Brevet FR2494403A1 — publié le 19820521

La présente invention concerne les dispositifs électriques chauffants rayonnants du genre utilisé dans les tables de cuisson en vitrocéramique. L'invention porte plus particulièrement sur de tels dispositifs chauffants qui utilisent deux éléments chauffants, ou plus, dans le même dispositif. Les tables de cuisson électriques chauffent des ustensiles placés sur les dispositifs chauffants par la chaleur transmise à ces ustensiles par convection, conduction et rayonnement. Parmi ces modes, les modes de conduction et de rayonnement sont prépondérants et la chaleur rayonnante provenant du dispositif passe vers l'ustensile tandis que de la chaleur est conduite vers l'ustensile par contact direct avec le dispositif chauffant. La quantité de chaleur conduite vers l'ustensile dépend naturellement du degré de contact entre l'ustensile et le dispositif chauffant. Dans le cas d'une table de cuisson en vitrocéramique, le contact s'effectue avec la plaque en vitrocéramique lisse qui est chauffée par l'élément chauffant. Dans une table de cuisson en vitrocéramique une plaque lisse en vitrocéramique recouvre un ou plusieurs éléments chauffants électriques de forme générale circulaire, supportés sur une couche de matière isolante au point de vue thermique comme au point de vue électrique, de façon que les éléments soient espacés par rapport à la face inférieure de la plaque en vitrocéramique de la table de cuisson. Pendant l'utilisation, un ustensile placé sur la plaque en vitrocéramique, au-dessus d'un élément chauffant, est chauffé par la transmission de la chaleur provenant de l'élément vers la plaque en vitrocéramique, et à travers cette dernières par convection dans l'air, conduction et rayonnement infrarouge. De tels éléments sont appelés éléments chauffants rayonnants. La matière isolante empêche pratiquement que la chaleur se propage à partir de l'élément chauffant, sauf vers la plaque en vitrocéramique et, du fait que les matières préférées pour la plaque sont essentiellement non conductrices, seules les régions de la plaque qui sont directement exposées à l'élément chauffant sont chauffées. Pour éviter que de la chaleur soit transmise vers des parties de la plaque non couvertes par un ustensile placé au-dessus, il existe également normalement une paroi périphérique en matière isolante autour du serpentin chauffant0 Les tables de cuisson électriques ont toujours eu le meilleur rendement avec des ustensiles dont les fonds se conforment à la surface des dispositifs chauffants, pour donner un contact maximal avec l'ustensile, et donc une conduction de chaleur maximale vers l'ustensile. Des ustensiles ayant des fonds plats ont été conçus spécialement pour les tables de cuisson électriques, et on a utilisé des fonds plus épais pour contribuer au maintien de leur planéité. A l'heure actuelle, on donne au fond des ustensiles une forme légèrement bombée vers l'intérieur, ce qui améliore la stabilité de l'ustensile sur la table de cuisson et fait en sorte qu'il ne puisse pas exister de bombement vers l'extérieur. Un bombement dirigé vers l'extérieur rend l'ustensile instable et conduit à un transfert de chaleur inégal vers l'ustensile, et ceci doit être évité dans toute la mesure du possible. Toute déformation de l'ustensile après une longue utilisation entraîne une déformation du fond vers l'extérieurs ce qui fait qu'un fond plat à l'origine tend à se bomber vers l'extérieur. De façon caractéristique, on forme dans le fond d'un ustensile circulaire un bombement dirigé vers l'intérieur, et la hauteur de ce bombement ne dépasse pas 0,5 % de son diamètre. L'invention a pour but de faire disparaître les problèmes de transfert de chaleur vers un ustensile bombé, et donc de maximiser la conduction de chaleur d'une surface de cuisson en vitrocéramique vers un ustensile classique placé sur cette surface. L'invention consiste en un dispositif électrique chauffant et rayonnant pour une table de cuisson envitioemmnqoe, et ce dispositif chauffant comprend: au moins deux éléments chauffants disposés de façon qu'un premier élément chauffant entoure de façon presque complète la périphérie du ou des seconds éléments chauffants, ce ou ces éléments pouvant être alimentés indépendamment du premier élément; une paroi de séparation en matière d'isolation thermique disposée entre le premier élément et le ou les seconds éléments; et une paroi périphérique en matière d'isolation thermique qui entoure le premier élément; et la résistance électrique du premier élément et du ou des seconds éléments est telle que, pendant le fonctionnement, la puissance électrique qui est appliquée au premier élément et au. ou aux seconds éléments, par unité de surface du dispositif chauffant entouré par la paroi périphérique, est supérieure à la puissance électrique qui est appliquéeau ou aux seconds éléments par unité de surface de la partie du dispositif chauffant qui est entouréepar la paroi de séparation. Dans un mode de réalisation de l'inventions le dispositif chauffant comprend deux éléments chauffants, le second élément est pratiquement circulaire et le premier élément est annulaire et s'étend pratiquement autour du second élément. Il est préférable que, pendant le fonctionnement, la puissance électrique appliquée au second élément soit de 800 W, la région entourée par la paroi de séparation ayant un diamètre de 137 mm, et que la puissance électrique appliquée au premier élément soit de 1000 y, la région entourée par la paroi périphérique ayant un diamètre de 195 mm. Le ou les seconds éléments peuvent avoir une configuration telle que, pendant l'utilisation, la chaleur émise dans la zone périphérique de la région entourée par la paroi de séparation soit plus grande, par unité de surface.que la chaleur émise dans la zone centrale de cette région. Lorsque le ou les seconds éléments sont enroulés en une spirale, ou en régions circulaires pratiquement concentriques, l'écartement entre les régions adjacentes du ou des éléments chauffants peut être réduit vers la périphérie. Selon une variante, lorsque le ou les seconds éléments se présentent sous la forme d'un serpentin enroulé en hélice, le pas des spires, c'est-à-dire l'écartement axial entre les spires adjacentes du serpentin de l'élément chauffant, peut être réduit vers la périphérie. 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 mode de réalisation d'un dispositif chauffant conforme à l'invention; La figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 7; et La figure 3 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation d'un dispositif chauffant conforme à l'invention. Les figures 1 et 2 montrent un dispositif chauffant qui comprend un disque de métal 2 contenant une couche de base 4 en matière d'isolation thermique. Le disque de métal 2 comporte un rebord 6 contre lequel est placée une paroi périphérique 8 en matière d'isolation thermique. Deux serpentins électriques chauffants pratiquement concentriques 10 et 12, sont disposés dans des gorges formées dans la couche de base 4 et sont séparés l'un de l'autre par une paroi de séparation circulaire 14 en matière d'isolation thermique. La paroi de séparation 14 sépare la région de chauffage définie par la paroi périphérique 8 en une zone centrale A et en une zone annulaire B. Un dispositif de coupure d'alimentation thermosensible 16 stétend sur le serpentin 10 et ce dispositif est capable de mettre les deux serpentins hors tension en cas d'échauffement excessif. Chaque serpentin peut être commandé indépendamment au moyen de connecteurs 18 et 20, grâce à quoi il est possible de chauffer uniquement par le serpentin 10 une petite casserole circulaire ou tout autre ustensile analogue, et de chauffer par les deux serpentins 10 et 12 un ustensile similaire plus grand. Les serpentins ne sont pas protégés et chacun d'eux est fixé à la couche de base 4 au moyen d'agrafes 5. Chaque serpentin est réalisé de préférence à partir d'un fil de chauffage par résistance en fer-chrome-aluminium. Le principe de l'utilisation de deux serpentins de chauffage qu'on peut faire fonctionner séparément et indépendamment dans un dispositif chauffant rayonnant du type décrit ici est présenté et revendiqué dans la demande de brevet FR 80/02896, à laquelle on se référera. Les éléments chauffants circulaires représentés ici définissent un dispositif chauffant ayant une zone de chauffage circulaire A et une zone de chauffage C5 annulaire B, mais on peut appliquer le même principe à d'autres formes de dispositifschauffants dans lesquelles un serpentin intérieur est pratiquement entouré par un serpentin extérieur, comme par exemple des dispositifs chauffants ovales, carrés ou rectangulaires. Conne le montre la figure 1, un bloc 26 er matière d'isolation thermique a une forme qui lui permet de s'ajuster ertre les parois 8 et 14 et de recevoir le dispositif de coupure d'alimentation 16. Les spires du serpentin 12 sont redressées à l'endroit o elles passent sous le bloc 26. La hauteur du bloc 26 est telle que ce bloc atteint pratiquement le mexre niveau que la paroi périphérique 8 et la paroi de séparation 14, si bien que les parois comme le bloc peuvent porter contre la face inférieure de la plaque en vitrocéramique lorsque le dispositif chauffant est installé dans une table de cuisson. La matière du bloc peut consister par exemple en fibres de céramique ou en une matière d'isolation à micropores. La matière de la couche de base 4 est de préférence une matière d'isolation à micropores, tandis que la matière des parois 8 et 14 consiste de préférerce en fibres de céramique. La figure 2 montre la partie inférieure d'une casserole qui repose sur la plaque 32 d'une table de cuisson en vitrocéramique contre la face inférieure de laquelle le dispositif chauffant est monté. Le fond de la casserole est bombé (on notera que la hauteur de bombement est exagérée sur la figure 2 dans un but de clarté) et il est supporté au-dessus du serpentin 12, dans la zone de sa périphérie extérieure. Le contact maximal entre la casserole et la plaque en vitrocéramique est donc établi dans la zone chauffée B. Conformément à l'invention, la densité de puissance dans la zone B est augmentée par rapport à la zone A, de façon à ce que le transfert de chaleur maximal ait lieu dans la zone B. On parvient à ceci en. augmentant la puissance dans le serpentin 12 par rapport à la puissance du serpentin 10. Un dispositif de 215 mm de diamètre peut avoir une puissance totale d'une valeur caractéristique de 1800 W. La structure du dispositif est telle qu'il existe une zone de chauffage intérieure A ayant un diamètre de 137 mm et une zone de chauffage annulaire extérieure B qui s'étend jusqu'à un diamètre de 195 mm. Les deux zones sont séparées par une paroi de séparation qui a une épaisseur effective de 10 mm. Les deux zones ont habituellement la même puissance nominale, soit 900 W pour chacune, ce qui donne une densité de puissance de 0,061 W/mm2 à la zone intérieure, et une densité de puissance de 0,060 W/mm pour la région chauffée globale. Cependant, on a constaté qu'en donnant une puissance nominale de 1000 W à la zone extérieure et de 800 W à la zone intérieure, ce qui conduit à une densité de puissance de 0,054 W/mm pour la zone intérieure et la même densité de puissance de 0,060 W/'mm pour la zone chauffée globale, la durée nécessaire pour porter à ébullition I litre d'eau contenu dans une casserole 30 reposant sur la plaque en vitrocéramique de la table de cuisson, de la manière représentée, peut 9tre réduite de 20 à 25 %. Cette réduction importante du temps d'ébullition est surprenante du fait qu'on s'attendrait à ce que la perte de chaleur dans la zone périphérique B augmente et on ne s'attendrait donc pas à une diminution notable du temps U3'1itii. On a cependant constaté que cette perte de chaleur est plus que ccmpensée par le meilleur transfert de chaleur par conduction vers la casserole dans la zone périphérique. Pour une plus petite casserole telle qu'une casserole 34 qui est représentée en pointillés sur la figure 2, on n'utiliserait normalement que le serpentin 10o Cependant, ici encore, il peut être souhaitable d'augmenter la densité de puissance dans la région périphérique de la zone de chauffage effective A. On parvient à ceci en réduisant l'écartement radial entre les arcs adjacents du serpentin 10 lorsqu'on se dirige vers la périphérie. Comme il est représenté, l'écartement entre les arcs 10a et 10b est plus faible que l'écartement entre les arcs lOb et 10c, l'écartement crcissant progressivement en direction de l'arc 10d qui est le plus proche du centre. Selon une variante, comme le montre schématiquement la figure 3, on peut maintenir constant l'écartement radial entre les arcs adjacents, mais diminuer le pas du serpentin intérieur 10, c'est-à-dire l'écartement entre les spires adjacentes du serpentin, lorsque la distance radiale à partir du centre du dispositif chauffant augmente. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS io Dispositif chauffant rayonnant électrique pour une table de cuisson en vitrocéramique, ce dispositif chauffant comprenant au moins deux éléments chauffants disposés de telle façon qu'un premier élément chauffant entoure de façon presque complète la périphérie du ou des seconds éléments chauffants, ce ou ces autres éléments chauffants pouvant être alimentés indépendamment du premier élément chauffant, une paroi de séparation en matière d'isolation thermique disposée entre le premier élément et le ou les seconds éléments, et une paroi périphérique en matière d'isolation-thermique qui entcure le premier élément, caractérisé en ce que la résistance électrique du premier élément (12) et du ou des seconds éléments (10) est telle quel, pendant le fonctionnement, la puissance-électrique appliquée au premier élément (12) et au second élément ou aux seconds éléments (10) par unité de surface du dispositif chauffant se trouvant à l'intérieur de la paroi périphérique (8) est plus grande que la puissance électrique qui est appliquée au second élément ou aux seconds éléments (10) par unité de surface de la partie du dispositif chauffant qui est entourée par la paroi de séparation (14). 2. Dispositif chauffant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux éléments chauffants (10 et 12), le second élément (10) est pratiquement circulaire, et le premier élément (12) est annulaire et entoure presque complètement le second élément (10). 3. Dispositif chauffant selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pendant le fonctionnement, la puissance électrique qui est appliquée au second élément (10) est de 800 W, la zone (A) qui est entourée par la paroi de séparation (14) ayant un diamètre de 137 mm, et la puissance électrique qui est appliquée au premier élément (12) est de 1000 W, la zone (A + B) entourée par la paroi périphérique (8) ayant un diamètre de 195 mm. 4. Dispositif chauffant selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le ou les seconds éléments (10) sont conçus de telle manière que la chaleur émise dans la région périphérique de la zone (A) entourée par la paroi de séparation (14) soit plus grande, par unité de-surface, que la chaleur émise dans la région centrale de cette zone (A). e Dispositif chauffant selon la revendication 49 caractérisé en ce que l'écartement entre les arcs adjacents du ou des éléments chauffants (1o) est réduit en direction de la périphérie. 6. Dispositif chauffant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pas des spires de l'élément chauffant est réduit en direction de la périphérie,