Brevet FR2763233A1 — publié le 19981120

APPAREIL ÉLECTRIQUE DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE DES ALIMENTS La présente invention a pour objet un appareil électrique de conditionnement thermique des aliments, permettant de griller, de cuire, de réchauffer ou de maintenir en température des aliments, par un corps de chauffe mettant en oeuvre l'effet Joule. Le chauffage des aliments par voie électrique se répand de plus en plus, par micro-ondes, par induction, ou, toujours, par effet Joule. On sait que les grille-pain ou toasteurs électriques actuellement utilisés comprennent généralement un coffret ouvert à sa partie supérieure, à l'intérieur duquel sont disposées au moins une paire de plaques parallèles entre lesquelles peut être introduit le pain à griller. Ces plaques supportent généralement un ensemble de résistances nues ou incluses dans une gaine de quartz. Le pain lui-même peut être monté dans un support mobile verticalement de sorte que les tranches de pain soient automatiquement éjectées du coffret après un temps de chauffage déterminé ou après qu une température déterminée ait été atteinte. L'action de grillage ou toastage consiste à griller la surface externe d'une tranche de pain alors que le volume interne reste moelleux mais chaud. Dans les grille-pain électriques, l'énergie est produite par effet Joule résultant du passage du courant dans les résistances. L'énergie ainsi dégagée se transmet par rayonnement sur chacune des surfaces du pain selon un facteur proportionnel à la puissance quatre de la température absolue selon les lois de Stephan et Boltzman. Mais pour des raisons de sécurité, l'accès aux résistances chauffantes est, bien entendu, interdit et il est impossible de suivre l'évolution de l'opération, sans interrompre le grillage, pour l'arrêter au moment désiré. La présente invention a principalement pour objet de pallier cet inconvénient et de permettre une surveillance visuelle de l'évolution du pain introduit dans le grille-pain, ou de tout autre aliment traité de la même manière, en augmentant la vision sans diminuer la surface chauffante. Par ailleurs, la réduction du nombre de pièces est de nature à diminuer le coût de fabrication et à augmenter la fiabilité. Selon l'invention, l'appareil électrique de conditionnement thermique des aliments comprenant un cadre-support dans lequel est monté au moins un élément chauffant, est caractérisé en ce que ledit élément chauffant est constitué par une résistance électrique, reliée à une source de courant électrique, adjacente à au moins un substrat transparent, thermiquement et mécaniquement résistant Le substrat thermiquement et mécaniquement résistant peut être constitué par une plaque de verre monolithique ou par une plaque de verre feuilleté ou par une plaque de polymère. La résistance électrique peut être fixée sur un substrat transparent, incluse entre deux substrats transparents ou être constituée par une couche conductrice plane disposée sur une plaque. La couche électriquement résistante continue est avantageusement une couche d'oxyde transparent semiconducteur en particulier d'oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor ou d'oxyde d'indium dopé à l'étain, les couches résistantes émettant dans le domaine de température dudit conditionnement thermique, un rayonnement dont la longueur d'ondes est de l'ordre de 7 microns. Des plaques de verre revêtues sur l'une de leur face d'une couche mince électroconductrice transparente à basse émissivité et réfléchissant l'infrarouge existent dans le commerce, la couche conductrice étant généralement à base d'oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor, ou d'oxyde d'indium dopé à l'étain, déposées sous une épaisseur de 0,2 à 0,5 microns, par exemple de 0,3 à 0,4 microns. La résistivité de surface peut aller de quelques Q/D à quelques centaines d'Q/D,par exemple de 10 à 100 Q/z. La couche conductrice se comporte comme une résistance électrique dont la valeur dépend du rapport longueur/largeur. Cette couche, par passage du courant s'échauffe et échauffe également la plaque de verre ou plus généralement le substrat. On a constaté que la résistance surfacique du verre (non revêtu d'une couche) étant de l'ordre de 1012 R/O, l'émissivité de surface du côté de la couche est de 0,15 et du côté opposé de 0,9. Une plaque chauffante émet donc un rayonnement dissymétrique dans les proportions de 0,9 à 0,15. D'après la loi de Kirchof f le rayonnement émis ne se fait que sur les longueurs d'onde pour lesquelles la plaque de verre présente une bande d'absorption. Cette bande se situe sur les longueurs d'onde comprises entre 5 et 20 microns. La réflectivité dans l'infrarouge est de 858 du côté de la couche et 4 % du côté opposé. L'ensemble verre-couche reste transparent à la lumière De tels verres sont fabriqués pour les couches d'oxyde d'étain par les grandes sociétés verrières telles que SAINT GOBAIN. Les substrats recouverts de couches d'oxyde d'indium sont largement répandus en électronique. Les dépôts sont généralement effectués par des procédés de pulvérisation cathodique sous vide ou de pyrolyse en phase liquide ou gazeuse. Ces verres sont commercialisés notamment pour la réalisation de vitrages laissant pénétrer le spectre visible de la lumière solaire et réfléchissant, au contraire, le rayonnement infrarouge à longueurs d'onde plus élevées. De tels verres sont parfois utilisés pour fabriquer des parebrise permettant d'assurer un dégivrage par effet Joule sous une température faible ou dans la fabrication de photopiles ou d'afficheurs. L'alimentation en courant d'une couche mince s'effectue avantageusement par deux fines bandes conductrices disposées par exemple le long de deux bordures opposées de la plaque et à chacune desquelles est soudé un conducteur relié à une source de tension. Dans un autre mode de réalisation, la résistance est constituée par un fil métallique résistant appliqué sur un substrat transparent ou inclus entre deux substrats transparents. De préférence, le fil est un fil fin dont la disposition est choisie pour ne pas altérer sensiblement la densité optique de l'élément chauffant résultant, c'est-àdire sans atténuer notablement la vision. La valeur de la résistance électrique d'un élément chauffant selon l'invention est choisie pour que la température de surface de l'élément chauffant soit comprise entre 150 et 3000C. Dans le cas d'un grille-pain, le température interne doit être de l'ordre de 2500C ce qui implique que les verres revêtus de couches minces doivent être conçus dans la masse ou traités en vue de leur résistance aux chocs thermiques. Le fait que la température de surface de l'élément chauffant reste comprise entre 150 et 3000C est évidemment un avantage par rapport aux grille-pain actuels et à leurs très fortes températures. Le corps de chauffe peut lui-même être en verre feuilleté, la couche conductrice étant intégrée entre les deux feuilles. Cette couche conductrice peut, dans certains cas être constituée de fils résistants qui sont pris en sandwich entre les deux couches de verre, sans atténuer très notablement la vision. Dans le cas où l'élément chauffant est une couche continue, il est possible de protéger la plaque de chauffe contre la possibilité de courts-circuits électriques et, à cet effet, une couche d'isolation électrique thermiquement résistante et transparente peut être accolée à la couche conductrice, telle qu une couche de verre, de silice, d'oxyde de chrome, d'oxyde de titane. De préférence, une seconde paire de plaques dont une des faces est revêtue d'une couche transparente à basse émissivité et réfléchissant l'infrarouge est disposée parallèlement à la première du côté opposé à l'aliment, en regard et à distance de l'élément chauffant. Le but de ces plaques et de réduire les déperditions d'énergie vers l'extérieur et d'assurer une température externe de l'appareil ne présentant pas de risque pour l'utilisateur. Le but de ladite couche réflectrice est de bloquer le rayonnement infrarouge émis par l'élément chauffant vers l'extérieur, ladite couche réflectrice réémettant une partie du rayonnement émis vers la couche mince conductrice. Cela permet de limiter les déperditions vers l'extérieur et d'assurer à l'appareil une température ne présentant pas de danger pour l'utilisateur. Ladite couche transpaxiente, réflectrice de l'infrarouge est choisie notamment parmi les matériaux mentionnés ci-dessus ce qui simplifie la construction de l'appareil. Dans le cas d'un grille-pain ou toasteur, le support reçoit au moins deux éléments chauffants tels que définis ci-dessus parallèle et verticaux, le pain à griller ou toasteur étant alors disposé dans le ou les compartiments délimités par les plaques chauffantes. Dans le cas où l'on prévoit des seconds substrats réflecteurs de l'infrarouge, ceux-ci ne sont, bien entendu, associés qu'aux éléments extrêmes. Par ailleurs, le support du grille-pain comporte avantageusement une ouverture dans ses parois en regard des éléments chauffants pouvant laisser voir la totalité de ceux-ci. Le support peut se présenter sous la forme d'un coffret classique ou sous la forme d'un simple cadre. I1 peut être réalisé avec une possibilité de démontage des plaques chauffantes facilitant le nettoyage de celles-ci, notamment dans un lave-vaisselle. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins qui représentent - la figure 1, un schéma de principe - la figure 2, une vue schématique en perspective d'un grille-pain selon l'invention - la figure 3, une vue par-dessus partielle du même grille pain. L'exemple qui est donné se rapporte à un toasteur ou grillepain, mais l'invention peut être appliquée mutatis mutandis à d'autres appareils de grill, cuisson, chauffage, réchauffage ou maintien en températures d'aliments. La figure 1 est un schéma de principe de l'invention. L'aliment à griller, ici une tranche de pain P, est disposé entre deux lames de verre la, lb revêtues extérieurement de couches conductrices 3a, 3b, par exemple d'oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor. Les couches 3a, 3b sont reliées électriquement à une source de courant qui peut être alternatif, le phénomène mis en jeu étant l'effet Joule. Le passage du courant émet de la chaleur qui fait griller le pain P. Sur la figure 2, on voit que dans un coffret 10 sont montées différentes plaques parallèles. Le coffret 10 a, d'une manière générale, une forme en "U" de manière à ce que ces deux grandes faces latérales 11 (dont une seule apparaît sur la figure) soient ouvertes à leur partie supérieure qui peut être fermée par un couvercle (non représenté) laissant subsister une fente centrale 2 d'introduction d'un morceau de pain P à griller. Le morceau de pain P apparaît, bien entendu, lorsqu'on regarde au-dessus de la fente 2 mais également lorsque l'on regarde à travers les faces 11. A l'intérieur du coffret 10, sont montées, à partir du centre, deux plaques de verre la, lb symétriques par rapport à l'axe de la fente 2. Conformément à l'invention, les plaques de verre sont revêtues, à l'extérieur, d'une couche fine conductrice respectivement 3a et 3b. A l'extérieur de cet ensemble de deux plaques la, lb, sont montées deux autres plaques respectivement 4a et 4b qui sont des plaques de verre dont la surface peut être supérieure à la surface des couches conductrices 3a et 3b pour éviter tout contact électrique accidentel. Les plaques 4a et 4b présentent, du côté tourné vers les couches conductrices 3a et 3b, une couche réflectrice respectivement 5a et 5b réfléchissant l'infrarouge et destinée à renvoyer, au moins en partie, le rayonnement émis par celle-ci sur la couche conductrice. Bien entendu, le caractère symétrique de la construction qui vient d'être décrite tient au fait que l'on désire généralement griller les deux faces d'un même morceau de pain simultanément, il serait, bien entendu, possible de construire un grill avec une seule face de chauffage dans lequel les deux faces seraient grillées successivement. Cette face pourrait évidemment être horizontale. On distingue également sur la figure un cordon d'alimentation 13 permettant de relier le grille-pain à une source de courant généralement de 110 ou 220 volts et une manette 14 reliée à une fourche 15 permettant de faire monter ou descendre le morceau de pain (P) à la fin et au début des opérations. Il est possible de prévoir sur les couches conductrices 3a et 3b une protection qui isole la couche de l'extérieur et, par exemple, une couche de silice, d'oxyde de chrome, d'oxyde de titane, ou d'un polymère transparent. La figure 3 représente, en vue par dessus, l'assemblage des plaques d'un côté du grille-pain. On voit que sur la plaque de verre lb est déposée une couche mince 3b conductrice, par exemple, en oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor, ou en oxyde d'indium dopé à l'étain. L'épaisseur de la couche 3b est de quelques dixièmes de micron. En regard de la couche 3b, on trouve une couche 5b réfléchissant l'infrarouge, cette couche 5b étant tournée vers la couche 3b; la distance entre les couches 3b et 5b est de l'ordre de 5 mm environ. La couche 3b présente à ses deux extrémités verticales des électrodes 6 constituées par des bandes larges permettant d'appliquer une tension électrique sur chacun des bords. L'énergie rayonnée par la couche 3b vers l'intérieur du grille-pain est de l'ordre de 1 300 watts/m2. La longueur d'onde du maximum rayonné est de 7 microns ce qui correspond aux bandes d'absorption de la plupart des aliments. Bien que la description qui précède concerne un grille-pain, il est bien évident que le mode de chauffage utilisé peut être appliqué d'autres domaines de chauffage des aliments. Selon un autre mode de réalisation (non représenté), le chauffage est commandé par une cellule photoélectrique disposée à l'extérieur de l'appareil et dirigée vers l'extérieur de celui-ci. Cette cellule, agissant sur l'alimentation en courant électrique, détecte le changement de couleur de l'aliment, par exemple du pain, au cours de la cuisson. La présente invention se prête, par ailleurs à la réalisation de chauffe-plats transparents et esthétiques. Dans toutes les applications, la transmission de la chaleur peut se faire par rayonnement ou par contact. Dans certains cas, une partie au moins de l'appareil peut être opaque. Il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être apportées, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVEND ICAT IONS 10 Appareil électrique de conditionnement thermique des aliments comprenant un coffret (10) dans lequel est monté au moins un élément chauffant, caractérisé en ce que ledit élément chauffant est constitué par une résistance électrique, reliée à une source de courant électrique, adjacente à au moins un substrat transparent (la, lb) thermiquement et mécaniquement résistant. 20 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance électrique est constituée par une couche continue (3a, 3b) d'oxyde semi-conducteur dont l'épaisseur est comprise entre 0,2 et 0,5 micron, sa résistivité de surface étant comprise ente 10 et 100 Q/O. 30 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance électrique est constituée par un fil résistant appliqué sur le substrat transparent (la,lb). 40 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance électrique est constituée par un fil résistant inclus entre deux substrats transparents. 50 Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la résistivité de la résistance électrique est ajustée de sorte que la température de surface de l'élément chauffant soit comprise entre 150 et 300 C. 60 Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (la, lb) est constitué par au moins une plaque de verre. 70 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le substrat (la, lb) est constitué par au moins une feuille de polymère. 80 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche conductrice (3a, 3b) est constituée par de l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor ou de l'oxyde d'indium dopé à l'étain, la couche (3a,3b) émettant un rayonnement à une longueur d'onde de l'ordre de 7 microns. 90 Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alimentation des couches conductrices en courant électrique est régulée par une cellule photoélectrique évaluant le niveau de brunissage. 100 Appareil selon la revendication 1 constituant un toasteur, caractérisé en ce qu'il comprend un coffret (10) ouvert à sa partie supérieure (2) à l'intérieur duquel sont montées deux séries d'éléments chauffants parallèles verticaux constitués de plaques transparentes (1) revêtues extérieurement d'une couche conductrice (3). 110 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à l'extérieur et à distance de chaque plaque de chauffage (1, 3) est disposée une seconde plaque transparente (4a, 4b) revêtue d'une couche mince réfléchissant l'infrarouge. 120 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche conductrice (3) est recouverte, du côté opposé au substrat, d'une couche de verre ou de polymère transparent. 130 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche conductrice (3) est recouverte, du côté opposé au substrat, d'une couche de silice, d'oxyde de chrome ou d'oxyde de titane. 140 Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le support (10) comporte une ouverture dans ses parois (11) en regard des éléments chauffants.