Brevet FR3005388A1 — publié le 20141107

- 1 - L'invention concerne un élément de chauffage pour un système de chauffage destiné à des appareils de cuisson, ainsi qu'un appareil de cuisson pourvu d'un tel élément de chauffage. Les éléments de chauffage pour des appareils de cuisson peuvent être constitués par une couche chauffante réalisée à partir d'un matériau conducteur de l'électricité. Lorsqu'on applique une tension à la couche chauffante, celle-ci est traversée par un courant, et en raison de la résistance électrique du matériau de la couche chauffante, la partie traversée par le courant se chauffe. Dans ce cas, sur de larges zones, l'énergie électrique transformée en chaleur d'une portion déterminée de la couche chauffante est proportionnelle au courant traversant la couche chauffante. Habituellement, la couche chauffante est réalisée à partir d'un matériau homogène et elle présente donc une puissance calorifique homogène. Néanmoins, on a constaté un échauffement irrégulier du récipient de produit à cuire ou du produit à cuire contenu dans celui-ci, ce qui rend fortement difficile un contrôle exact de la température du produit à cuire. De plus, les couches chauffantes des éléments de chauffage ne sont le plus souvent pas dépourvues d'emplacements perturbateurs, par exemple de contacts électriques, d'échancrures de fixation ou de courbures. Ces emplacements perturbateurs empêchent un échauffement homogène de la couche chauffante, car autour de ceux-ci se forment des zones présentant des températures élevées, dites « hotspots ». De telles répartitions inhomogènes de la température rendent encore plus difficile le contrôle de température. L'objectif sous-jacent à la présente invention est de proposer un élément de chauffage qui fait chauffer de façon régulière le récipient à chauffer pour produits à cuire ou le produit à chauffer. Cet objectif est atteint par un élément de chauffage pour un système de chauffage destiné à un appareil de cuisson, comportant un support, une couche chauffante déposée sur le support et formant une surface chauffante avec une zone normale, et au moins une portion fonctionnelle de la surface chauffante, la - 2 - portion fonctionnelle modifiant localement la puissance calorifique de la surface chauffante. La constatation sous-jacente à l'invention est qu'un élément de chauffage présentant une puissance calorifique répartie de façon homogène sur la surface provoque une répartition irrégulière de la chaleur, car les différentes zones de l'élément de chauffage subissent des pertes de chaleur de différentes intensités. Par exemple, la perte de chaleur au bord de l'élément de chauffage est supérieure à celle à l'intérieur. Pour s'opposer à ceci, on prévoit les portions fonctionnelles qui modifient localement la puissance calorifique spécifique de la surface chauffante et qui fournissent une puissance calorifique plus importante par exemple dans les zones de bord de la surface chauffante. Ainsi, on peut compenser les pertes de chaleur des différentes zones de la surface chauffante. Ainsi, on permet une répartition homogène de la chaleur et donc également un échauffement régulier du récipient de produit à cuire ou du produit à cuire. De préférence, la couche chauffante comprend au moins partiellement des nanotubes de carbone, en particulier une dispersion de nanotubes de carbone, grâce à quoi on fournit une couche chauffante d'une faible capacité thermique. Par exemple, une zone de la couche chauffante présentant une épaisseur de couche qui diffère de l'épaisseur de la couche chauffante de la zone normale, forme la portion fonctionnelle de sorte que la portion fonctionnelle peut être réalisée de manière simple. Selon une variante de réalisation, la portion fonctionnelle est une zone de la couche chauffante, sur laquelle se trouve une autre couche chauffante, grâce à quoi on peut régler la puissance calorifique de la portion fonctionnelle. Par exemple, la couche chauffante et l'autre couche chauffante ont différentes compositions, en particulier différentes résistivités, de sorte que l'on peut régler exactement la différence des puissances calorifiques. De préférence, l'autre couche chauffante comprend des nanotubes de carbone, en particulier une dispersion de nanotubes de carbone. Ainsi, on peut profiter des propriétés avantageuses d'une couche chauffante en nanotubes de carbone également pour l'autre couche chauffante. Selon un développement de l'invention, on prévoit dans l'élément de chauffage un capteur de température qui présente une surface de mesure comprenant des nanotubes de carbone, en particulier une dispersion de - 3 - nanotubes de carbone, dont la température est déterminée par mesure de la résistance. Ainsi, on permet une mesure très précise et directe de la température de la couche chauffante. De préférence, l'une au moins des couches chauffantes qui comprend les nanotubes de carbone, en particulier la dispersion de nanotubes de carbone, comprend du silicate de sodium, ce qui permet une résistance de la couche chauffante à la température d'au moins 500 °C. De manière particulièrement préférée, la couche chauffante qui comprend les nanotubes de carbone, en particulier la dispersion de nanotubes de carbone, est dépourvue de silicone. Par exemple, l'élément de chauffage est recourbé ou constitue une forme libre, de sorte que l'on peut utiliser l'élément de chauffage avec des récipients quelconques pour produits à cuire. Selon un développement de l'invention, un diélectrique est prévu entre le support et la couche chauffante, de telle sorte que le support et la couche chauffante sont isolés l'un par rapport à l'autre. Selon une autre variante de réalisation, l'élément de chauffage comprend des distributeurs de courant qui sont répartis sur la couche chauffante, de telle sorte qu'une densité de courant établie par des contacts électriques dans la 20 couche chauffante est presque homogène. De cette manière, on peut éviter des emplacements non désirés d'une forte puissance calorifique, dits hotspots, qui se forment en particulier autour d'emplacements perturbateurs. Les distributeurs de courant peuvent être agencés sur la portion fonctionnelle et/ou sur la zone normale, de telle sorte qu'il existe un contact 25 électrique entre la couche chauffante et le distributeur de courant. Selon un autre mode de réalisation, les distributeurs de courant sont agencés entre les deux couches chauffantes, de telle sorte que les deux couches chauffantes sont uniformément en contact avec le distributeur de courant. Selon une autre variante de réalisation, les distributeurs de courant sont 30 agencés par portions à la place de l'une des deux couches chauffantes, ce qui permet une réalisation plus simple du système de couches. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit et des dessins annexés auxquels on se référera. Les figures montrent : - 4 - - figure la, une coupe à travers l'élément de chauffage conforme à l'invention ; - figures lb à 1 d, une coupe à travers d'autres modes de réalisation de l'élément de chauffage conforme à l'invention ; - figure 2, l'élément de chauffage de la figure 1a, en vue de dessus ; - figure 3, l'élément de chauffage de la figure 1 b en vue de dessus ; et - figure 4, une découpe d'un autre mode de réalisation de l'élément de chauffage conforme à l'invention. La figure 1 a montre partiellement en coupe un élément de chauffage 10. L'élément de chauffage 10 comporte un support 12 sur lequel sont agencés un diélectrique 13 et une couche chauffante 14. Dans certaines zones, la couche chauffante 14 est pourvue en supplément d'une autre couche chauffante 16, cette zone constituant une portion fonctionnelle 18. La puissance calorifique dans la portion fonctionnelle 18 diffère de la puissance calorifique d'une zone normale 20 dépourvue de portion fonctionnelle 18. Les couches chauffantes 14, 16 constituent individuellement ou conjointement une surface chauffante et elles comprennent des nanotubes de carbone, en particulier une dispersion de nanotubes de carbone, et elles peuvent comprendre du silicate de sodium. De préférence, elles sont dépourvues de silicone pour obtenir une résistance à la température d'au moins 500°C. En règle générale, les couches chauffantes 14, 16 présentent différentes compositions en termes de nanotubes de carbone, qui mènent à des résistivités différentes. La portion fonctionnelle 18 peut également être formée par une zone de la couche chauffante 14 présentant une épaisseur de couche différente. Dans ce cas, l'autre couche chauffante 16 ferait partie de la couche chauffante 14 et serait constituée en le même matériau. La portion fonctionnelle 18 est donc une portion de la surface chauffante, qui présente une épaisseur de couche différente de celle de la zone normale 20, une composition différente de celle de la zone normale 20 et/ou une autre couche chauffante 16. La figure 1 b montre une coupe à travers un second mode de réalisation de l'élément de chauffage 10'. Il correspond sensiblement au mode de réalisation selon la figure la, mais un distributeur de courant 22 est prévu sur l'autre couche - 5 - chauffante 16. Le distributeur de courant 22 peut également être agencé dans la zone normale 20 sur la couche chauffante 14 et il comprend un métal, en particulier de l'argent, ou bien une dispersion de nanotubes de carbone hautement conductrice. De manière similaire à la figure 1 b, la figure lc montre un troisième mode de réalisation comportant un distributeur de courant 22. Cependant, le distributeur de courant 22 dans la portion fonctionnelle 18 est prévu partiellement à la place de la couche chauffante 14. Le distributeur de courant 22 se trouve donc entre l'autre couche chauffante 16 et le diélectrique 13 et il interrompt la couche chauffante 14. La figure 1d montre un quatrième mode de réalisation de l'élément de chauffage 10', également avec un distributeur de courant 22. À la différence du mode de réalisation selon la figure lc, le distributeur de courant 22 est cependant agencé entre la couche chauffante 14 et l'autre couche chauffante 16, de sorte que la couche chauffante 14 n'est pas interrompue par le distributeur de courant 22. Les épaisseurs de la couche chauffante 14 et de l'autre couche chauffante 16 sont cependant réduites dans la zone du distributeur de courant 22 pour procurer de l'espace pour le distributeur de courant 22. La figure 2 illustre une vue de dessus de l'élément de chauffage 10. Dans ce mode de réalisation, deux portions fonctionnelles 18 sont réalisés aux bords latéraux de l'élément de chauffage 10. La zone normale 20 située à l'intérieur est réalisée sans portions fonctionnelles 18. Sur les côtés supérieur et inférieur de l'élément de chauffage, vu dans le sens de la figure, on prévoit des contacts 24 qui s'étendent le long de la totalité de la largeur de l'élément de chauffage 10. De plus, l'élément de chauffage 10 comprend des traversées 26, par exemple des trous destinés à fixer l'élément de chauffage 10 dans un appareil de cuisson, qui représentent des emplacements perturbateurs à l'égard de la production de chaleur régulière dans l'élément de chauffage 10. Les emplacements perturbateurs peuvent être formés non seulement par des traversées, mais ils peuvent être causés également par d'autres éléments de fixation ou similaires. Des emplacements de courbure peuvent également agir comme emplacements perturbateurs. - 6 - Pour faire fonctionner l'élément de chauffage 10, on applique une tension entre les contacts 24, de telle sorte qu'un courant est généré à travers la couche chauffante 14 et le cas échéant à travers l'autre couche chauffante 16. Ce courant fait que les couches chauffantes 14, 16 se chauffent. Dans ce cas, la puissance calorifique des portions fonctionnelles 18 et de la zone normale 20 dépend de l'épaisseur de couche, des matériaux utilisés des couches chauffantes 14, 16 et surtout du courant qui les traverse. Les bords de l'élément de chauffage 10 ont une perte de chaleur supérieure à celle des zones de l'élément de chauffage 10 situées à l'intérieur, par exemple à cause d'une radiation thermique. Par conséquent, on choisit une puissance calorifique des portions fonctionnelles 18 situées à l'extérieur qui est supérieure à la puissance calorifique de la zone normale 20 située à l'intérieur, afin de compenser les pertes de chaleur plus importantes des bords. Dans ce cas, les puissances calorifiques sont adaptées les unes aux autres de telle sorte que la répartition de chaleur sur l'ensemble de l'élément de chauffage 10 est sensiblement homogène. De plus, en prévoyant deux conducteurs, on peut réaliser un capteur de température. À cet effet, en tant que surface de mesure 28, on se sert d'une portion de la couche chauffante 14 ou 16 qui est mise en contact au moyen de deux conducteurs 30 connectés à une électronique d'évaluation (non illustrée). L'électronique d'évaluation mesure la résistance de la couche chauffante 14, 16 entre les emplacements de contact des conducteurs 30. On peut alors en conclure à la température de la couche chauffante 14, 16, car la résistance des nanotubes de carbone dépend de la température. Ainsi, on peut déterminer directement la température de la couche chauffante 14, 16. L'élément de chauffage 10' illustré dans la figure 3 correspond sensiblement à l'élément de chauffage 10 selon la figure 2. Cependant, tout comme dans le mode de réalisation selon la figure 1 b, deux distributeurs de courant 22 sont agencés dans la zone entre les deux contacts 24. Les distributeurs de courant 22 se trouvent sur différents côtés d'une ligne imaginaire entre les deux traversées 26 et ils s'étendent parallèlement à cette ligne. Les distributeurs de courant 22 ont une longueur qui est supérieure à la distance des deux traversées 26, de sorte que les deux traversées 26 se trouvent complètement dans la zone entre les distributeurs de courant 22 - 7 - En distribuant le courant sur leur extension, les distributeurs de courant 22 réduisent la densité de courant dans les zones situées autour des traversées 26. Ainsi, les distributeurs de courant 22 empêchent l'apparition de zones présentant des densités de courant plus élevées autour des traversées 26, qui provoqueraient des hotspots. La figure 4 montre schématiquement un autre mode de réalisation pour agencer les portions fonctionnelles 18, dans une découpe de l'élément de chauffage 10" en vue de dessus. Dans ce mode de réalisation, on prévoit une multitude de portions fonctionnelles 18, de telle sorte que les portions fonctionnelles 18 et les zones normales 20 alternent les unes avec les autres. Dans ce mode de réalisation, on obtient une modification de la puissance calorifique spécifique sur une grande zone par différentes densités des portions fonctionnelles 18 dans les zones normales 20. De cette manière, il est possible de modifier graduellement la puissance calorifique, de manière à pouvoir atteindre une régularité encore meilleure de la répartition de la chaleur de l'élément de chauffage 10". Bien entendu, le mode de réalisation selon la figure 4 peut être combiné avec les modes de réalisation précédents. De surcroît, la forme de l'élément de chauffage n'est pas limitée à une plaque plane. Au contraire, l'élément de chauffage peut être incurvé ou constituer une forme libre. Ainsi, on peut réaliser des éléments de chauffage pour des récipients quelconques de produits à cuire, capables de s'appliquer depuis l'extérieur en affleurement contre le récipient de produits à cuire.25 REVENDICATIONS1. Elément de chauffage (10, 10', 10") pour un système de chauffage destiné à des appareils de cuisson, comportant un support (12), une couche chauffante (14) déposée sur le support (12) et formant une surface chauffante avec une zone normale (20), et au moins une portion fonctionnelle (18) de la surface chauffante, la portion fonctionnelle (18) modifiant localement la puissance calorifique spécifique de la surface chauffante. 2. Elément de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche chauffante (14) comprend au moins partiellement des nanotubes de carbone, en particulier une dispersion de nanotubes de carbone. 3. Elément de chauffage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une zone de la couche chauffante (14) présentant une épaisseur de couche qui diffère de l'épaisseur de couche de la couche chauffante de la zone normale (20) constitue la portion fonctionnelle (18). 4. Elément de chauffage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portion fonctionnelle (18) est une zone de la couche chauffante (14) sur laquelle se trouve une autre couche chauffante (16). 5. Elément de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche chauffante (14) et l'autre couche chauffante (16) ont différentes compositions, en particulier différentes résistivités. 6. Elément de chauffage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'autre couche chauffante (16) comprend des nanotubes de carbone, en particulier une dispersion de nanotubes de carbone. 7. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur l'élément de chauffage (10) est prévu un capteur de température qui présente une surface de mesure (28) comprenant des nanotubes de carbone, en particulier une dispersion de nanotubes de carbone, dont la température est déterminée par mesure de la résistance. 8. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une au moins des couches chauffantes (14, 16) qui comprend les nanotubes de carbone, en particulier la dispersion de nanotubes de carbone, présente du silicate de sodium.- 9 - 9. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de chauffage (10) est incurvé ou constitue une forme libre. 10. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un diélectrique (13) est prévu entre le support (12) et la couche chauffante (14). 11. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de chauffage (10', 10") comprend des distributeurs de courant (22) qui sont répartis sur la surface de chauffage de telle sorte qu'une densité de courant établie par des contacts électriques (24) dans la surface chauffante est presque homogène. 12. Elément de chauffage selon la revendication 11, caractérisé en ce que les distributeurs de courant (22) sont agencés sur la zone normale (20) et/ou sur les portions fonctionnelles (18). 13. Elément de chauffage selon la revendication 11 prise en dépendance de la revendication 5, caractérisé en ce que les distributeurs de courant (22) sont agencés entre les deux couches chauffantes (14, 16). 14. Elément de chauffage selon la revendication 11 prise en dépendance de la revendication 5, caractérisé en ce que les distributeurs de courant (22) sont agencés par portions à la place de l'une des deux couches chauffantes (14, 16). 15. Appareil de cuisson comportant un élément de chauffage (10, 10', 10") selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de chauffage (10, 10', 10") est capable d'être appliqué depuis l'extérieur contre un récipient à chauffer pour produits à cuire.