Brevet FR3005389A1 — 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, les couches chauffantes des éléments de chauffage ne sont 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 celle-ci se forment des zones présentant des températures élevées, dites « hotspots ». De telles répartitions inhomogènes de la température ne sont pas désirées car elles mènent à un échauffement irrégulier du produit à cuire. L'objectif sous-jacent à la présente invention est de proposer un élément de chauffage qui procure une répartition régulière de la chaleur de la couche chauffante. Cet objectif est atteint par un élément de chauffage pour un système de chauffage destiné à des appareils de cuisson, comportant un support, une couche chauffante déposée sur le support et formant une surface chauffante, et au moins un distributeur de courant agencé à l'intérieur de la zone de la surface chauffante, le distributeur de courant formant, ensemble avec la couche chauffante, une zone dans laquelle la résistivité électrique est réduite par rapport à la résistivité électrique de la couche chauffante en absence de distributeur de courant appliqué. La constatation sous-jacente à l'invention est que dans les - 2 - zones situées autour des emplacements perturbateurs, une densité de courant accrue apparaît dans la couche chauffante, qui mène à une formation accrue de chaleur. On s'oppose à la formation accrue de chaleur en prévoyant par portions un distributeur de courant sur la couche chauffante. Grâce au distributeur de courant, la conductivité de la combinaison distributeur de courant - couche chauffante est augmentée par rapport à la couche chauffante en absence de distributeur de courant, de sorte que le courant traversant cette zone génère moins de chaleur que le même courant traversant la couche chauffante en absence de distributeur de courant appliqué. Selon une autre perspective, le distributeur de courant appliqué par portions réduit la densité de courant à l'intérieur de la couche chauffante et permet une distribution régulière du courant, de manière à assurer un développement de chaleur régulier. Par exemple, la couche chauffante peut comprendre des nanotubes de carbone, en particulier une dispersion de nanotubes de carbone. Une telle 15 couche chauffante présente des taux de défaillance faibles en cas d'endommagements. De préférence, le distributeur de courant et les contacts sont séparés dans l'espace, grâce à quoi on évite qu'une quantité trop élevée de courant ne traverse les zones de la couche chauffante qui présentent une résistance réduite, 20 ce qui mènerait à une perte de puissance non désirée de l'élément de chauffage. De manière particulièrement préférée, on prévoit une multitude de distributeurs de courant, les distributeurs de courant étant répartis sur la totalité de la couche chauffante de telle sorte qu'une densité de courant établie par des contacts électriques dans la couche chauffante est presque homogène. De cette 25 manière, on peut obtenir un échauffement régulier des aliments à faire cuire. Selon un mode de réalisation en variante, la couche chauffante présente au moins un emplacement perturbateur causé par exemple par une traversée, le distributeur de courant étant agencé dans la zone située autour de l'emplacement perturbateur, grâce à quoi on évite des densités de courant 30 accrues et des hotspots qui en résultent autour de l'emplacement perturbateur. Par exemple, le distributeur de courant est réalisé au moins en partie en forme arquée et entoure au moins partiellement l'emplacement perturbateur, grâce à quoi les répartitions de la densité de courant autour des emplacements perturbateurs deviennent encore plus homogènes. - 3 - De préférence, on prévoit au moins deux distributeurs de courant, les distributeurs de courant étant agencés sur des côtés opposés de l'emplacement perturbateur. Grâce à cet agencement symétrique, on obtient une homogénéité particulièrement élevée de la répartition de chaleur. Selon une autre variante de réalisation, le distributeur de courant s'étend pratiquement le long de la totalité de la largeur de la couche chauffante et il procure ainsi une distribution de courant régulière à l'intérieur de la couche chauffante. Par exemple, le distributeur de courant comprend un métal, en particulier de l'argent, ou une dispersion de nanotubes de carbone hautement conductrice. Grâce à l'utilisation de matériaux bons conducteurs, l'effet de la réduction de résistance est amplifié. Selon un développement de l'invention, un diélectrique est prévu entre le support et la couche chauffante, par lequel le support et la couche chauffante sont isolés l'un par rapport à l'autre. Les distributeurs de courant peuvent être agencés sur la couche chauffante ou sur le diélectrique, de telle sorte qu'il existe un contact électrique entre la couche chauffante et le distributeur de courant. Selon un autre mode de réalisation, on prévoit sur la couche chauffante au moins partiellement une autre couche chauffante, et les distributeurs de courant sont agencés entre les deux couches chauffantes. Ainsi, les deux couches chauffantes sont uniformément en contact avec le distributeur de courant. Selon un autre développement de l'invention, on prévoit sur la couche chauffante au moins partiellement une autre couche chauffante, et les distributeurs de courant sont agencés par portions à la place de l'une des deux couches chauffantes, ce qui permet une réalisation plus simple du système de couches. Selon une autre variante de réalisation, on prévoit sur l'élément de chauffage un capteur de température qui présente une surface en nanotubes de carbone, en particulier en une dispersion de nanotubes de carbone, dont la température est déterminée par mesure de la résistance. Ainsi, on permet une mesure précise et très directe de la température de la couche chauffante. - 4 - Selon un autre mode de réalisation de l'invention, 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. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit et des dessins annexés auxquels on se réfère. Les figures montrent : - figure la), une coupe à travers l'élément de chauffage conforme à l'invention ; - figures 1b) à 1d), une coupe à travers d'autres modes de réalisation de l'élément de chauffage conforme à l'invention ; et - figures 2a) à 2c), l'élément de chauffage de la figure la) en vue de dessus avec différentes dispositions des distributeurs de courant. La figure la) 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 de distributeurs de courant 16, la couche chauffante 14 et les distributeurs de courant 16 formant une zone de conduction 18. Les distributeurs de courant 16 comprennent un métal, en particulier de l'argent, ou bien une dispersion de nanotubes de carbone hautement conductrice. La résistance électrique dans la zone de conduction 18 est réduite par rapport à la résistance de la couche chauffante 14 en absence d'un distributeur de courant 16 appliqué, c'est-à-dire à la zone chauffante 20. La figure 1 b) montre un mode de réalisation en variante de l'élément de chauffage 10, en coupe. En supplément aux couches décrites dans la figure 1 a), une autre couche chauffante 21 est déposée par portions entre la couche chauffante 14 et le distributeur de courant 16. Dans les zones pourvues d'une autre couche chauffante 21, le distributeur de courant 16 se trouve sur l'autre couche chauffante 21. Dans le mode de réalisation selon la figure 1c), le distributeur de courant 16 est agencé entre l'autre couche chauffante 21 et le diélectrique 13. La couche chauffante 14 est interrompue dans les zones de conduction 18. Dans les zones de conduction 18, le distributeur de courant 16 remplace donc la couche chauffante 14. - 5 - Le distributeur de courant 16 est agencé de façon similaire dans le mode de réalisation selon la figure 1d). Dans ce mode de réalisation, le distributeur de courant 16 se trouve entre la couche chauffante 14 et l'autre couche chauffante 21, de sorte que la couche chauffante 14 n'est pas interrompue. Dans les zones de conduction 18, aussi bien la couche chauffante 14 que l'autre couche chauffante 21 sont plus minces que celles dans les zones chauffantes 20, afin de procurer de l'espace pour le distributeur de courant 16. Dans le mode de réalisation selon la figure 1 a), la couche chauffante 14 forme une surface chauffante, tandis que dans les modes de réalisation selon les figures 1 b) à d), la surface chauffante est formée par la couche chauffante 14 et par l'autre couche chauffante 21. Les deux ou bien une seule des couches chauffantes 14, 21 peuvent présenter des nanotubes de carbone ou une dispersion de nanotubes de carbone, et comprendre en outre 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, 21 présentent différentes compositions en termes de nanotubes de carbone, qui mènent à des résistivités différentes. Les figures 2a à 2c) montrent une vue de dessus de l'élément de chauffage selon la figure 1 a), en illustrant différents agencements de distributeurs de courant 16. Dans les modes de réalisation selon les figures 2a) à 2c), la couche chauffante 14 comprend des traversées 22, par exemple des trous destinés à fixer les éléments de chauffage 10 sur un appareil de cuisson, qui représentent des emplacements perturbateurs à l'égard de la distribution de courant régulière dans l'élément de chauffage 10. Les emplacements perturbateurs sont formés non seulement par des traversées, mais ils peuvent être causés également par d'autres éléments de fixation, par des emplacements de courbure ou similaires. Deux contacts 24 sont montés sur la couche chauffante 14, qui s'étendent le long de la totalité de la largeur de l'élément de chauffage 10 et qui sont espacés des distributeurs de courant 16. Dans la zone entre les deux contacts 24, on prévoit deux distributeurs de courant 16. Les distributeurs de courant 16 se trouvent sur différents côtés d'une - 6 - ligne imaginaire entre les deux traversées 22 et ils s'étendent parallèlement à cette ligne. Les distributeurs de courant 16 ont une longueur qui est supérieure à la distance des deux traversées 22, de sorte que les deux traversées 22 se trouvent complètement dans la zone entre les distributeurs de courant 16. La figure 2b) montre une variante de réalisation de l'agencement des distributeurs de courant 16 comprenant quatre distributeurs de courant 16 individuels. Les quatre distributeurs de courant 16 sont regroupés en deux paires de distributeurs de courant qui sont associées à différentes traversées 22. Les distributeurs de courant 16 de chacune des paires sont disposés parallèlement l'un à l'autre et s'étendent chacun sur une partie seulement de la largeur de l'élément de chauffage 10. De plus, une traversée 22 respective est ménagée dans la zone qui se trouve entre les distributeurs de courant 16 de chaque paire. Le mode de réalisation selon la figure 2c) correspond largement au mode de réalisation selon la figure 2b), à la différence que les distributeurs de courant 16 des paires de distributeurs de courant sont réalisés de façon concave, donc en forme arquée, vue depuis la traversée 22, de manière à entourer partiellement la traversée 22 située entre ceux-ci. Dans ce qui suit, on décrira à titre d'exemple le mode d'action des distributeurs de courant 16 en se rapportant au mode de réalisation selon la figure 2c). Au moyen d'une tension appliquée entre les contacts 24, on génère un courant à travers la couche chauffante 14 et le cas échéant également à travers la couche chauffante 21. Dans une couche chauffante 14 correspondante, en absence de distributeurs de courant 16 montés, des densités de courant accrues apparaîtraient dans la zone des traversées 22, qui provoqueraient des hotspots. L'agencement des distributeurs de courant 16 et des contacts 24 assure cependant que la densité de courant est presque homogène sur la totalité de la surface chauffante. Dans ce cas, l'extension des contacts 24 permet tout d'abord une répartition du courant sur toute la largeur de l'élément de chauffage 10. Les densités de courant accrues autour des traversées 22 sont réduites par l'agencement des distributeurs de courant 16 des paires de distributeurs de courant. Ceci est rendu possible par les distributeurs de courant 16 par réduction de la résistance, ce qui procure une répartition du flux électronique le long de l'extension des distributeurs de courant, grâce à quoi la densité de courant dans - 7 - la couche chauffante est réduite. Ainsi, une répartition approximativement homogène de la densité de courant s'établit entre les distributeurs de courant 16 des paires de distributeurs de courant. De plus, par déposition d'une surface de mesure 26 de nanotubes de carbone, en particulier d'une dispersion de nanotubes de carbone, et dans la mesure où la couche chauffante 14, 21 n'est pas déjà réalisée à partir de celle-ci, on peut réaliser un capteur de température. À cet effet, la surface de mesure 26 ou une portion de la couche chauffante 14, 21 est mise en contact au moyen de deux conducteurs 28 qui sont connectés à une électronique d'évaluation (non illustrée). L'électronique d'évaluation mesure la résistance de la surface de mesure 16 ou de la portion. On peut en conclure à la température de la surface de mesure 26 ou de la portion, car la résistance des nanotubes de carbone dépend de la température. Ainsi, on peut déterminer la température de la couche chauffante 14, 21 de manière très directe ou même immédiatement. Bien entendu, on peut réaliser les agencements des distributeurs de courant 16 montrés dans les figures 2a) à c) également au moyen de l'agencement des distributeurs de courant 16 selon les modes de réalisation des figures 1 b) à 1d). De plus, on peut imaginer d'autres agencements quelconques des distributeurs de courant 16, des traversées 22 et des contacts 24. 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. REVENDICATIONS1. Elément de chauffage (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, et au moins un distributeur de courant (16) agencé à l'intérieur de la zone de la surface chauffante, le distributeur de courant (16) formant, ensemble avec la couche chauffante (14), une zone dans laquelle la résistance électrique est réduite par rapport à la résistance électrique de la couche chauffante (14) en absence de distributeur de courant (16) appliqué. 2. Elément de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une multitude de distributeurs de courant (16), les distributeurs de courant (16) étant répartis sur la couche chauffante (14) de telle sorte qu'une densité de courant établie par des contacts électriques (24) dans la couche chauffante (14) est presque homogène. 3. Elément de chauffage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche chauffante (14) présente au moins un emplacement perturbateur causé par exemple par une traversée (22), le distributeur de courant (16) étant agencé au moins dans la zone autour de l'emplacement perturbateur. 4. Elément de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le distributeur de courant (16) est au moins en partie en forme arquée et entoure au moins partiellement l'emplacement perturbateur. 5. Elément de chauffage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux distributeurs de courant (16), les distributeurs de 25 courant (16) étant agencés sur des côtés opposés de l'emplacement perturbateur. 6. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le distributeur de courant (16) s'étend pratiquement le long de la totalité de la largeur de la couche chauffante (14). 30 7. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le distributeur de courant (16) comprend un métal, en particulier de l'argent, ou une dispersion de nanotubes de carbone hautement conductrice.- 9 - 8. 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). 9. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les distributeurs de courant (16) sont agencés sur la couche chauffante (14) ou sur le diélectrique (13). 10. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur la couche chauffante (14) est prévue au moins partiellement une autre couche chauffante (21), et les distributeurs de courant (16) sont agencés entre les deux couches chauffantes (14, 21). 11. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur la couche chauffante (14) est prévue au moins partiellement une autre couche chauffante (21), et les distributeurs de courant (16) sont agencés par portions à la place de l'une des deux couches chauffantes (14, 21). 12. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur l'élément de chauffage est prévu un capteur de température qui présente une surface de mesure (26) au moins partiellement en nanotubes de carbone, en particulier en une dispersion de nanotubes de carbone, dont la température est déterminée par mesure de la résistance. 13. Elément de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de chauffage (10) est recourbé ou constitue une forme libre. 14. Appareil de cuisson comportant un élément de chauffage (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de chauffage (10) est capable d'être appliqué depuis l'extérieur contre un récipient à chauffer pour produits à cuire.