé indépendamment au moyen de connecteurs à bornes 18 et 20, ce qui permet de chauffer uniquement par le serpentin 10 une casserole ou un autre ustensile circulaire relativement petit, et de chauffer avec les deux serpentins 10 et 12 un ustensile similaire plus grand. Les serpentins sont du type non protégé et chacun d'eux est fixé -dans la-base 4 au moyen d'agrafes 5. Chaque serpentin est constitué de préférence par un fil pour chauffage par résistance en fer-chrome-aluminium qui est préformé par un procédé du genre décrit dans la demande de' brevet FR 81 01982. Le dispositif de coupure thermique est du type à dilatation différentielle et il comprend un tube de quartz 28 contenant une longueur de fil d'Inconel 29. La dilatation différentielle qui résulte d'un échauffement excessif actionne un interrupteur mécanique 22 de façon à déconnecter les deux serpentins 10 et 12 par rapport à la source d'énergie. Il suffit que le dispositif de coupure soit placé sur le serpentin 10, mais pour fonctionner de façon sûre, il doit être isolé thermiquement du serpentin 12. Pour réaliser cecip on étend la zone chauffée par le serpentin 12 afin que la totalité de la longueur effective du tube de quartz 28 soit directement soumise à l'influence du serpentin 10. Dans le mode de réalisation qui est représenté sur la figure 1, le serpentin 10 comporte une partie 30 qui s'étend entre des parties 26 de la cloison 14 jusqu'à la paroi périphérique 8. De l'autre côté du serpentin intérieur 10, le dispositif de coupure thermique 16 se termine dans la cloison. Le serpentin 12 se termine avant d'atteindre les parties de cloison 26, comme le montre la figure 1. On notera que le principe consistant à utiliser deux serpentins chauffants séparés et pouvant être actionnés indépendamment dans un dispositif chauffant rayonnant du type décrit ici peut être étendu à toutes-les formes de dispositif chauffant. Le dispositif circulaire qui est représenté ici permet de disposer d'un dispositif chauffant comportant deux zones de chauffage circulaires différentes, mais on peut appliquer le même principe à des dispositifs chauffants carrés ou rectangulaires. Cependant, dans une table de cuisson en vitrocéramique, dans laquelle la conduction thermique latérale est faible, il est avantageux d'établir une cloison en une matière d'isolation thermique, telle que la cloison 14 sur la figure 1, pour définir des zones de chauffage distinctes et séparées. La cloison peut être fixée à la base 4, par exemple au moyen de tétons (non représentés) introduits dans la matière d'isolation thermique de la base. La cloison de la figure t est circulaire et elle divise la zone de chauffage définie par la paroi périphérique 8 en une zone centrale et une zone annulaire. En l'absence de cloison, la chaleur rayonnant à partir de chaque serpentin s'étendrait au-delà de la zone de surface de la plaque lisse (non représentée) se trouvant immédiatement au-dessus du serpentin respectif 10 ou 12, ce qui entraînerait un gaspillage d'énergie lorsqu'un seul serpentin est utilisé. On a cependant constaté dans le cas du mode de réalisation qui est représenté sur la figure 1 que la perte de chaleur qui résulte de l'extension de la zone chauffée par le serpentin 10, de la manière décrite et représentées n'entraîne pas une dégradation appréciable des performances du dispositif chauffant& On a constaté en outre que les parties de cloison 26 protègent effectivement le dispositif de coupure 16 de l'influence du serpentin 12, grâce à quoi le dispositif de coupure fonctionne pratiquement à la même température limite dans le cas du fonctionnement du serpentin intérieur comme dans le cas du fonctionnement des deux serpentins. Dans le mode de réalisation qui est représenté sur les figures 2 à 4, la forme du serpentin 12 est la même que sur la figure 1, mais le serpentin 10 ne comporte pas la partie 30. Dans ce cas, l'influence du serpentin 10 est étendue dans une chambre qui est formée par une ouverture en forme d'arche 32 dans la cloison 114 (voir la figure 3) et par un tunnel 34 dans un bloc 36 de matière isolante qui est situé entre la paroi 8 et la cloison 14 (voir la figure 4). Comme on le voit, l'arche a la forme d'un arc de cercle mais on pourrait utiliser d'autres formes, par exemple une forme rectangulaire. Si on le désire, les extrémités du bloc 36 peuvent être engagées dans la paroi 8 et la cloison 14, mais ceci n'est pas représenté sur les dessins. Le tube de quartz 28 du dispositif de coupure 16 s'étend sous l'arche et il traverse le tunnel 34 jusqu'à la paroi périphérique 8. Comme on peut le voir sur la figure 4, la chambre présente une section qui va en diminuant de façon à assurer une transmission directe du rayonnement du serpentin 10 vers toute la longueur du tube 28, et une isolation maximale du tube 28 par rapport au serpentin 12 et aux influences thermiques externes, au voisinage de la paroi périphérique. On peut cependant adopter d'autres configurations et la diminution de section n'est pas essentielle, mais il est important que l'ouverture de la chambre qui fait face au serpentin 10 soit notablement plus grande que la section transversale du tube 28, afin de permettre le passage direct du rayonnement du serpentin 10 vers l'extrémité du tube 28 qui est adjacente à la paroi périphérique 80 On a trouvé qu'on obtenait des résultats particulièrement avantageux lorsque le rapport entre l'aire de l'ouverture et l'aire de section droite du dispositif de coupure était compris dans la plage allant de 5/1 à 20/1. L'ouverture qui se trouve à l'autre extrémité de la chambre doit 9tre juste assez grande pour que le tube 28 du dispositif de coupure la traverse, et on a constaté qu'une largeur de 6 mm est acceptable. Du fait de la manière selon laquelle le dispositif de coupure s'étend au-dessus du serpentin 10, il est préférable que la surface supérieure de la chambre soit horizontale, bien qu'il soit possible de s'écarter de l'horizontale si les circonstances le permettent. L'homme de l'art comprendra aisément que la forme préférée de la chambre varie d'une application à une autre, par exemple pour divers diamètres du dispositif chauffant. C'est cependant une chose simple ne faisant intervenir aucune activité inventive que d'effectuer une série d'expériences ayant pour but de déterminer la meilleure forme pour la chambre, pour n'importe quelle application particulière. La matière isolante qui forme le bloc 36 peut être la m9me que celle de la paroi 8 et de la cloison 14, qui est de façon caractéristique une matière à base de fibres de céramique, Selon une variante, le bloc 36 peut être formé par une matière d'isolation à micro-pores, comme celle qui est commercialisée par la firme Micropore International Limited sous la marque MICROTHERM. Comme le montre la figure 4, la forme externe du bloc 36 correspond à un segment d'arc, ce qui permet de découper plusieurs de ces blocs dans une pièce moulée de forme annulaire. Une autre variante, représentée sur la figure 5, consiste à donner au bloc une forme générale rectangulaire, mais avec des extrémités radiales intérieure et extérieure 24876Z0 en forme d'arc, ce qui permet de découper un certain nombre de ces blocs dans un panneau ou une bande de matière isolante. Les parois latérales du bloc 36 sont représentées sous une forme plane, mais elles peuvent être courbées pour permettre la transmission du rayonnement à partir du serpentin 12, le long de chemins qui convergent en passant au niveau des parois latérales, pour réduire la taille de la région non chauffée, ou point froid, résultant de la terminaison du serpentin 12 de part et d'autre du bloc 36. La minceur relative de l'isolation qui est établie par le bloc 36 entre la chambre et le serpentin 12 au voisinage de la cloison 14, à cause de la forme du bloc, est acceptable du fait que dans cette région le dispositif de coupure est influencé de façon prédominante par le serpentin 10, et c'est près de la paroi périphérique 8 que le dispositif de coupure doit atre protégé de façon particulièrement efficace contre l'influence du serpentin 12 qui, dans cette région, est plus proche que le serpentin 100 Une autre région non chauffée, ou point froid, peut appara tre du fait de la présence de la cloison 14. Pour réduire ou éliminer cet--autre point froid, la partie supérieure de la cloison 14 peut aller en se rétrécissant, comme le montre la figure 5, afin de réduire la largeur de la cloison à l'endroit o, en utilisation, elle vient en contact avec la face inférieure de ia plaque en vitrocéramique de la table de cuisson. De façon similaire, si on le désire, le bord intérieur en direction radiale de la paroi périphérique 8 peut aller en se rétrécissant, mais on voit clairement qu'il n'est pas souhaitable de rétrécir le bord intérieur, en direction radiale, de la paroi 8 ou le bord extérieur, en direction radiale, de la cloison 14, dans la région du bloc 36, comme le montre la figure 5. Le mode de réalisation qui est représenté sur la figure 5 constitue une modification de celui qui est représenté sur la figure 4, selon laquelle le bloc 36 est pratiquement rectangulaire et pénètre dans un espace qui est formé dans la cloison 14. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de découper une ouverture en forme d'arche dans la cloison et l'ouverture intérieure, en direction radiale, de la chambre peut être formée directement de façon à avoir une aire de 5 à 20 fois supérieure à l'aire de section droite du tube 28 du dispositif de coupure. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1i Dispositif chauffant électrique rayonnant comprenant au moins deux éléments chauffants disposés l'un à c'té de l'autre, parmi lesquels un premier élément peut 9tre mis sous tension indépendamment de l'autre élément ou des autres éléments, un dispositif de coupure thermique qui part d'une paroi périphérique du dispositif chauffant et s'étend sur le premier élément ainsi que sur une partie au moins de l'autre élément ou sur une partie de l'un au moins des autres éléments, et des moyens destinés à isoler au point de vue thermique la partie du dispositif de coupure thermique qui s'étend sur l'autre élément ou sur les autres éléments, caractérisé en ce que la zone du dispositif chauffant qui est chauffée par le premier élément (10) est étendue de façon à influer sur la quasi- totalité de la longueur effective du dispositif de coupure. (16). 2. Dispositif chauffant selon la revendication 1l caractérisé en ce que le premier élément (10) et l'autre élément ou les autres éléments (12) sont séparés par une cloison (14) en matière d'isolation thermique. 3. Dispositif chauffant selon l'une quelconque des revendications t ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de coupure (16) est placé de façon que la quasi-totalité de sa longueur effective soit exposée au rayonnement qui est émis par le premier élément (10). 4. Dispositif chauffant selon la revendication 39 caractérisé en ce que le premier élément seétend à proximité du dispositif de coupure (16) dans la zone qui est normalement occupée par l'autre élément ou les autres éléments (12). 5. Dispositif chauffant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier élément (10) s'étend sous le dispositif de coupure (16). 6. Dispositif chauffant selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'une paroi (26) en matière d'isolation thermique est placée entre le dispositif de coupure (16) et l'autre élément ou les autres éléments (12) à l'endroit auquel le dispositif de coupure s'étend dans la zone qui est normalement occupée par l'autre élément ou les autres éléments, afin de soustraire le dispositif de coupure à l'action de la chaleur qui est émise par l'autre élément ou les autres éléments. 7. Dispositif chauffant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite zone est étendue de façon à former une chambre qui contient une longueur du dispositif de coupure (16) qui n'est pas directement adjacente au premier élément (10) et la chambre a une forme qui isole le dispositif de coupure par rapport à l'autre élément ou aux autres éléments (12) mais qui permet une transmission directe du rayonnement du premier élément (10) vers l'extrémité du dispositif de coupure qui est éloignée par rapport au premier élément. 8. Dispositif chauffant selon la revendication 7, caractérisé en ce que la paroi de la chambre est constituée par une matière d'isolation thermique, dans le but de soustraire le dispositif de coupure à l'influence de la chaleur qui est émise par l'autre élément ou les autres éléments. 9. Dispositif chauffant selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la chambre présente une section qui va en diminuant afin de permettre une exposition maximale de la longueur du dispositif de coupure (16) à la chaleur du premier élément (10) et une isolation maximale de l'extrémité éloignée du dispositif de coupure, par rapport à la chaleur de l'autre élément ou des autres éléments (12) et aux influences thermiques externes. 10. Dispositif selon les revendications 2 et 9, caractérisé en ce que le dispositif de coupure (16) traverse une ouverture qui est formée dans la cloison (14) et dont la section va en diminuant, et la chambre est placée du c8té de la cloison qui est opposé au premier élément (10). 11. Dispositif chauffant selon la revendication , caractérisé en ce que le rapport entre l'aire de ladite 1 4 ouverture, du côté du premier élément (10) et l'aire de section droite du dispositif de coupure (16) est compris dans la plage allant de 5/1 à 20/1o Dispositif chauffant selon les revendications 2 et 9, caractérisé en ce que la paroi de la chambre s'étend dans un espace qui est formé dans la cloison (14). 13. Dispositif chauffant selon la revendication 12, caractérisé en ce que le rapport entre l'aire de la chambre du côté du premier élément (10) et l'aire de section droite du dispositif de coupure (16) est compris dans la plage allant de 5/1 à 20/1. 14. Dispositif chauffant selon l'une quelconque des revendications t à 13, caractérisé en ce que le premier élément consiste en un élément central pratiquement circulaire (10) et l'autre élément consiste en un élément pratiquement annulaire (12) qui s'étend autour de l'élément circulaire, en position concentrique*