Brevet FR2791857A1 — publié le 20001006

APPAREIL ELECTRIQUE MENAGER DE CHAUFFAGE DE LIQUIDE CON- TROLE ELECTRONIQUEMENT L'invention concerne un appareil électrique ménager de chauffage de liquide comportant un réservoir destiné à contenir le liquide à chauffer, un élément chauffant sé- rigraphié présentant au moins une piste résistive formée sur une plaque électriquement isolante solidaire d'un support métallique, et un système de contrôle de l'alimentation électrique de l'élément chauffant. En particulier, l'invention se rapporte à des appa- reils ménagers du type bouilloires ou friteuses électri- ques. Les appareils connus dans ce domaine sont générale- ment équipés de systèmes de coupure d'alimentation élec- trique, qui réagissent au dépassement d'un seuil de tem- pérature. La détection de la température et la coupure du20 circuit d'alimentation de l'élément chauffant sont réali- sées par un élément du type thermostat bimétallique placé au contact de la plaque isolante et de la piste résis- tive, ou encore par un détecteur de température disposé dans une partie interne de l'appareil non baignée par le25 liquide, de manière à réagir à la présence de vapeur gé- nérée dans l'appareil. Ces systèmes de détection présentent une série d'inconvénients, qui tous, peuvent conduire à une dété- rioration prématurée de l'appareil en cas d'utilisations anormales répétées. Les situations de fonctionnement di- tes anormales, comprennent par exemple les cas o le ré- servoir de liquide est vide ou contient une très faible quantité de liquide, o l'appareil est incliné par rap-35 port à sa position normale de fonctionnement et contient une faible quantité de liquide, de telle sorte que l'élément chauffant soit partiellement découvert, ou en- core dans le cas o le fond de l'appareil est excessive- ment entartré. On peut notamment citer les inconvénients suivants, comme insuffisances des techniques connues pour le type d'appareils visés par l'invention: compte tenu de l'inertie thermique relativement importante des thermostats bimétalliques utilisés couram- ment, la coupure d'alimentation intervient tardivement après le début d'un fonctionnement anormal ou d'une phase d'ébullition; - la phase d'ébullition n'est pas détectée si l'appareil est utilisé sous une pression ambiante infé- rieure à celle prévue pour les utilisations les plus cou- rantes, par exemple dans le cas d'utilisations en alti- tude; - dans le cas de détecteurs de vapeur, le système de coupure fonctionne mal ou ne fonctionne pas dès lors que le couvercle de l'appareil n'est pas en place.20 L'invention a pour principal objet de remédier aux inconvénients cidessus, c'est-à-dire de réaliser un ap- pareil électrique de chauffage de liquide du type décrit précédemment qui assure une coupure très rapide de25 l'alimentation électrique de l'élément chauffant dès l'apparition d'une phase de fonctionnement anormal, ou dès que la température d'ébullition du liquide est at- teinte. Ces buts sont atteints par l'invention, qui dispose que le système de contrôle comporte une thermistance, fixée sur la plaque isolante au voisinage de la piste ré- sistive, dont la résistance varie en fonction des varia- tions de température de la piste résistive et de la pla-35 que isolante. La très faible inertie thermique d'un tel composant donne un accès quasiment en temps réel à une information significative de la température du liquide, ou d'un fonc- tionnement anormal de l'appareil. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique en élévation d'un appareil suivant l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective d'un élé- ment chauffant utilisé dans un appareil suivant l'invention. A la figure 1, on a représenté un appareil électri- que ménager 1 de chauffage de liquide, plus précisément une bouilloire, comportant un réservoir 2 destiné à con-20 tenir le liquide 3 à chauffer, un élément chauffant 4, et un système de contrôle 5 de l'alimentation électrique de l'élément chauffant 4. Comme représenté à la figure 2, l'élément chauffant 4 est un élément chauffant de type sérigraphie présentant au moins une piste résistive 6 formée sur une plaque 7 électriquement isolante et bonne conductrice thermique. Par exemple, la plaque 7 peut être constituée d'un ensem- ble de couches de matières émaillées ou vitrifiées. La30 plaque isolante 7 est solidaire d'un support métallique 8, de préférence en acier inoxydable, qui affecte la forme d'une coupelle et constitue le fond 9 du réservoir 2, de façon que la plaque isolante 7 et la coupelle 8 soient en contact thermique et que la piste résistive 6 soit électriquement isolée de ladite coupelle 8. Suivant l'invention, le système de contrôle 5 com- porte une thermistance 10, fixée sur la plaque isolante 7 au voisinage de la piste résistive 6, dont la résistance varie en fonction des variations de température de la piste résistive 6 et de la plaque isolante 7. En particulier, la piste résistive 6 s'étend sur l'une des deux faces 11, 12 de la plaque isolante 7, la thermistance 10 étant montée en surface sur la même face 11 de la plaque isolante 7; ce type de montage de compo- sants est connu dans le domaine des circuits imprimés sous l'appellation CMS. Selon une caractéristique intéressante de l'invention, la thermistance 10 est de type résistance à coefficient de température négatif, appelée " CTN ". Le système de contrôle 5 comporte un élément de commutation, par exemple un triac, monté en surface sur la plaque isolante 7. Ledit élément de commutation est commandé par un signal de commande dépendant de la valeur de résistance de la thermistance 10, et réalise en ré- ponse l'ouverture ou la fermeture du circuit d'alimentation de l'élément chauffant 4. Un composant du25 type triac est parfaitement adapté à l'application, eu égard notamment aux critères d'encombrement, de tenue à la température et de coût. Le système de contrôle 5 comporte également un or- gane électronique, qui peut être à fonctionnement analo- gique ou numérique, de commande de l'élément de commuta- tion, et qui élabore un signal de commande de l'élément de commutation à partir d'un premier signal représentatif de la valeur de résistance de la thermistance 10. Dans le35 cas d'une électronique analogique, on peut prévoir par exemple que le système de contrôle comporte un triac com- mandé par un transistor ou un amplificateur opérationnel, ces composants étant montés en surface sur la plaque iso- lante 7. Alternativement, dans le cas d'une électronique numérique, on peut prévoir que le système de contrôle 5 comporte également un triac commandé, cette fois, par un microcontrôleur, ces composants étant montés en surface sur la plaque isolante 7. La technologie CMS ainsi appliquée, permet d'associer dans un encombrement très réduit l'élément chauffant 4 et l'électronique de contrôle et de commande, l'ensemble se définissant comme un module unique ne né- cessitant pas de câblage et de connectique supplémentai- res, qui sont une source de défaillance potentielle de ce15 type d'appareils électriques. La face 12 de la plaque isolante 7 qui coïncide avec la face externe du support métallique 8 en forme de coupelle est opposée à celle sur laquelle sont disposés20 la piste résistive 6 et les composants électroniques. La figure 2 présente l'ensemble constitué de la coupelle 8 et de la plaque isolante 7 dans une configuration vue de dessous, la coupelle 8 étant montée dans l'appareil 1 de façon que sa face interne soit au contact du liquide 325 placé dans le réservoir 2. Suivant une réalisation privilégiée de l'invention, le système de contrôle 5 comporte en outre des moyens de réglage, non représentés, d'une valeur de consigne, qui30 peuvent être simplement du type interrupteur à deux états marche / arrêt ou, de manière plus évoluée, soit du type potentiomètre permettant de régler une température de consigne, soit de type sélecteur permettant de sélection- ner un mode de fonctionnement; ces moyens de réglage dé-35 livrent un deuxième signal représentatif de la valeur de consigne, et élaborent, à partir des premier et deuxième signaux, le signal de commande de l'élément de commuta- tion. On peut ainsi prévoir, par exemple, que l'appareil comporte un sélecteur dont une position corresponde à un mode d'ébullition avec maintien en température du liquide 3, par réactivation cyclique de l'élément chauffant 4 jusqu'au passage à une position d'arrêt. L'invention prévoit également que l'organe électro- nique de commande 13 élabore un signal d'avertissement à partir des premier et deuxième signaux, représentant res- pectivement l'état de la thermistance ou CTN 10, et la consigne. Ce signal d'avertissement est destiné à être ex- ploité par des moyens sonores et/ou des moyens de visua- lisation. A cette fin, l'appareil 1 comporte des organes de génération sonore commandés par le signal d'avertissement, et/ou des organes lumineux de visualisa- tion, comme un afficheur ou des témoins lumineux, également commandés par le signal d'avertissement.25 L'appareil suivant l'invention est pourvu d'un sys- tème de sécurité agissant à partir des valeurs de résis- tance de la thermistance 10, les variations desdites va- leurs étant significatives d'états de fonctionnement nor-30 maux ou anormaux de l'appareil. En effet, après la mise en marche de l'appareil, une variation rapide de la va- leur de résistance de la thermistance 10 traduit un échauffement rapide de la plaque isolante 7 et de la piste résistive 6, phénomène qui peut s'expliquer par un entartrage excessif de la surface d'échange de chaleur entre l'élément chauffant 4 et le liquide 3; par l'absence ou l'insuffisance de liquide; ou encore par une inclinaison excessive de l'appareil doublée d'une quantité de liquide insuffisante, ce qui a pour effet de laisser une partie de l'élément chauffant 4 au- dessus du niveau du liquide. Pour mettre fin à un fonctionnement anormal du type précité, l'invention dispose que le signal de commande de l'élément de commutation est un signal de coupure, dès10 lors que, sur un intervalle de temps prédéterminé, la va- riation de la valeur de résistance de la thermistance 10 dépasse une valeur de seuil prédéterminée. L'arrivée de la valeur de résistance de la thermis- tance 10 à un pallier est, elle, significative de l'ébullition du liquide. Dans ce cas, suivant le mode sé- lectionné par l'utilisateur, le microcontrôleur 13 émet par exemple un signal d'arrêt ou une séquence de signaux d'arrêt et de remise en marche pour maintien du liquide à20 température. Il est important de noter que l'emploi d'une ther- mistance, en particulier de type CTN, comme moyen de dé- tection, permet d'obtenir une très grande rapidité dans25 l'interprétation d'un cas de fonctionnement anormal ou d'ébullition, ce grâce à la faible inertie thermique du composant comme cela a déjà été mentionné, et à la faible durée de l'intervalle de temps nécessaire à la discrimi- nation de tels cas: typiquement, la coupure de sécurité30 intervenant pour mettre fin à un fonctionnement anormal de l'appareil peut être réalisée de 3 à 4 secondes après l'apparition réelle du phénomène. Le temps de réaction du système ainsi défini est considérablement réduit par rap- port aux systèmes de sécurité connus, avec pour consé-35 quence une fiabilité accrue de l'appareil. L'invention permet de réaliser des appareils élec- troménagers de type bouilloires ou friteuses, qui présen- tent non seulement une fiabilité et une sécurité accrues, mais également une plus grande diversité de fonctions gé- nératrice d'une grande facilité et d'une grande souplesse d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Appareil électrique ménager de chauffage de li- quide comportant un réservoir (2) destiné à contenir le liquide (3) à chauffer, un élément chauffant sérigraphie (4) présentant au moins une piste résistive (6) formée sur une plaque (7) électriquement isolante solidaire d'un support métallique (8), et un système de contrôle (5) de l'alimentation électrique de l'élément chauffant (4), caractérisé en ce que le système de contrôle (5) comporte une thermistance (10), fixée sur la plaque isolante (7) au voisinage de la piste résistive (6), dont la résis-,tance varie en fonction des variations de température de I5 la piste résistive (6) et de la plaque isolante (7). 2. Appareil électrique ménager selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la piste résistive (6) s'étend sur20 l'une des deux faces (11, 12) de la plaque isolante (7), la thermistance (10) étant montée en surface sur la même face (11) de la plaque isolante (7). 3. Appareil électrique ménager selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que la thermistance (10) est de type résistance à coefficient de température négatif. 4. Appareil électrique ménager selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système de contrôle (5) comporte un élément de commutation, monté en surface sur la plaque isolante (7), commandé par un signal de commande dépen- dant de la valeur de résistance de la thermistance (10),35 et qui réalise en réponse l'ouverture ou la fermeture du circuit d'alimentation de l'élément chauffant (4). 5. Appareil électrique ménager selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que le système de contrôle (5) comporte un organe électronique de commande de l'élément de commu- tation, qui élabore un signal de commande de l'élément de commutation à partir d'un premier signal représentatif de la valeur de résistance de la thermistance (10). 6. Appareil électrique ménager selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que l'organe électronique de commande de l'élément de commutation est un organe électronique à fonctionnement analogique, monté en surface sur la plaque isolante (7). 7. Appareil électrique ménager selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que l'organe électronique de commande20 de l'élément de commutation est un microcontrôleur, monté en surface sur la plaque isolante (7). 8. Appareil électrique ménager selon l'une quel- conque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le système de contrôle (5) comporte en outre des moyens de réglage d'une valeur de consigne, qui délivrent un deuxième signal représentatif de ladite valeur de consigne, et élabore, à partir des premier et deuxième signaux, le signal de commande de l'élément de30 commutation. 9. Appareil électrique ménager selon la revendica- tions 8, caractérisé en ce que l'organe électronique de commande35 (13) élabore un signal d'avertissement à partir des pre- mier et deuxième signaux. 10. Appareil électrique ménager selon la revendi- cation 9, caractérisé en ce qu'il comporte des organes de génération sonore commandés par le signal d'aver- 5 tissement. 11. Appareil électrique ménager selon la revendi- cation 9, caractérisé en ce qu'il comporte des organes lumineux de10 visualisation commandés par le signal d'avertissement. 12. Appareil électrique ménager suivant l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que le signal de commande de l'élément15 de commutation est un signal de coupure, dès lors que, sur un intervalle de temps prédéterminé, la variation de la valeur de résistance de la thermistance (10) dépasse une valeur de seuil prédéterminée. 13. Appareil électrique ménager suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une bouilloire électrique. 14. Appareil électrique ménager suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une friteuse électrique.