Brevet FR2543268A1 — publié le 19840928

La présente invention concerne un appareil de chauffage/ou de cuisson d'aliments ou autres, et elle porte plus particulièrement sur un nouvel appareil de chauffage et/ou de cuisson à énergie rayonnante ayant une émission réduite de lumière visible. On connaît bien un appareil de cuisson d'ali- ments utilisant une combinaison d'énergie transmise par conduction et d'énergie rayonnante, qui comporte un élément chauffant placé sous une plaque supérieure capable de trans- mettre le rayonnement A titre d'exemple, l'appareil de cuisson 1 de la figure la utilise un bloc 2 qui est un iso- lant thermique, fabriqué de façon caractéristique en une matière céramique ou une matière analogue, dans lequel des canaux 3 sont formés avec une configuration en méandres, pour contenir un serpentin chauffant 4 produisant de l'éner- gie de chauffage L'énergie produite par le serpentin chauffant 4 est transmise à travers une plaque supérieure 5 capable de transmettre le rayonnement De l'énergie de chauffage d'aliments est ainsi appliquée à un ustensile de cuisson (non représenté) adjacent à la surface extérieure a de la plaque supérieure, lorsque le serpentin 4 reçoit du courant électrique-du fait de la connexion des extémités 6 du serpentin à une source d'énergie appropriée Un autre appareil de cuisson 8 utilise un élément à résistance à couche mince, 9, sous une plaque supérieure 5 ' capable de transmettre le rayonnement D'une manière similaire à celle de l'appareil 1, de l'énergie de chauffage est communiquée à des aliments placés au-dessus de la surface extérieure 5 a' de la plaque supérieure, sous l'effet de la connexion des conducteurs 6 ' de l'élément chauffant à la source d'énergie. De façon caractéristique, une source de chauffage fournit de l'énergie à la fois aux longueurs d'ondes infra- rouges et aux longueurs d'ondes visibles On a fait fonc- tionner des appareils de cuisson de l'art antérieur à des températures relativement basses, ne dépassant pas de façon caractéristique 14000 K, du fait que l'utilisation de tempé- ratures supérieures peut entraîner un inconfort visuel pour l'utilisateur de l'appareil de chauffage pendant la prépara- tion des aliments Du fait des températures relativement basses qui sont utilisées, l'énergie aux longueurs d'ondes de l'infrarouge lointain est absorbée par la plaque supérieu- re 5 ou 5 ', ce qui fait que celle-ci atteint rapidement des températures très élevées A de telles températures basses (par exemple 14000 K), la densité de puissance spécifique Me) dans le serpentin chauffant 4 ou 9 est relativement fai- ble et une énergie appréciable est produite dans la région de l'infrarouge lointain, c'est-à-dire un rayonnement ayant une longueur d'onde supérieure à environ à 2,6 microns, ce qui augmente encore davantage la température de la plaque supérieure La plaque supérieure est fortement susceptible de se rompre du fait du choc thermique extrême qui se pro- duit en cas de débordement pendant la cuisson. Il est donc extrêmement souhaitable de procurer un appareil de chauffage par de l'énergie rayonnante fonction- nant à une température notablement plus élevée, pour produi- re un pourcentage plus élevé d'énergie dans la région de l'infrarouge proche, utilisée pour la cuisson des aliments, tout en réduisant l'énergie supplémentaire aux longueurs d'ondes visibles qui est produite par le fonctionnement à une température plus élevée. Conformément à l'invention, un appareil de chauf- fage et/ou de cuisson à énergie rayonnante utilise: un élé- ment chauffant à température élevée, tel qu'un filament de tungstène ou autre, pour rayonner au moins un rayonnement aux longueurs d'ondes infrarouges et visibles vers une sur- face au niveau de laquelle le rayonnement infrarouge doit être appliqué pour cuire des aliments placés en position adjacente à cette surface; et des moyens, placés entre l'élément produisant de l'énergie de chauffage et la surface, afin d'absorber le rayonnement aux longueurs d'ondes visi- bles. Dans un mode de réalisation actuellement préféré du nouvel appareil de chauffage et/ou de cuisson à énergie rayonnante, l'élément chauffant est un tube à filament de tungstène placé pratiquement au foyer d'un récepteur infra- rouge Les moyens d'absorption de l'énergie aux longueurs d'ondes visibles consistent de préférence en une couche d'oxyde de fer La couche absorbante peut être placée autour du tube chauffant ou transversalement par rapport à l'ouver- ture du réflecteur infrarouge, et elle intercepte le rayon- nement visible avant que l'énergie rayonnante ne rencontre une plaque supérieure Plusieurs ensembles comprenant chacun un tube chauffant, un réflecteur et un élément d'absorption des longueurs d'ondes visibles (ou un filtre spectral coupe- bande) peuvent être placés en un réseau au-dessous d'au moins une plaque supérieure, pour définir une surface totale à partir de laquelle est émis le rayonnement infrarouge chauffant les aliments. L'invention a donc pour but de procurer un nouvel appareil de chauffage et/ou cuisson à énergie rayonnante dans lequel la proportion de lumière visible soit réduite. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement: Figures la et lb: des vues en perspective d'appa- reils de cuisson de l'art antérieur; Figure 2: une vue en perspective d'un mode de réalisation actuellement préféré d'un appareil de chauffage et/ou de cuisson à énergie rayonnante conforme aux principes de l'invention; et Figure 2 a: un graphique représentant la relation entre la densité d'énergie spécifique et la longueur d'onde de rayonnement pour diverses températures d'un élément chauffant, et utile à la compréhension du fonctionnement de l'invention. En considérant maintenant la figure 2, on note que le nouvel appareil de chauffage et/ou de cuisson à énergie rayonnante 10 utilise des moyens 11 produisant de l'énergie rayonnante, tels qu'un filament de tungstène ou un élément analogue Le filament est de préférence enfermé dans un tube 12 d'une matière qui transmet notablement au moins les lon- gueurs d'ondes infrarouges dans la gamme d'environ 1,0 micro- mètre à environ 3,0 micromètre Le filament 11, qui peut être un filament enroulé en hélice dont l'axe longitudinal coïncide avec l'axe central du tube cylindrique 12, fonc- tionnera avantageusement à une température comprise entre environ 20000 K et environ 30000 K, et de préférence à une température d'environ 26000 K Le tube chauffant est monté, par des moyens non représentés mais bien connus dans la technique, avec le filament Il pratiquement au foyer d'un réflecteur 14 Le réflecteur 14 a pour fonction de collecter au moins l'énergie rayonnante aux longueurs d'ondes infra- rouges, et de la concentrer vers une ouverture 14 a du réflecteur Une plaque supérieure 16 est placée de façon à s'étendre transversalement sur toute l'ouverture 14 a du réflecteur; et la plaque supérieure peut être fabriquée en n'importe quelle matière pratiquement transparente au rayonnement dans la région du spectre correspondant à l'infrarouge proche, de telles matières comprenant des verres (comme le verre au germanium, le verre laminé traité chimiquement, etc), le quartz et des matières similaires. Ainsi, la presque totalité du rayonnement produit par le filament 11 est dirigée vers l'ouverture 14 a du réflecteur et vers la plaque supérieure 16 qui se trouve au-dessus. Cette énergie rayonnante comprend l'énergie désirée dans l'infrarouge proche, pour la cuisson des aliments, et elle comprend également de l'énergie indésirable aux longueurs d'ondes visibles. Conformément à l'invention, un élément de filtrage de la lumière aux longueurs d'ondes visibles, 18, est inter- calé entre la source d'énergie rayonnante (filament 11) et la surface extérieure 16 a de la plaque supérieure L'énergie rayonnante aux longueurs d'ondes visibles est donc pratique- ment absorbée à l'intérieur de l'appareil 10, et le niveau de rayonnement aux longueurs d'ondes visibles qui est capa- ble d'atteindre l'utilisateur de l'appareil de cuisson est atténué L'élément d'absorption de la lumière aux longueurs d'ondes visibles, 18, peut consister en une couche plane 18 a intercalée entre l'ouverture 14 a du réflecteur et la plaque supérieure 16; et la couche plane 18 a peut avanta- geusement être fabriquée sur la surface intérieure 16 b de la plaque supérieure -Si la plaque supérieure 16 doit être amovible (pour le nettoyage ou dans des buts similaires), la couche 18 a peut être un élément séparé, monté séparément transversalement à l'ouverture 14 a du réflecteur Selon une variante, une couche 18 b de matière absorbant les longueurs d'ondes visibles peut être fabriquée sur la surface exté- rieure 12 a du tube 12 de l'élément chauffant La couche 18 a ou 18 b peut être fabriquée à partir de n'importe quelle matière ayant un pouvoir d'absorption notablement plus élevé de l'énergie rayonnante dans la région des longueurs d'ondes visibles (d'environ 0,4 micron à environ 0,7 micron), et un pouvoir d'absorption, ou une atténuation, notablement plus faible de l'énergie rayonnante dans la région des longueurs d'ondes de l'infrarouge proche (d'environ 1 micron à environ 3 microns) L'élément absorbant peut également être en une matière transmettant le rouge, comme un verre ou une matière analogue, se présentant sous la forme d'un élément séparé, ou réparti dans un autre élément, par exemple dans le tube 12. L'oxyde de fer est une matière qu'on a trouvé être particu- lièrement utile pour l'absorption de l'énergie aux longueurs d'ondes visibles, dans la couche 18 a ou 18 b On peut appli- quer l'oxyde de fer par le procédé décrit et revendiqué dans la demande de brevet US 322 421, déposée le 18 novembre 1981, et incorporée ici en intégralité par référence Cette demande décrit et revendique la fabrication d'un revêtement d'oxyde de fer, ayant n'importe quelle épaisseur souhaita- ble, par pulvérisation d'une solution alcoolique de chlorure ferrique sur une surface chaude (qui peut être obtenue en faisant fonctionner le filament Il pendant un certain temps avant de pulvériser effectivement la solution de chlorure ferrique dans de l'alcool) L'utilisation d'un revêtement en oxyde de fer est particulièrement avantageuse dans la mesure o la majeure partie du rayonnement correspondant aux longueurs d'ondes visibles du bleu et du vert est absorbé, tandis que le rayonnement aux longueurs d'ondes infrarouges est transmis efficacement Ceci permet de transmettre à tra- vers la couche absorbante 18 et, ensuite, à travers la pla- que supérieure 16, une partie du rayonnement correspondant aux longueurs d'ondes visibles du rouge, grâce à quoi l'uti- lisateur voit la plaque supérieure avec une couleur voisine du rouge sombre, ce qui indique que l'appareil est en fonc- tionnement. Il faut noter qu'on peut supprimer le tube 12 et placer le filament 11 à l'intérieur d'une enceinte fermée hermétiquement, limitée par le réflecteur 14 et la plaque supérieure 16 Il faut également noter qu'on peut utiliser d'autres moyens de chauffage et que ceux-ci peuvent avoir des formes autres que le filament allongé qui est représen- té En particulier, on peut utiliser des filaments en forme de méandres ayant un axe moyen qui peut être une courbe dans un espace à deux ou à trois dimensions, comme l'exige l'uti- lisation finale particulière De façon similaire, on peut utiliser dans un seul appareil 10 des ensembles supplémen- taires formés par-la combinaison de l'élément chauffant 11, du réflecteur 14 et des moyens de filtrage de la lumière visible, 18, comme le montrent les ensembles supplémentaires de réflecteurs 14 ', de filaments 11 '/tubes protecteurs 12 ', de moyens de filtrage spectral associés 18 ' et de plaques supérieures 16 ' (tous représentés en pointillés) qui sont placés à gauche et à droite de l'ensemble représenté en trait continusur la figure 2 Lorsqu'on utilise plusieurs ensembles de chauffage, on peut également utiliser des pla- ques supérieures 16 et 16 ' individuelles, ou bien on peut intégrer la totalité des plaques supérieures en un élément unitaire définissant une surface au-dessus de laquelle se trouve une zone sur laquelle on peut cuire des aliments, ou un volume dans lequel on peut cuire des aliments Il faut également noter qu'uneisolation thermique peut être établie à l'extérieur de l'appareil 10, si nécessaire L'appareil 10 n'est pas limité au chauffage ou à la cuisson d'aliments et il peut être utilisé pour n'importe quel travail exigeant l'irradiation d'au moins un objet avec un rayonnement infra- rouge. On va maintenant considérer la figure 2 a sur laquelle la longueur d'onde de rayonnement A est portée avec une valeur croissante le long d'un axe des abscisses 21 et est exprimée en micromètres La densité spectrale de puis- sance Meà est portée sur l'axe des ordonnées principal 22 et e 2 est exprimée en 105 W/(m Pm) L'amplitude relative de la lumière aux longueurs d'ondes visibles V(>) est portée le long d'un axe des ordonnées secondaire 23 Une courbe 25 (représentée en pointillés) est rapportée à l'axe des ordonnées secondaire 23 et indique la sensibilité relative de la vision humaine Une famille de courbes en trait con- tinu 27 a-27 g représente la densité de puissance relative, rapportée à l'axe des ordonnées principal 22, du rayonnement que produit une source fonctionnant à des températures allant de 20000 K (courbe 27 a) jusqu'à 32000 K (courbe 27 g) par incréments de 2000 K Une courbe en pointillés 29 indique la longueur d'onde à laquelle apparaît la densité de puis- sance maximale, en fonction de la température du filament. Une autre courbe en pointillés 30, à une longueur d'onde d'environ 2,6 micromètres, indique la longueur d'onde au-dessus de laquelle on trouve un rayonnement infrarouge qui ne traverse pratiquement pas des plaques supérieures caractéristiques; il est souhaitable que la majorité du rayonnement infrarouge apparaisse au-dessous de la ligne 30, et il est également souhaitable que la position sur la cour- be de densité de puissance maximale 29 qui correspond à la température de filament particulière utilisée se trouve à une longueur d'onde supérieure à environ 1,0 micromètre, pour maximiser la proportion du rayonnement disponible dans l'infrarouge proche De façon similaire, l'aire d'une courbe de rayonnement 27 sélectionnée qui est située au-dessous de la courbe de lumière visible 25 doit être aussi faible que- possible On voit que des températures de filament comprises entre environ 20000 K et environ 30000 K satisfont ces exi- gences Les températures les plus élevées sont plus préféra- bles, du fait que les valeurs de densité de puissance Me X plus élevées qui leur correspondent peuvent procurer une diminution notable des coûts de matières concernant l'élé- ment chauffant On doit faire un compromis entre cette réduction de coût et le rayonnement supplémentaire aux lon- gueurs d'ondes visibles qui est produit à des températures de fonctionnement plus élevées; on considère à l'heure actuelle qu'une température préférée d'environ 26000 K (courbe 27 d) représente le meilleur compromis. REVENDICATIONS 1 Appareil de chauffage et/ou de cuisson à énergie rayonnante ( 10) caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens ( 11, 12) destinés à produire de l'énergie rayonnante, au moins à des longueurs d'ondes infrarouges et visibles; des moyens ( 16) destinés à définir une surface au niveau de laquelle le rayonnement aux longueurs d'ondes infrarouges, au moins, doit être fourni pour une opération de cuisson; et des moyens ( 18) placés entre les moyens de chauffage ( 11) et ladite surface ( 16 a) pour réduire la quantité de rayonnement aux-longueurs d'ondes visibles qui est présente sur ladite surface. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 14) placés autour des moyens de chauffage ( 11, 12) pour diriger la presque totalité du rayonnement aux longueurs d'ondes infrarouges, au moins, à travers ladite surface ( 16 a). 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réduction du rayonnement ( 18) com- prennent une couche ( 18 a, 18 b) de matière absorbant le rayonnement aux longueurs d'ondes visibles. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière absorbante absorbe au moins la lumière visible bleue et verte. 5 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite matière est de l'oxyde de fer. 6 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de chauffage consistent en un filament ( 11) placé à l'intérieur des moyens de direction du rayonne- ment ( 14). 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comprennent en outre un élément ( 12) qui enferme le filament ( 11). 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de réduction du rayonnement ( 18 b) sont formés sur l'élément ( 12) qui enferme le filament. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le filament ( 11) a une forme linéaire allongée; l'élément qui enferme le filament est un tube ( 12) de matiè- re transmettant le rayonnement qui est formé autour du fila- ment; et les moyens de direction du rayonnement ( 14) con- sistent en un canal de section parabolique avec le filament ( 11) placé le long de son foyer. 10 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le filament ( 11) a une forme linéaire allongée; les moyens de direction du rayonnement ( 14) consistent en un canal de section parabolique avec le filament placé le long de son foyer; et les moyens de réduction du rayonnement ( 18) consistent en une couche ( 18 a) d'une matière absorbant l'énergie rayonnante dans le spectre correspondant aux lon- gueurs d'ondes visibles, qui s'étend transversalement par rapport à une ouverture du canal. 11 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage ( 11, 12) fonctionnent à une température comprise entre environ 20000 K et environ 30000 K. 12 Appareil selon la revendication 11, caracté- risé en ce que les moyens de chauffage ( 11, 12) fonctionnent à une température d'environ 26000 K. 13 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un moyen de chauffage supplémentaire ( 11 ', 12 '), placé du même c 8 té de ladite sur- face ( 16 a) que les moyens de chauffage précités ( 11, 12) et des moyens supplémentaires de réduction du rayonnement ( 18 a') placés entre cette surface et les moyens de chauffage supplémentaires ( 11 ', 12 '). 14 Appareil selon la revendication 13, caractéri- sé en ce qu'il comprend en outre des moyens supplémentaires de direction du rayonnement ( 14 ') associés aux moyens de i 1 chauffage supplémentaires( 11 ', 12 '), pour faire en sorte que la presque totalité du rayonnement aux longueurs d'ondes infrarouges provenant des moyens de chauffage supplémentaires traverse ladite surface ( 16 a). 15 Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que la surface ( 16 a) est une surface bidimensionnelle. 16 Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que la surface ( 16 a) est une surface tridimensionnelle définissant un volume dans lequel au moins un objet peut être chauffé par le rayonnement aux longueurs d'ondes infrarouges traversant cette surface.