Brevet FR2796199A1 — publié le 20010112

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'ÉLÉMENT CHAUFFANT POUR APPAREIL DE CHAUFFAGE OU CUISSON, ÉLÉMENT CHAUFFANT AINSI OBTENU ET APPAREILS AINSI ÉQUIPÉS La présente invention a trait à la fabrication d'éléments chauffants destinés à des appareils de chauffage par rayonnement, convection ou accumulation ainsi qu'à des appareils de cuisson tels que par exemple des grills. Le but de l'invention est de réaliser des éléments du type comprenant, d'une part, un moyen générant de la chaleur, tel qu'une résistance électrique enfermée dans une gaine métallique ou autre matériau approprié ou un fluide caloporteur circulant dans une gaine appropriée et, d'autre part, un dissipateur thermique associé étroitement audit moyen calorifique et plus précisément de proposer une technique de fabrication de tels éléments rendant plus efficaces les transferts thermiques entre source calorique et dissipateur. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un élément chauffant pour appareil de chauffage ou cuisson, du type comprenant un moyen calorifique associé à un dissipateur thermique, caractérisé en ce qu'il consiste à placer dans un moule un moyen calorifique faisant office de noyau, ledit moyen ainsi que la paroi interne du moule étant conformés aux formes et dimensions de l'élément chauffant à réaliser, ledit moyen calorifique comportant au moins une enveloppe en matériau fusible et à couler dans le moule un matériau fondu constitué d'un alliage notamment ferreux à température de fusion sensiblement équivalente à celle de ladite enveloppe du moyen calorifique, cette enveloppe présentant une épaisseur et une inertie thermique suffisantes pour permettre une fusion superficielle de l'enveloppe sans la détériorer. On obtient ainsi un élément chauffant formé d'un moyen calorifique tel que par exemple une résistance électrique enfermée dans une enveloppe métallique ou un tube de produit verrier sous halogène, noyée dans la masse d'un matériau en alliage ferreux tel qu'une fonte grise par exemple, la fusion superficielle de l'enveloppe de la résistance au contact dudit alliage lors du moulage, assurant une liaison intime entre les matériaux procurant une efficacité optimale des transferts thermiques. Tout écran tels qu'interstices ou lame d'air entre la résistance et son dissipateur formé par l'alliage noyant la résistance, est supprimé et la qualité de la liaison entraîne une plus grande longévité de l'élément chauffant ainsi que la suppression des dilatations différentielles, sources de bruit et de contraintes, entre résistance et diffuseur thermique. Le moyen calorifique peut être constitué, outre les résistances blindées ou à enveloppe en produit verrier, par un fluide caloporteur circulant dans une enveloppe en matériau approprié, ou encore par la combinaison dans un même élément chauffant de deux sources différentes, par exemple une résistance électrique blindée et un fluide caloporteur tel que de l'eau. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de mise en oeuvre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective d'un élément chauffant conforme à l'invention; - La figure la représente la seule résistance électrique de l'élément chauffant de la figure 1; - La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-Il de l'élément chauffant de la figure 1; - La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de l'élément chauffant de la figure 1; - La figure 4 est une vue schématique d'un appareil de chauffage rayonnant équipé d'un élément chauffant selon l'invention; - La figure 5 est une vue schématique d'un appareil de chauffage convectif équipé d'un élément chauffant selon l'invention; - La figure 6 est une vue schématique d'un appareil de chauffage convectif à accumulation équipé d'éléments chauffants selon l'invention; - La figure 7 est une vue schématique d'un appareil de chauffage convectif à accumulation équipé d'un élément chauffant selon l'invention, et - La figure 8 est une vue schématique d'un grill électrique équipé d'un élément chauffant selon l'invention. Sur les figures 1 à 3, on a représenté un élément chauffant réalisé conformément au procédé de l'invention. Cet élément est constitué d'une résistance électrique blindée 1 noyée dans une plaque 2 en alliage ferreux, pourvue de cannelures 3 sur ses deux faces. La plaque 2 a une forme générale rectangulaire, est munie d'un côté, dans ses quatre angles, de plots 4 destinés à la fixation de l'élément chauffant sur le bâti de l'appareil récepteur. La résistance électrique 1, qui est par exemple une résistance blindée conventionnelle comprenant un conducteur électrique noyé dans de la magnésie comprimée enfermée dans une gaine ou enveloppe métallique, est disposée selon un trajet sinueux dans l'épaisseur de la plaque 2. La résistance 1 est représentée seule et en trait plein sur la figure la et en tiretés, noyée dans la plaque 2 sur la figure 1, les seules extrémités la, 1 b émergeant de la plaque dans une large encoche 5 ménagée dans l'un des bords longitudinaux de ladite plaque 2. Lesdites extrémités l a, l b sont en regard et laissent apparaître les extrémités dénudées de la résistance électrique 6 pour leur raccordement au circuit d'alimentation électrique de l'appareil. La résistance 1 est cintrée et s'étend dans un plan qui coïncide (figure 2) avec le plan de symétrie de la plaque 2. Au droit de la résistance 1, la plaque 2 présente un renflement tubulaire 7 correspondant au tracé de la résistance. Le procédé de fabrication de l'élément chauffant 1-2 de la figure 1, consiste, conformément à l'invention, à conformer la résistance 1 comme illustré par la figure la et à munir la zone des extrémités la, lb, d'un noyau protecteur 8 recouvrant lesdites extrémités. Ce noyau 8 est par exemple en sable, en céramique, en polystyrène ou tout autre matériau approprié. Il est destiné à protéger des extrémités la, 1 b et à délimiter l'encoche 5 de la plaque 2. L'ensemble 1,8 est alors mis en place dans un moule en deux parties M1, M2 (figure 2) dont la paroi interne est conformée en fonction des forme et dimensions de la plaque 2. Ledit ensemble 1,8 peut être fixé en position correcte par tous moyens appropriés, tel que collage par exemple. L'ensemble 1,8 forme ainsi un noyau à l'intérieur du moule M1, M2, qui va être complètement noyé dans un alliage notamment ferreux liquide acheminé de préférence à la partie inférieure du moule par un conduit 9 (coulée en source), le liquide remplissant peu à peu tout le moule en s'élevant à l'intérieur de ce dernier, des évents étant bien entendu prévus aux endroits appropriés. L'alliage ferreux utilisé, par exemple une fonte grise, est choisi ou déterminé de façon à présenter une température de fusion voisine de celle de la gaine ou enveloppe de la résistance 1. Cette dernière présente par ailleurs une épaisseur et une inertie thermique minimale, afin que le contact entre le liquide de coulée et ladite gaine ou enveloppe entraîne seulement une fusion superficielle de la "peau" de la gaine, sans provoquer de détérioration de cette dernière. On obtient ainsi une liaison intime entre les matériaux de la gaine ou enveloppe de la résistance 1 et de la plaque de coulée 2. Après refroidissement, démoulage et retrait du noyau protecteur 8, on obtient l'élément chauffant de la figure 1. Ladite liaison intime entre les matériaux confère une efficacité optimale aux transferts thermiques entre la résistance 1 et la plaque 2 faisant office de dissipateur ou diffuseur thermique. Ceci a pour conséquence un accroissement de la longévité de l'élément chauffant, ainsi que la suppression des dilatations différentielles, sources de bruit et de contraintes, entre la résistance 1 et le dissipateur 2. La conduite de la coulée doit être menée de façon à ne pas créer de zones de surchauffe de la gaine de la résistance 1 à l'intérieur du moule. D'autres techniques de coulée que la coulée en source peuvent être utilisées dans la mesure o l'on respecte l'impératif d'absence de surchauffe rappelé ci-dessus. L'élément chauffant (1, 2) de la figure 1 peut équiper divers types d'appareils de chauffage électrique. Les figures 4 et 5 illustrent un appareil de chauffage par rayonnement et un appareil de chauffage convectif respectivement, incorporant chacun un élément chauffant (1, 2). La figure 6 représente schématiquement un appareil de chauffage convectif du type à accumulation, comprenant trois éléments chauffants selon I'invention, respectivement 10, 1 1 et 12, formés d'une plaque disposée sur la tranche et enveloppant chacune une résistance électrique blindée 1. Les trois plaques 10, 11, 12 sont placées en chicane pour contraindre le flux d'air à lécher le maximum de surface des plaques qui, par ailleurs, présentent, sur leurs faces en regard, des nervures verticales 13 de canalisation de l'air. La figure 7 représente un appareil de chauffage convectif comportant un élément chauffant de forme cylindrique constitué d'une résistance électrique 1 en hélice noyée dans un dissipateur tubulaire 14 muni intérieurement de cannelures verticales 14 et recouvert extérieurement d'un manchon isolant 16. L'ensemble forme une cheminée chauffante à convection naturelle (ou forcée). La figure 8 représente une plaque de grill constituée d'un élément chauffant comprenant une résistance électrique blindée 1 noyée dans une plaque 17, par exemple de fonte grise, munie de cannelures 18 sur sa face supérieure. Les éléments chauffants (10,11,12; 1,14; 1,17) des figures 6 à 8 sont réalisés conformément au procédé de l'invention. Les formes et dimensions de la résistance 1 et de la plaque ou analogue (2, 10 à 12, 14, 17) formant dissipateur sont variables en fonction du type d'appareils à équiper. Il est à noter que la surface émettrice du dissipateur (surface cannelée ou nervurée) peut subir un traitement pour lui conférer des propriétés thermiques améliorées ou particulières. C'est ainsi que cette surface peut être traitée mécaniquement ou chimiquement ou revêtue d'une peinture noire, mate ou réfléchissante pour lui conférer un état améliorant les échanges thermiques par rayonnement ou convection ou privilégiant un mode d'échange plutôt que l'autre. De même, avant la coulée du matériau d'enrobage de la gaine ou enveloppe de la résistance 1, on peut mettre en oeuvre un poteyage de ladite gaine ou enveloppe, à l'aide d'un liquide ou d'une poudre contenant des produits réfractaires ou isolants, dans le but d'éviter l'attaque par l'alliage coulé, de réduire les chocs thermiques subis par la résistance, d'ajuster la température de fusion ou de modifier les propriétés thermiques du dissipateur. D'une manière générale, on fera en sorte, par le choix ou la i15 détermination du matériau de la gaine ou enveloppe de la résistance ou analogue et/ou du matériau de l'alliage de coulée, d'avoir des températures de fusion desdits matériaux voisines, cette adaptation ou adéquation des températures de fusion des deux matériaux en présence pouvant également être atteinte par toute technique, telle que le poteyage entre autres. La résistance 1 peut être d'un autre type que les résistances blindées traditionnelles et par exemple être constituée par un filament sous halogène enfermé dans un tube en verre, quartz ou analogue, dont la température de fusion est voisine de celle de l'alliage que l'on envisage d'utiliser. La gaine métallique de la résistance 1 peut comporter éventuellement des ailettes diffusantes. Il est à noter que dans les divers exemples de réalisation indiqués cidessus une même plaque ou analogue (2, 10 à 12, 14, 16) peut inclure plusieurs résistances 1 en parallèle. En variante, on peut également envisager comme moyen calorifique, aux lieu et place de la résistance électrique 1, un fluide caloporteur, tel que de l'eau ou un autre fluide, circulant dans une enveloppe métallique noyée dans un matériau en alliage notamment ferreux conformément à la présente invention. Un élément chauffant selon l'invention peut aussi être constitué de deux sources calorifiques distinctes et de nature différente, par exemple une association d'une résistance électrique blindée et d'un fluide caloporteur, les enveloppes des deux sources étant soit juxtaposées, soit solidaires l'une de l'autre, les deux enveloppes pouvant éventuellement faire partie d'un même ensemble monobloc. Ces deux enveloppes sont bien entendu traitées comme une enveloppe unique et noyée dans un matériau coulé. Enfin, I'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne les formes et dimensions du ou des moyens calorifiques, du dissipateur constitué par le matériau coulé autour desdits moyens calorifiques. La surface du dissipateur peut être revêtue de tout matériau (émail, téflon, peinture) propre à l'application envisagée, et / ou présenter des formes favorisant l'échange thermique, telles que picots, ailettes, etc. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un élément chauffant pour appareil de chauffage ou cuisson, du type comprenant un moyen calorifique associé à un dissipateur thermique, caractérisé en ce qu'il consiste à placer dans un moule (M1, M2) un moyen calorifique (1) faisant office de noyau, ledit moyen ainsi que la paroi interne du moule étant conformés aux formes et dimensions de l'élément chauffant à réaliser, ledit moyen calorifique (1) comportant au moins une enveloppe en matériau fusible et à couler dans le moule un matériau fondu constitué d'un alliage notamment ferreux à température de fusion sensiblement équivalente à celle de ladite enveloppe du moyen calorifique, cette enveloppe présentant une épaisseur et une inertie thermique suffisantes pour permettre une fusion superficielle de l'enveloppe sans la détériorer. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe du moyen calorifique, préalablement à la coulée, est soumise à un poteyage. 3. Elément chauffant obtenu conformément au procédé de la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un moyen calorifique (1) noyé dans une masse d'un alliage notamment ferreux, ledit moyen calorifique (1) comportant au moins une enveloppe dont la peau extérieure est fusionnée avec le matériau environnant, ladite masse formant dissipateur thermique (2). 4. Elément chauffant suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen calorifique (1) est choisi dans le groupe comprenant les résistances électriques blindées, les résistances à halogène sous tube en produit verrier et les fluides caloporteurs circulant dans des enveloppes fusibles au moins superficiellement. 5. Elément chauffant suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen calorifique (1) comprend plusieurs résistances juxtaposées ou logées dans une enveloppe commune. 6. Elément chauffant suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen calorifique (1) comprend une résistance électrique et un fluide caloporteur, juxtaposés ou logés dans une enveloppe commune. 7. Elément chauffant suivant l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit moyen calorifique (1) est noyé dans une fonte grise. 8. Elément chauffant suivant l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que ledit dissipateur forme une plaque (2) plane ou non. 9. Elément chauffant suivant la revendication 8 caractérisé en ce que ladite plaque (2, 10 à 1 2, 1 7) comporte sur au moins une face des cannelures, nervures ou analogues (3, 12, 15, 18). 10. Elément chauffant suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit dissipateur présente une forme cylindrique (14) et est cannelé intérieurement. 11. Elément chauffant suivant l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que la surface du dissipateur est traitée mécaniquement, chimiquement, ou revêtue d'un matériau, en sorte d'améliorer les échanges thermiques ou de conférer des propriétés d'échange thermique particulières. i12. Appareil de chauffage ou cuisson comportant au moins un élément chauffant selon l'une quelconque des revendications 3 à 1 1.