Brevet FR2539264A1 — publié le 19840713

Dispositif de régulation, ou de limitation, d'au moins une valeur de température, ou un intervalle de températures, d'é- léments de chauffage par rayonnement, ou par contact, d'appa- reils de cuisson électriques. La présente invention concerne un dispositif de régu- lation, ou de limitation, d'au moins une valeur de températu- re, ou un intervalle de températures, d'éléments de chauffage par rayonnement, ou par contact, d'appareils de cuisson élec- triques en association avec des surfaces de cuisson en métal, céramique de verre ou matière analogue, chaque élément de; chauffage comprenant au moins deux zones de chauffage, et, pour la régulation ou la limitation de la température de l'é- lément ou des éléments de chauffage, au moins une sonde de température, qui comporte une tige à forte dilatation thermi- que placée dans un tube, étant disposée entre l'élément de chauffage et la surface de cuisson, une extrémité de cette ti- ge étant reliée à un système de contacts servant à la régula- tion ou la limitation de la température de l'élément de chauf- fage. Dans le cas d'un dispositif de ce type précédent, la régulation ou la limitation de la température se fait en par- ticulier grâce au fait que le mouvement axial de la sonde de température en forme de tige dû à la température est utilisé pour manoeuvrer le système de contacts, et cela de façon que le circuit de chauffage se ferme à une température détermi- née et s'ouvre à une température plus élevée déterminée. Si dans le cas d'un tel dispositif, l'élément de chauf- fage par rayonnement ou par contact a plusieurs états de fonc- tionnement, on a pour chacun d'eux des points de commande différents, ce qui n'est pas souhaitable pour la régulation ou la limitation en particulier d'un intervalle unique de tem- pérature. On pourrait remédier à cela en concevant le système de contacts sous forme de système de commutation à plusieurs circuits avec un nombre d'interrupteurs correspondant au nombre d'états de fonctionnement, mais cela entraînerait une dépense technique élevée peu économique. Le DE-AI 3 102 919 présente un dispositif de protec- tion contre les surchauffes qui est constitué de lames ou de fils à coefficients de dilatation différents qui forment en- semble un élément bimétallique qui actionne un interrupteur mécanique Cet élément bimétallique est placé dans un tube en quartz, d'une seule pièce d'un bout à l'autre et qui remplit seulement la fonction d'élément de protection de l'élément bimétallique Pour mettre alors l'élément bimétallique à l'a- bri de l'influence thermique d'un (deuxième) élément chauffant mis en circuit, selon ce document, on isole thermiquement la partie du tube en quartz située au-dessus de cet élément chauf- fant en l'entourant d'un bloc d'isolant thermique Il a été proposé, pour améliorer cette isolation thermique, de mettre en plus autour de la partie à isoler du tube en quartz un tube en cuivre relié à un drain de chaleur Les dispositifs de pro- tection contre les surchauffes de ce type ont l'inconvénient d'être de construction compliquée, et malgré l'isolation ther- mique, la chaleur rayonnante d'une zone de chauffage, étroite- ment limitée localement, ne peut jamais être totalement arrê- tée En outre, avec les éléments bimétalliques, on a toujours des difficultés en ce qui concerne la précision du fonction- nement. L'invention a pour but de perfectionner le disposi- tif du type indiqué ci-dessus de façon telle qu'avec toujours une construction simple, l'action de la sonde de température en forme de tige reste pratiquement toujours la même quel que soit l'état de fonctionnement de l'élément ou des éléments de chauffage par rayonnement ou par contact. A cet effet, la présente invention concerne un dis- positif du type mentionné ci-dessus, caractérisé par le fait que le tube comporte plusieurs tronçons disposés axialement les uns derrière les autres, à chaque zone de chauffage étant associé au moins un tronçon, de façon telle qu'une action thermique de chaque zone de chauffage sur le tronçon qui lui est associé soit assurée, et au moins deux des tronçons pré- sentent, dans l'intervalle de températures comprisesentre 20 WC et 7000 C, une dilatation thermique différente, mais dans cet intervalle de températures, la dilatation totale du tube for- mé desdits tronçons est inférieure à la dilatation thermique de la tige. Cette division du tube contenant la tige, en cas d'em- ploi de tronçons se dilatant différemment, g arantit de façon très simple et avec une dépense supplémentaire minime l'absen- ce d'influences perturbatrices d'une zone de chauffage sur le tronçon qui traverse l'autre zone de chauffage ou sur la sonde de température qui assure la régulation de cette autre zone. La construction simple de l'invention, de la sonde de tempéra- ture en forme de tige, garantit une régulation ou une limita- tion exacte de la température ou de l'intervalle de tempéra- tures choisi, qu'il y ait une ou plusieurs zones de chauffage en fonctionnement. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'inven- tion, le coefficient de dilatation thermique de la matière d'au moins un tronçon de tube situé dans la région d'une zone de chauffage est situé dans une plage s'étendant de 20 % du coefficient de dilatation thermique de la matière de la tige de part et d'autre de ce coefficient Par ce moyen, la zone de chauffage située dans la région de ce tronçon de tube reste de façon sûre sans influence sur les points de commande de la sonde de température Le choix d'un écart de + 20 % entre le coefficient de dilatation thermique du tronçon et celui de la matière de la tige permet de réaliser une compensation des variations de température dues au changement de l'état de fonctionnement des éléments de chauffage par rayonnement ou par contact, par exemple par addition d'une deuxième zone de chauffage à la première qui est en fonctionnement. Plus cet écart entre le coefficient de dilatation thermique du tronçon de tube et-celui de la matière de la ti- ge est grand, plus le point de commande est déplacé vers des températures de régulation plus élevées Cela procure l'avan- tage supplémentaire de permettre de réduire les pertes de chaleur par rayonnement du circuit de chauffage le plus à l'extérieur et d'obtenir un profil thermique à peu près cons- -tant sur toute la surface de chauffage, c'est-à-dire sur tou- tes les zones de chauffage actives dans cet état de fonction nement. Si l'on n'est pas très exigeant sur la constance du profil thermique et/ou que l'étendue dans la direction radia- le de la zone de chauffage ayant les plus grandes pertes de chaleur par rayonnement est faible 9 il s'est révélé particu- lièrement indiqué que le coefficient de dilatation thermique de la matière au moins d'un tronçon de tube situé dans la région d'une zone de chauffage soit au moins approximativement égal au coefficient de dilatation thermique de la matière de la tige Cela procure en plus l'avantage technologique de pouvoir utiliser la même matière pour la tige et le tronçon de tube. Comme toute coupure entre les différents tronçons du tube comporte le danger d'amorçage électrique entre la tige conductrice métallique et le filament non isolé qui est à la tension de fonctionnement, il s'est révélé particulièrement avantageux, pour réduire au minimum les coupures, que le tu- be de la sonde de température en forme de tige comporte deux tronçons. En cas d'existence de deux zones de chauffage, il est également particulièrement avantageux, pour réduire au minimum des coupures, que, selon une autre forme de réalisa- tion de l'invention, un tronçon de tube soit associé à la to- talité d'une zone de chauffage et le deuxième tronçon de tu- be soit associé à une partie seulement de l'autre zone de chauffage. Dans une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, à chaque zone de chauffage est associée sa pro- pre sonde de température comportant au moins deux tronçons de tube et dans chaque sonde de température, les tronçons de tube disposés dans la région de la zone de chauffage associée ont un coefficient de dilatation thermique différent de ce- lui de la matière de la tige. Cela permet de réaliser la régulation des deux zo- nes de chauffage indépendamment l'une de l'autre et cela de façon que les zones de chauffage n'aient pas d'influence nui- sible sur les sondes de température. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription de plusieurs formes de réalisation, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe, suivant le ligne I-I de la figure 2 d'une première forme de réalisation du dis- positif de l'invention; la figure 2 est une vue de dessus du dispositif re- présenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue de côté, à plus grande échel- le, du dispositif de régulation du dispositif de l'invention, et la figure 4 est une vue de dessus schématique d'une deuxième forme de réalisation du dispositif de l'invention. Les figures 1 et 2 montrent un élément de chauffage par rayonnement 1, qui est constitué d'un pot 2, dans lequel se trouvent deux zones de chauffage 50, 51 comportant chacune un filament 3, 3 ', les filaments étant encastrés dans une mas- se 4 L'élément de chauffage par rayonnement 1 est placé sous une plaque 5 en métal, en céramique de verre ou en matière analogue, qui présente la surface de cuisson 6 Entre la sur- face de cuisson 6 et le filament 3 et 3 ' est placée une sonde de température 7 qui est reliée à une tête de commutation 8 comportant un système de contacts, et qui passe simplement par un trou formé dans l'élément de chauffage par rayonnement 1. La sonde de température 7 est ainsi exposée à la température qui règne sous la surface de cuisson 6, dans l'es- pace de rayonnement entre cette surface 6 et le filament 3 ou 3 '. Sur la figure 3 est représenté séparément le dispo- sitif de régulation, ou de limitation, de température, avec la sonde de température 7 et la tête de commutation 8. La sonde de température 7 comporte une tige 9, en matière résistant aux hautes températures et ayant un coef- ficient de dilatation thermique élevé, par exemple en alliage nickelchrome ou fer-chrome, et qui est disposée dans deux tronçons 52, 53 d'un tube 10 Le tronçon 53 est en une matiè- re résistant aux hautes températures et ayant un faible coef- ficient de dilatation thermique, par exemple en verre de quartz ou en céramique, et il forme une gaine pour la tige 9 Le tron- çon 52 du tube 10, situé plus près de la tête de commutation 8 et entourant également la tige 9, est formé d'une matière ayant un coefficient de dilatation thermique approximativement égal à celui de la tige 9, en particulier de la même matière qu'el- le Les extrémités du tube 10 portent des capuchons 11, 12, le capuchon Il s'appuyant contre une plaque de base 13 qui est fixée par des vis 14 à la tête de commutation 8 La tige 9 passe par des trous formés dans le capuchon 11, la plaque de base 13 et le capuchon 12, et comporte, à son extrémité située près du capuchon 12, un filetage 15 sur lequel est vissé un écrou 16 qui s'appuie contre le capuchon 12 L'autre extrémité de la tige 9 présente un collet bombé 17 Entre le collet 1 ? et la plaque de base 13, et ainsi entre le collet 17 et une extrémité du tube 10 contenant la tige 9, est placé un ressort de compression 18 qui maintient la tige 9 en extension et ser- re ainsi l'écrou 16 contre le côté extérieur du capuchon 12. La tige 9, les deux tronçons 52, 53 du tube 10, les capuchons 11, 12, l'écrou 16, la plaque de base 13 et le res- sort de compression 18 forment la sonde de température, la- quelle est fixée à la tête de commutation 8 par les vis 14, la tête de commutation 8 présentant un évidement 19 dans lequel est logée l'extrémité de la tige 9 qui porte le ressort de compression 18. La tête de commutation 8 comporte un boltier 20, ouvert sur le côté supérieur, le côté ouvert pouvant être couvert par un couvercle L'intérieur du boîtier 20 communi- que avec l'évidement 19 par un trou au moins approximative- ment coaxial avec la tige 9 dans lequel se trouve un organe de transmission 22 monté mobile axialement. Uneextrémité de cet organe de transmission 22 s'ap- puie sur la surface bombée du collet 17. L'organe de transmission 22 présente une surface de maneouvre 23, pour la manoeuvre du système de contacts ser- vent à la régulation, ou la limitation, de la température, lequel comporte un ressort de contact 25, portant le contact mobile 242 et une patte de connexion 27, présentant le con- tact fixe 26 Le ressort de contact 25 est fixé à un support de ressorts 28 qui porte aussi le ressort de contact 30; il est relié électriquement à une patte de connexion 31 et il est fixé à la tête de commutation 8 par un rivet. Dans la position illustrée sur la figure 3, le con- tact 24, 26 est ouvert et le circuit de chauffage est ainsi ouvert. Quand le circuit de chauffage est mis sous tension, le filament 3 de l'élément de chauffage chauffe, et donc la température, dans l'espace entre la surface de cuisson 6 et le filament 3, s'élève La tige 9 se dilate, de sorte que l'organe de transmission 22 se déplace vers le point de ma- neouvre du ressort de contact 25 Quand la température dans l'espace entre la surface de cuisson 6 et le filament 3 at- teint par exemple 7000 C, la surface de manoeuvre 23 de l'or- gane de transmission 22 heurte le ressort de contact 25 et les contacts 24, 26 se séparent alors brusquement, de sorte que le chauffage est arrêté Quand la tige 9 se raccourcit au cours du refroidissement qui suit, le ressort de contact revient brusquement dans la position dans laquelle le con- tact 24, 26 est fermé. Le cycle se répète tant que le circuit de chauffage est sous tension Quand la tension d'alimentation est cou- pée, le contact 24, 26 se ferme au cours du refroidissement, mais il ne se produit plus de nouveau chauffage, de sorte que la tige 9 se raccourcit de plus en plus. Comme indiqué, on ajuste le système de contact 24, 26 pour une température déterminée devant être produite par l'élément de chauffage 1 en tournant l'écrou 16 sur le file- tage de la tige 9 On peut aussi naturellement utiliser tous autres moyens ou dispositifs connus d'ajustement, comme des vis déplaçables, des plaquettes à compression, etc. Dès lors que le tronçon 53, en verre de quartz, le plus éloigné de la tête de commutation 8, comme on le voit sur la figure 2, s'étend seulement dans la région de la zone de chauffage intérieure 51 et/2 ututre tronçon 52, ayant un coefficient de dilatation thermique élevé, S étend seulement dans la région de la zone de chauffage extérieure 50, la ré- gulation de la température de-la zone de chauffage intérieure 51 peut être faite sans influence de la zone de chauffage ex- térieure 50 Si la zone de chauffage extérieure 50 est en- clenchée et émet de la chaleur, le tronçon 52 se trouvant dans cette région se dilate à peu près autant que le tronçon de la tige 9 situé dans cette région, de sorte qu'il ne se et le tr QDçon produit pas de mouvement relatif entre le tronçon /de la tige 9, et le contact n'est donc soumis à aucune influence. La régulation de la température peut par conséquent s'effec- tuer sans perturbations, de la manière décrite ci-dessus. Sur la figure 4 est illustrée schématiquement la régulation indépendante de deux zones de chauffage 54 et 55 par deux dispositifs 56, 57 du type représenté sur la figu- re 3 Le dispositif 56 couvre les deux zones de chauffage 55, 54, deux tronçons 58 en verre de quartz étant disposés dans la région de la zone de chauffage extérieure 55 et entre ceux-ci se trouvant un tronçon 59 en matière à coefficient de dilatation thermique élevé L'autre dispositif de régula- tion de température 57 couvre toute la zone de chauffage in- térieure 54, dans la région de-laquelle est prévu un tron- çon 60 en verre de quartz Dans la région qui traverse la zone de chauffage extérieure 55 est disposé un tronçon 61 en matière à coefficient de dilatation thermique élevé De cette manière, le dispositif 57 peut assurer la régulation de la zone de chauffage intérieure 54 sans subir d'influen- ce de la zone de chauffage extérieure 55 D'autre part, le deuxième dispositif 56 peut assurer la régulation de la zone de chauffage extérieure 55 sans subir d'influence de-la zone de chauffage intérieure 54. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisa- tion représentées sur les dessins Ainsi, le dispositif peut aussi être conçu comme limiteur de température dans lequel le système de contacts qui influe sur la température de chauffage coupe le circuit de chauffage quand une température maximale est atteinte et ne le referme pas de lui- même De même, il peut être prévu un nombre quelconque de zones de chauffage. Revendications 1 Dispositif de régulation d'au moins une valeur de température, ou un intervalle de températures, d'éléments de chauffage par rayonnement, ou par contact, d'appareils de cuisson électriques en association avec des surfaces de cuis- son en métal, céramique de verre ou matière analogue, chaque élément de chauffage comprenant au moins deux zones de chauf- fage, et, pour la régulation ou la limitation de la tempéra- ture de l'élément ou des éléments de chauffage, au moins une sonde de température, qui comporte une tige à forte dilatation thermique placée dans un tube, étant disposée entre l'élément de chauffage et la surface de cuisson, une extrémité de cette tige étant iàiée à un système de contacts servant à la régula- tion ou la limitation de la température de l'élément de chauf- fage, dispositif caractérisé par le fait que le tube ( 10) comporte plusieurs tronçons ( 52, 53; 58 à 61) disposés axia- lement les uns derrière les autres, à chaque zone de chauffa- ge étant associé au moins un tronçon, de façon telle qu'une action thermique de chaque zone de chauffage sur le tronçon qui lui est associé soit assurée, et au moins deux des tron- çons présentent, dans l'intervalle de températures comprises entre 20 'C et 700 WC, une dilatation thermique différente, mais dans cet intervalle de températures, la dilatation tota- le du tube formé desdits tronçons est inférieure à la dilata- tion thermique de la tige ( 9). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le coefficient de dilatation thermique de la matière d'au moins un tronçon de tube ( 52) situé dans la ré- gion d'une zone de chauffage est sensiblement égal, à + 20 % près, au coefficient de dilatation thermique de la matière de la tige ( 9). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le coefficient de dilatation thermique de la matière d'au moins un tronçon de tube ( 52, 59, 60) situé dans la région d'une zone de chauffage ( 50, 54, 55) est au moins approximativement égalau coefficient de dilatation thermique de la matière de la tige ( 9). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le tube ( 10) de la sonde de tem- pérature en forme de tige comporte deux tronçons ( 52, 53; 61, 60). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu deux zones de chauffage circu- laires ( 50, 51),et un tronçon de tube ( 53) est associé à la totalité d'une zone de chauffage ( 51) et le deuxième tronçon de tube ( 52) est associé à une partie seulement de l'autre zone de chauffage ( 50). 6 o Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'à chaque zone de chauffage ( 54,55) est associée sa propre sonde de température ( 57, 56) compor- tant au moins deux tronçons de tube ( 60, 61; 58, 59) et que dans chaque sonde de température, les tronçons de tube ( 58,60) disposés dans la région de la zone de chauffage associée ( 55, 54) ont un coefficient de dilatation thermique différent de celui de la matière de la tige.