Brevet FR2522913A1 — publié le 19830909

La présente Invention est relative à des unités de chauffage électrique du type de celles utilisées pour les plaques chauffantes en vitrocéramique. Les cuisinières électriques fournissent de la cha- leur aux ustensiles disposés sur leurs unités de chauffage par convection, conduction et rayonnement Parmi ces trois modes, la conduction e t le rayonnement prédominent, la cha- leur rayonnée par l'unité de chauffage passant directement dans l'ustensile et la chaleur étant transmise par conduc- tion à l'ustensile par le contact entre celui-ci et l'unité de chauffage La quantité de chaleur transmise par conduc- tion à l'ustensile est fonction, bien sur, de la surface de contact entre l'ustensile et l'unité de chauffage Dans le cas d'une plaque chauffante en vitrocéramique, le contact s'effectue avec la plaque lisse en vitrocéramique qui est chauffée par l'unité de chauffage. Une plaque chauffante en vitrocéramique est consti- tuée d'une plaque lisse en vitrocéramique qui recouvre un ou plusieurs éléments de chauffage électrique généralement circulaires supportés par une couche de matériau isolant thermique et électrique de façon que le/ou chaque élément de chauffage soit espacé du dessous de la plaque de vitro- céramique En utilisation, un ustensile disposé sur une plaque en vitrocéramique au-dessus d'un élément de chauffage est chauffé par la transmission de la chaleur émise par l'é- lément de chauffage vers et à travers la plaque en vitrocé- ramique par convection dans l'air, conduction et rayonne- ment infra-rouge De tels éléments de chauffage sont dési- gnés comme étant des éléments de chauffage à rayonnement. Le matériau isolant empêche à peu près toute transmission de chaleur & partir des éléments de chauffage si ce n'est dans la direction de la plaque en vitrocéramique et, puis- que les matériaux choisis pour la plaque sont essentielle- ment non conducteurs thermiques, seules les parties de la plaque qui sont directement exposées à l'élément de chauffage seront chauffées Afin d'empêcher la transmission de chaleur aux parties de la plaque en vitrocéramique non couvertes par un ustensile placé directement au-dessus d'un élément de chauf- fage, une-paroi périphérique en matière isolante thermique est aussi normalement disposée autour de l'élément de chauffage. De plus, un dispositif thermique coupe-circuit est disposé au-dessus de l'élément de chauffage afin de protéger l'élé- ment de chauffage et la plaque en vi-trocéramique contre une surchauffe Le dispositif thermique coupe-circuit comporte une sonde de dilatation différentielle qui est disposée au- dessus de l'élément de chauffage et un commutateur à action instantanée logé à l'extérieur de la paroi périphérique de façon à couper l'élément de chauffage de sa source électrique pour éviter des températures excessives qui peuvent être dan- gereuses pour l'utilisateur et peuvent provoquer des dégàts ou une décoloration de la surface chauffante en vitrocéramique. Les fabricants de plaques chauffantes en vitrocérami- que cherchent constamment à améliorer le rendement de leurs produits, ce rendement pouvant être déterminé en chronomé- trant le temps nécessaire pour porter à ébullition un volume d'eau déterminé à une température initiale donnée Une méthode qui a été proposée pour améliorer le rendement consiste à augmenter la puissance de l'élément de chauffage, par exemple de 1000 watts à 1100 watts ou de 1500 watts à 1600 watts pour un diamètre donné d'élément chauffant, mais cette solution est inefficace parce qu'elle provoque seulement des déclen- chements plus fréquents du dispositif thermique coupe-cir- cuit, On a aussi proposé, pour un diamètre donné de l'élément chauffant, d'installer un élément de chauffage secondaire, d'une puissance comprise entre 450 et 500 watts, par exemple autour de l'élément de chauffage primaire, l'élément de chauf- fage secondaire n'étant amorcé que dans certaines positions du commutateur de contrôle du réchaud Toutefois, un tel élément de chauffage secondaire a une influence néfaste sur le fonc- tionnement du dispositif thermique coupe-circuit, provoquant en fait la coupure de l'alimentation des éléments de chauffa- ge par le dispositif coupe-circuit à une température infé- rieure de la surface chauffante et donnant un rendement infé- rieur malgré la Puissance supérieure La demande de Brevet Anglais No 2 069 300 A décrit également un réchaud ayant deux éléments de chauffage, mais ce réchaud est conçu pour définir des zones de chauffage séparées et distinctes sur la surface chauffante en vitrocéramique destinées à être utilisées avec des ustensiles de tailles différentes, les éléments de chauf- fage étant à cet effet séparés par une cloison Ce réchaud, par conséquent, bien qu'il soit d'utilisation plus souple, n'a pas des performances de chauffage améliorées. L'invention a pour but de fournir un réchaud par rayon- nement incorporant des éléments primaire et secondaire de chauffage et qui procure un meilleur rendement que ce qui a été possible jusqu'à maintenant. L'invention a donc pour objet: une unité de chauffage électrique par rayonnement pour une plaque chauffante en vi- trocéramique, cette unité de chauffage comprenant: une embase en matière isolante thermique et électrique; un premier et un second éléments de chauffage disposés adjacents l'un à l'autre sur l'embase et agencés de façon que, en utilisation, la chaleur émise par le second élément de chauffage s'ajoute à la chaleur émise par le premier élément de chauffage; une paroi périphérique en matière isolante thermique entou- rant les éléments de chauffage; un dispositif thermique coupe-circuit disposé au-dessus du premier et du second éléments de chauffage; et des moyens pour protéger le dispositif thermique coupe-cir- cuit, aux endroits o il surplombe le second élément de chauffage, contre la chaleur émise à la fois, par le premier et le second éléments de chauffage. Les moyens de protection peuvent comprendre un bloc de matière isolante thermique comme la fibre de céramique ou un isolant microporeux Une rainure peut être ménagée dans le bloc de façon à faciliter le passage du dispositif thermique coupe-circuit. En variante, le dispositif de protection peut com- prendre une source froide qui absorbe la chaleur émise par les éléments de chauffage au droit du second élément de chauf- fage et qui l'évacue hors de l'unité de chauffage. Dans un mode de réalisation de l'invention, le second élément de chauffage peut s'étendre à peu près sur tout le pourtour du premier élément de chauffage de façon à être pla- cé entre le premier élément de chauffage et la paroi périphé- rique Dans un tel agencement, o les moyens de protection comprennent un bloc de matière isolante thermique, le bloc est de préférence placé à chaque extrémité du dispositif ther- mique coupe-circuit. Les blocs peuvent se prolonger dans des évidements de la paroi périphérique Toutefois, quand les moyens de pro- tection comprennent une source froide, un tube de cuivre peut- être placé à chaque extrémité du dispositif thermique coupe- circuit, le tube de cuivre étant rattaché à la cuvette métal- lique qui contient l'embase et la paroi périphérique. Pour une unité de chauffage ayant un diamètre nominal de chauffage de 145 mm, le premier élément de chauffage peut avoir une puissance de 1000 watts et le second de 450 watts. En variante, pour une unité de chauffage ayant un diamètre nominal de chauffage de 180 mm, le premier élément de chauf- fage peut avoir une puissance de 1500 watts et le second de 500 watts. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de modes de réalisation représentés aux dessins annexés, donnés unique- ment à titre d'exemple Sur les dessins: la Figure 1 représente une vue en plan d'un mode de réali- sation d'une unité de chauffage par rayonnement conforme à l'invention. la Figure 2 est une vue en coupe représentant l'unité de chauffage de la Figure l disposée au-dessous de la plaque de vitrocéramique d'un réchaud. la Figure 3 est une vue en plan d'un second mode de réali- sation d'une unité de chauffage par rayonnement conforme à l'invention. la Figure 4 est une vue en coupe représentant l'unité de chauffage de la Figure 3 disposée au-dessous de la plaque de vitrocéramique d'un réchaud, et la Figure 5 est une vue en plan d'un troisième mode de réa- lisation d'une unité de chauffage par rayonnement suivant l'invention. Les mêmes chiffres de référence sont utilisés sur toutes les figures pour désigner des parties similaires. Les figures 1 et 2 représentent une unité de chauf- fage par rayonnement qui comprend une cuvette métallique 2 contenant une embase 4 en matière isolante thermique et élec- trique La cuvette métallique 2 possède un rebord 6 contre lequel est situé une paroi périphérique 8 de matière isolante thermique Disposés dans des sillons formés dans l'embase 4, se trouvent deux éléments 10 et 12 de chauffage électrique, à peu près concentriques Disposé au-dessus des éléments de chauffage se trouve un dispositif thermique coupe-circuit 14 destiné à déconnecter les deux éléments de chauffage de leur source électrique (non représentée) dans le cas d'une surchauf- fe. Chaque élément de chauffage est contrôlé indépendam- ment par une borne de raccordement qui permet d'alimenter seul l'élément intérieur de chauffage 10 par un régulateur d'énergie (non représenté) pour un nombre prédéterminé de positions du régulateur et qui permet d'alimenter à la-fois les deux éléments de chauffage 10 et 12 pour au moins une autre position du régulateur Chaque élément de chauffage est réalisé sous la forme d'un serpentin ou enroulement non S protégé et se trouve ftxé l'embase 4 par des agrafes (non représentées) Les serpentins sont faits en fil de résistance chauffant qui peut-être composé, par exemple, d'un alliage - fer-chrome-aluminium ou d'un alliage fer-chrome-aluminium- yttrium Comme le représentent les figures 1 et 2, un bloc 18 en matière isolante est disposé autour de la tige du disposi- tif thermique coupe-circuit 14 dans les parties diamétrale- ment opposées o le dispositif coupe-circuit surplombe l'élé- ment extérieur de chauffage 12 Les blocs 18 protègent le dis- positif coupe-circuit de l'influence thermique conjuguée des éléments Intérieur et extérieur de chauffage Comme représen- té aux figures 1 et 2, les blocs 18 peuvent contenir une rai- nure 20 qui reçoit la tige du dispositif coupe-circuit 14 et ils peuvent aussi être en partie encastrés dans la paroi péri- phérique 8 dans un souci de consolidation De façon idéale, les blocs 18 s'étendent radialement vers l'intérieur jusqu'à un point entre l'élément extérieur de chauffage 12 et l'arc péri- phérique de l'élément intérieur de chauffage 10 Typiquement, les blocs 18, peuvent s'étendre radialement vers l'intérieur à partir de la paroi périphérique, sur une distance d'environ 7,5 mm et peuvent avoir une largeur d'environ 20 mm Les en- roulements de l'élément extérieur de chauffage 12 sont redres- sés à l'endroit o ils passent au-dessous des blocs 18 La hauteur des blocs doit sensiblement atteindre le même niveau que la paroi périphérique 8 de façon que la paroi et les blocs puissent porter contre la surface inférieure de la plaque de vitrocéramique 22 lorsque l'unité de chauffage est installée sur un réchaud La matière dans laquelle sont faits les blocs peut-être, par exemple, de la fibre de céramique ou une matière microporeuse d'isolation La matière dans laquelle est faite l'embase 4 est de préférence une matière microporeuse d'isola- tion, alors que la paroi périphérique est de préférence en fibre de céramique. L'unité de chauffage représentée aux figures 1 et 2 peut avoir un diamètre nominal de chauffage de 145 mm Une telle unité de chauffage comporte typiquement un élément de chauffage d'une puissance de 1000 watts et dans le mode de réalisation représenté l'élément intérieur de chauffage est limité aux quatre arcs intérieurs et à une puissance de 1000 watts, alors que l'élément extérieur de chauffage est disposé dans l'arc périphérique et à une puissance de 450 watts. On a remarqué qu'une, telle unité de chauffage, en l'absence des blocs 18, a un rendement bien inférieur à celui d'une unité conventionnelle de 1000 watts, alors qu'une unité de chauffage conforme à la description précédente a un rende- ment supérieur à celui d'une unité de chauffage conventionnelle de 1000 watts Il n'est pas surprenant que l'unité de chauffage sans les blocs ait un rendement inférieur, mais on se serait aussi attendu à un rendement inférieur pour une unité de chauf- fage munie des blocs parce que, malgré la présence des blocs, un fonctionnement plus fréquent du dispositif thermique coupe- circuit serait vraisemblable. L'unité de chauffage représentée aux figures 3 et 4 est similaire à celle représentée aux figures 1 et 2 Toutefois, l'unité de chauffage représentée aux figures 3 et 4 a un-diamètre nominal de chauffage de 180 mm, L'élément intérieur de chauffage a une puissance de 1500 watts et l'élément extérieur de chauf- fage 12 a une puissance de 500 watts L'élément extérieur de chauf- fage est toujours contenu dans un unique sillon, mais l'élément intérieur de chauffage est maintenant réparti sur six arcs con- centriques. L'unité de chauffage représentée à la figure 5 est similaire à celle représentée aux figures 1 et 2, mais les blocs 18 ont été remplacés par des tubes 24 de cuivre qui sont fixés à la cuvette métallique 2 et qui s'étendent radialement vers l'inté- rieur sur une longueur à peu près identique à celle des blocs 18, c'est-àdire jusqu'à un point situé entre les éléments intérieur et extérieur de chauffage. Bien que les modes de réalisation représentés de l'invention montrent tous un élément secondaire de chauffage assimilé à l'élément extérieur de chauffage, l'élément secondaire de chauf- fage peut-être agencé dans n'importe quelle position à l'inté- rieur de l'unité de chauffage, suivant ce que l'on souhaite. REVENDICATIONS - 1 Unité de chauffage électrique par rayonnement pour plaque chauffante en vitrocéramique qui comprend une embase ( 4) en matière isolante thermique et électrique, un premier et un second éléments de chauffage ( 10, 12) dispo- sés adjacents l'un à l'autre sur l'embase et agencés de façon que, en utilisation, la chaleur émise par le second élément de chauffage ( 12) s'ajoute à la chaleur émise par le premier élément de chau fage ( 10), une paroi périphéri- que ( 8) en matière isolante thermique entourant les élé- ments de chauffage, et un dispositif thermique coupe-cir- cuit ( 14) disposé au-dessus des éléments de chauffage, ca- ractériséeen ce qu'il est prévu des moyens ( 18, 24) pour protéger le dispositif thermique coupe-circuit ( 14), dans ses parties o il surplombe le second élément de chauffa- ge ( 12), de la chaleur émise à la fois par le premier et par le second éléments de chauffage ( 10, 12). 2 Unité de chauffage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les noyens de protection comprennent un bloc ( 18) en matière isolante thermique. 3 Unité de chauffage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le bloc ( 18) est fait en fibre de cé- ramique ou en-une matière microporeuse d'isolation. 4 Unité de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'une rainure est formée dans le bloc ( 18) pour le dispositif thermique coupe-circuit ( 14). Unité de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le bloc ( 18) se prolonge dans un évidement de la paroi périphérique ( 8). 6 Unité de chauffage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de protection comprennent une source froide ( 24) qui absorbe la chaleur émise par les éléments de chauffage ( 10, 12) dans la région du second élé- ment de chauffage ( 12) et qui évacue la chaleur hors de l'u- nité de chauffage. 7 Unité de chauffage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la source froide est cons- tituée d'un tube de cuivre ( 24) qui est rattaché à une cu- vette métallique ( 2) contenant l'embase ( 4) et la paroi périphérique ( 8). 8 Unité de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'unité de chauffage a un diamètre nominal de chauffage de 145 mm, le premier élément de chauffage ( 10) ayant une puissance de 1000 watts et le second élément de chauffage ( 12) une puissance de 450 watts. 9 Unité de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'unité de chauffage a un diamètre nominal de chauffage de 180 mm, le premier élément de chauffage ( 10) a une puissance de 1500 watts et le second élément de chauffage ( 12) une puis- sance de 500 watts. Unité de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le second élément de chauffage ( 12)se prolonge sur à peu près la to- talité du pourtour du premier élément de chauffage ( 10) de façon à être disposé entre le premier élément de chauffa- ge ( 10) et la paroi périphérique ( 8).