CH616799A5 - - Google Patents

Description

La présente invention a pour objet un ensemble chauffant électrique pour un réchaud à dessus lisse.

Les réchauds électriques à dessus lisse ont une feuille plate, faite par exemple de matière céramique vitreuse, qui forme la surface chauffante effective sur laquelle on place un ustensile de cuisine et un ensemble chauffant qui comprend un élément chauffant disposé en dessous de la feuille céramique vitreuse. La feuille doit être capable de transférer la chaleur de l'ensemble chauffant à l'ustensile de cuisine et de résister aux températures très intenses sans s'amollir ni se fissurer. Ces conceptions ont les avantages d'être faciles à nettoyer par rapport à des réchauds dans lesquels l'ustensile de cuisine est chauffé par rayonnement direct ou contact direct avec un élément chauffant.

L'ensemble électrique de chauffage décrit dans le brevet britannique N° 1433478 s'est montré extrêmement satisfaisant en pratique et on a trouvé qu'il avait un rendement relativement grand, un temps de réponse relativement court au réglage de commande de la température, et une grande longévité. Comme décrit dans ce brevet, la spire d'élément chauffant est maintenue dans sa forme enroulée par des crampons ou des agrafes qui sont ancrés dans une couche de base de matière isolante du point de vue thermique et électrique. Pour assurer un ancrage convenable des agrafes dont il vient d'être question, il faut que la matière isolante soit très épaisse, souvent plus que cela ne serait nécessaire à des fins d'isolement thermique. Par conséquent, la profondeur totale des ensembles chauffants montrés dans ce brevet est d'habitude relativement grande. Cela ne pose pas de problèmes dans beaucoup de modèles de réchauds, mais lorsque le dessus lisse du réchaud est combiné en un modèle dont les commandes électriques s'avancent en dessous du bord du réchaud, la profondeur totale des ensembles chauffants peut être telle qu'elle puisse gêner les commandes électriques.

Un but de l'invention est donc de procurer un ensemble chauffant électrique qui puisse avoir une petite profondeur dans son ensemble.

Suivant l'invention, on a prévu un ensemble chauffant électrique pour un réchaud à dessus lisse, comprenant un élément chauffant sous la forme d'une spirale d'un fil nu enroulé en hélice, la spirale étant formée par enroulement du fil en hélice en même temps qu'une bande isolante du point de vue électrique et résistante à la chaleur, souple, autour d'un noyau, de sorte que des spires adjacentes de la spirale soient séparées par la bande isolante, l'élément chauffant reposant sur une couche de base de matière thermiquement isolante et électriquement isolante qui lui sert de support, et étant retenu dans sa forme sensiblement en spirale par un certain nombre d'éléments analogues aux rayons d'une roue, constitués d'une matière résistant à la chaleur et électriquement isolante, qui s'étendent sur le dessus de l'élément.

Avec un tel ensemble, on trouve que l'épaisseur de la matière isolante du point de vue électrique et thermique, requise pour la couche de base qui sert de support et d'isolement à l'élément chauffant, peut être à la valeur minimale nécessaire pour assurer un isolement thermique et électrique et cela signifie de façon générale que l'ensemble chauffant peut être d'une épaisseur d'ensemble ou profondeur inférieure à celle de l'appareil chauffant montré dans le brevet cité précédemment. En plus, la fabrication d'un tel ensemble chauffant peut être relativement directe et exécutée rapidement avec un minimum d'assemblage à la main.

Lorsque l'élément chauffant est pourvu d'énergie électrique, il n'y a qu'une masse thermique très basse, à part le fil, qui devient très chaude. Par conséquent, l'ensemble chauffant selon l'invention présente un temps de réponse court au réglage de commande de la température, et il fait un emploi relativement efficace de l'énergie électrique, notamment en comparaison avec les ensembles chauffants dans lesquels le fil nu repose dans une rainure en spirale.

L'élément chauffant enroulé en spirale est formé par l'enroulement d'un fil nu, bobiné en hélice, et par une bande flexible de matière isolante du point de vue électrique et résistante à la chaleur, autour d'un noyau céramique. La largeur de la bande flexible doit être approximativement égale au diamètre de l'hélice pour donner lieu à un élément chauffant enroulé en spirale sensiblement plate, avec les spires adjacentes du fil nu isolées électriquement l'une de l'autre par la bande isolante. On poursuit l'enroulement jusqu'à obtenir une spirale des dimensions voulues et d'une longueur de fil désirée.

Si le noyau est circulaire, l'enroulement du fil et de la matière isolante produiront une spirale dont la forme générale est substantiellement circulaire. Cela n'est pas essentiel, et des ensembles

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chauffants de diverses formes générales sont possibles. Ainsi, le noyau peut être carré ou rectangulaire; l'enroulement produira alors une forme générale carrée ou rectangulaire à des bords arrondis. Alternativement, le noyau peut être en forme d'un D produisant un ensemble de forme similaire. Le terme en spirale utilisé ici comprend donc des formes de l'enroulement du fil et de la matière isolante qui ne sont pas strictement une spirale géométrique.

Comme les spires voisines de la spirale de fil nu seront à des différences de potentiel relativement faibles l'une par rapport à l'autre, la bande de matière électriquement isolante flexible peut être très mince tout en assurant encore un isolement électrique satisfaisant. Par conséquent, des spires adjacentes du fil nu peuvent être relativement proches et, ainsi, il est possible d'avoir une source de chaleur très concentrée, et pourvu qu'un limiteur de température approprié soit utilisé pour protéger la feuille céramique vitreuse, des densités de puissance très élevées sont possibles.

Les spires adjacentes du fil nu peuvent, en général, être situées plus près les unes des autres que dans les ensembles connus. Par conséquent, on peut utiliser, si on le désire, une longueur plus grande de fil de résistance électrique plus mince en économisant du matériau, ou bien on peut étendre l'élément en spirale qui est enroulé en hélice pour former l'élément chauffant. Ainsi, on peut, si on le désire, créer deux éléments chauffants tout à fait séparés. Selon une forme d'exécution, il peut donc y avoir un élément intérieur pour être utilisé avec des ustensiles de cuisine de diamètre relativement petit, et un élément sensiblement annulaire, extérieur, qui l'entoure, que l'on n'a besoin de mettre en fonctionnement que lorsque l'ustensile de cuisine est de grand diamètre. Des ensembles chauffants à double élément sont bien connus pour les ensembles de chauffage tubulaires traditionnels et un avantage de l'invention est, par conséquent, qu'avec les ensembles chauffants de l'invention, on peut réaliser un arrangement analogue pour des réchauds à dessus lisse. Suivant une autre . forme d'exécution, les deux éléments peuvent présenter la forme d'une paire de spirales concentriques intercalées.

La matière isolante à l'égard de l'électricité, souple, de la bande, doit être capable de résister aux températures du chauffage au rouge du fil nu enroulé de l'élément chauffant, et un exemple d'une matière convenant à cet égard est le papier de céramique fait d'aluminosilicate. Ce papier de céramique peut avoir une épaisseur d'environ 2 mm, bien que son épaisseur puisse aller par exemple de 0,5 à 4 mm.

Les éléments en forme de rayons de roue qui s'étendent en travers de l'élément chauffant pour le maintenir à plat contre la couche de base de matière isolante du point de vue thermique et électrique peuvent être ancrés au centre et aux bords de la spirale de l'élément chauffant. Cependant, si ces éléments sont suffisamment rigides, on peut les ancrer seulement au centre de l'élément chauffant.

Suivant une forme de réalisation de l'invention, des éléments séparés, arrangés radialement, sont prévus pour être maintenus à la fois au centre de l'élément chauffant contre le noyau de céramique et à leurs bords, contre l'isolement thermique et électrique qui constitue une bride annulaire ou lèvre surélevée par rapport à la couche de base. En général, on utilise au moins quatre éléments et, de préférence, pas plus de dix. Par exemple, il peut y avoir huit de ces éléments sensiblement également distribués et s'étendant radialement autour du noyau en faisant entre eux des angles d'environ 45°. Il n'est cependant pas essentiel que ces éléments soient arrangés d'une manière strictement radiale comme les rayons d'une roue, ni qu'ils soient rectilignes, ni qu'ils soient séparés les uns des autres. Ainsi, par exemple, un élément d'une seule pièce, en forme de toile d'araignée, comportant un certain nombre de bras qui s'étendent vers l'extérieur à partir d'un noyau, donnera satisfaction, ce noyau étant maintenu au centre de l'élément chauffant et éventuellement aussi aux extrémités des bras pour retenir l'ensemble en place.

Ces éléments sont faits de matière céramique; ils sont par exemple constitués d'une tige ou d'un tube dé matière céramique mince, de sorte qu'ils soient à la fois thermiquement isolants et capables de résister aux températures de rayonnement élevées de la spirale chauffante lorsqu'elle fonctionne. Ils doivent être relativement minces lorsqu'on considère l'ensemble chauffant en plan, de façon à réaliser le minimum de gêne pour le rayonnement thermique à partir de l'élément ou des éléments vers la matière céramique vitreuse. Des exemples de matières céramiques convenables dans ce sens sont offerts par la porcelaine et l'alumine.

La couche de base d'isolant du point de vue thermique et du point de vue électrique est de préférence contenue à l'intérieur d'une calotte métallique extérieure, à la fois pour assurer la mise à la terre du point de vue électrique et pour donner une couverture extérieure protectrice à l'isolant et constituer avec lui un ensemble. Pour aider à fixer les éléments en rayons de roue qui emprisonnent l'élément chauffant, en place au centre de l'ensemble, ces éléments peuvent, suivant une forme de réalisation de l'invention, être maintenus contre un noyau de matière céramique creux qui peut être le noyau autour duquel l'élément chauffant est enroulé, à l'aide d'un disque de retenue métallique ou d'une rondelle, sollicitée vers le bas contre le noyau de céramique, en étant retenue dans l'ensemble, par exemple en étant boulonnée à la calotte métallique.

Suivant une forme de réalisation préférée de l'inventjon, la couche de base de matière isolante du point de vue thermique et électrique présente une bordure dressée qui l'entoure et qui peut faire corps avec la couche de base ou un anneau séparé de matière. De cette façon, on définit dans la matière isolante une sorte d'assiette circulaire ou un évidement dont la profondeur est dans l'ensemble sensiblement la même que la hauteur totale de l'élément chauffant. Alors, les éléments de retenue en forme de rayons de roue peuvent s'étendre au-dessus du sommet de l'élément chauffant, en contact avec lui, jusqu'au bord supérieur de la bordure de matière isolante, et ils peuvent être emprisonnés en place par un anneau séparé de matière isolante du point de vue thermique et électrique, qui constitue un espaceur entre l'élément chauffant et la face inférieure de la feuille de matière céramique vitreuse.

La matière isolante du point de vue thermique'et électrique que l'on préfère pour la couche de base est un mélange intime d'aérogel de silice microporeux, d'un opacifieur et d'une fibre de renforcement. On peut aussi utiliser une masse moulée de fibres de céramique.

Il existe plusieurs procédés par lesquels cette matière isolante préférée peut être obtenue. Par exemple, un aérogel de silice microporeux est un gel dans lequel la phase liquide a été remplacée par une phase gazeuse, de telle façon qu'on évite le retrait qui autrement se produirait si le gel avait été séché directement à partir d'un liquide. Une structure de silice microporeuse sensiblement identique peut être obtenue par la précipitation commandée à partir d'une solution de silice, la température et le pH étant commandés pendant la précipitation pour obtenir un précipité à structure ouverte. Des produits semblables peuvent être obtenus par des opérations pyrogéniques ou électrothermiques, et conviendront pour être utilisés si les dimensions des particules les plus petites sont en moyenne inférieures à environ 100 nm.

L'opacifieur, qui n'est pas toujours essentiel, est du bioxyde de titane finement divisé, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de chrome, de l'oxyde de zirconium, de l'oxyde de fer, du bioxyde de manganèse, du noir de carbone ou de l'ilménite.

La fibre de renforcement doit autant que possible avoir des propriétés réfractaires, et des exemples de telles fibres qui sont intéressantes pour la matière isolante préférée suivant l'invention sont le verre, la laine minérale, l'aluminosilicate, l'alumine ou la zircone.

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L'aérogel de silice microporeux que l'on préfère est moulé sous la forme d'un solide compact d'un poids spécifique compris entre 0,129 et 0,485 kg/dm3.

Les conducteurs d'alimentation électriques pour l'élément chauffant peuvent s'étendre en direction sensiblement horizontale, à travers un ou plusieurs canaux dans la surface du dessus de la couche de base de matière isolante, jusqu'à un connecteur électrique attaché au côté de l'appareil chauffant. Cela a l'avantage, par rapport aux appareils chauffants connus où les conducteurs électriques doivent être repris vers le bas à partir de l'élément chauffant, de réduire l'espace nécessaire en dessous du dispositif chauffant lorsqu'il est placé pour être utilisé, et également de réduire les pertes de chaleur. De façon à éviter les court-circuits courts-circuits entre les conducteurs d'alimentation et la spire chauffante, les conducteurs peuvent être couverts d'une gaine isolante de matière céramique, ou de perles de matière céramique.

Dans une forme de réalisation en variante, le conducteur ou les conducteurs d'alimentation électriques peuvent être placés en direction horizontale au-dessus du sommet de l'élément chauffant. Le ou les conducteurs doivent être couverts de matière isolante sous la forme d'une gaine ou de perles de matière céramique. Dans un agencement, on peut utiliser un ou plusieurs éléments creux en forme de tubes, à cette fin, qui peuvent servir en même temps d'éléments analogues aux rayons d'une roue pour maintenir en place l'élément chauffant.

On décrira maintenant un ensemble chauffant pour un réchaud électrique à dessus lisse suivant l'invention, à titre d'exemple, en se référant aux dessins joints au présent mémoire, sur lesquels:

la fig. 1 est une vue en plan, avec arrachement partiel, et la fig. 2 est une coupe faite suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.

L'ensemble chauffant 10 montré aux dessins comprend un élément chauffant électrique 12 porté par une couche de base 14 ' de matière isolante du point de vue thermique et électrique. Autour du bord de la couche 14 se trouve, faisant corps avec elle, une bordure ou lèvre dressée 15 qui définit un évidement circulaire à l'intérieur duquel l'élément chauffant 12 est placé. La couche isolante 14 est de préférence un isolant de grande efficacité et résistant aux températures élevées, du type que l'on trouve dans le commerce sous la marque de fabrique Microtherm. Il s'agit là d'un mélange comprimé d'aérogel de silice microporeux, d'un opacifieur en particules et de fibres réfractaires, et en raison de ses grandes propriétés isolantes, la couche de base 14 peut être relativement mince.

L'élément chauffant a été formé en enroulant en spirale un fil nu enroulé en hélice, résistant à l'électricité, 16, et une bande flexible adjacente 17 de matière isolante du point de vue électrique, autour d'un noyau de céramique central creux 18. La largeur de la bande 17 est approximativement égale au diamètre du fil enroulé en hélice 16. De cette façon, on constitue un élément chauffant plat, sensiblement circulaire, avec les spires adjacentes du fil enroulé isolées électriquement l'une de l'autre par la bande 17. L'élément chauffant remplit sensiblement l'évidement circulaire défini par la bordure 15. La bande flexible 17 doit être résistante à la chaleur et elle est faite de papier de céramique en fibres d'aluminosilicate.

Pour maintenir les spires de l'élément chauffant en place de façon à conserver un élément chauffant sensiblement plat, un certain nombre de tubes de matière céramique 20, par exemple huit tubes, comme montré aux dessins, sont disposés radialement au-dessus de l'élément chauffant, à la façon des rayons d'une roue. Ces tubes maintiennent l'élément chauffant en place sans le soumettre à des forces de compression qui pourraient briser le fil 16 lorsqu'il est chauffé au rouge. Les extrémités intérieures 20a de ces tubes 20 sont maintenues contre le noyau de céramique 18 au moyen d'une rondelle métallique 24, tandis que les extrémités extérieures 20b reposent sur la surface de dessus de la bordure ou lèvre 15. Ces extrémités extérieures 20b sont maintenues contre la bordure ou lèvre 15 par un anneau 26 de matière thermiquement isolante, semblable à celle de la couche 14, de petits canaux radiaux (non montrés) étant prévus dans la face inférieure de l'anneau 26 pour recevoir les extrémités 20b.

Si on le désire, la région de bordure de la rondelle 24 peut recevoir une forme ondulée ou analogue, de façon que chaque extrémité intérieure 20a soit emprisonnée séparément et maintenue en orientation angulaire correcte pour les tubes de céramique 20. Cela n'est cependant pas toujours essentiel.

La face inférieure et le bord latéral de la couche 14, et les bords latéraux de la bordure 15 et de l'anneau 26 sont situés à l'intérieur d'une calotte métallique 30. Cela assure une mise à la terre du point de vue électrique et la protection mécanique de ces parties.

La rondelle 24 est maintenue abaissée pour emprisonner les extrémités intérieures 20a des tubes 20, par un boulon 31 qui passe à travers le centre de la rondelle 24, en descendant à travers la couche 14 et la calotte métallique 30, et dont l'extrémité inférieure a été serrée par un écrou 32. La région centrale de la calotte métallique 30 est en forme de dôme vers le haut pour recevoir cette rainure et la rondelle associée 33, de sorte que ces éléments ne fassent pas saillie de manière importante sur la calotte 30.

Les extrémités du fil chauffant électriquement résistant sont attachées aux conducteurs électriques 36. L'une de ces extrémités s'étend à partir du centre de l'élément chauffant électrique en direction sensiblement horizontale à l'intérieur d'un canal 37 dans la surface de la couche 14 et passe à travers un trou 38 de la bordure 15 pour sortir à travers le côté de la calotte métallique 30 et arriver à un connecteur électrique (non montré); l'autre s'étend à partir de l'extrémité extérieure de l'élément chauffant, à travers un trou 39 de la bordure 15 et sort de là à travers le côté de la calotte métallique 30 vers le connecteur électrique. Ces conducteurs électriques 36 sont couverts d'une gaine isolante en matière céramique 40 pour empêcher les courts-circuits avec les spires de l'élément chauffant.

L'ensemble chauffant 10 est d'un assemblage simple et rapide. Du fait que l'épaisseur de la couche de base 14 peut être à la valeur minimale nécessaire pour donner l'isolement thermique et électrique, la profondeur ou épaisseur totale de l'ensemble 10 est relativement faible. Ainsi, l'anneau 26 doit avoir une certaine épaisseur minimale pour assurer que, lorsque l'appareil de chauffage est en cours d'emploi, la feuille de matière céramique vitreuse placée au-dessus ne soit pas soumise à un choc thermique trop important, et le diamètre et, par conséquent, la profondeur de l'élément chauffant 16, sont déterminés par les exigences touchant la résistance électrique. Cependant, l'épaisseur de la couche thermiquement isolante 14 peut être notablement plus faible dans le cas correspondant d'une couche isolante de l'appareil chauffant montré dans le brevet britannique N° 1433478, parce qu'il n'y a pas d'agrafes métalliques qui s'étendent dans la couche 14 et qui exigent l'isolement et l'ancrage dans cette couche. Puisque l'élément chauffant 16 n'est pas partiellement noyé dans une ramure de la couche 14, la masse thermique en supplément à l'élément chauffant 16, qui doit être chauffée par le courant traversant l'élément chauffant, est très petite. Ainsi, le présent ensemble peut répondre rapidement au réglage de commande de la température.

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   REVENDICATIONS

   1. Ensemble chauffant électrique pour un réchaud à dessus lisse, comprenant un élément chauffant sous la forme d'une spirale d'un fil nu enroulé en hélice, la spirale étant formée par l'enroulement du fil en hélice, en même temps que d'une bande isolante du point de vue électrique et résistante à la chaleur, souple, autour d'un noyau, de sorte que des spires adjacentes de la spirale soient séparées par la bande isolante, l'élément chauffant reposant sur une couche de base de matière thermiquement isolante et isolante à l'égard de l'électricité, et étant porté par cette couche, cet élément chauffant étant retenu dans sa disposition sensiblement en spirale par un certain nombre d'éléments analogues aux rayons d'une roue, d'une matière isolante à l'égard de l'électricité et résistante à la chaleur, qui s'étendent au-dessus du sommet de l'élément.
2. 2. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bande électriquement isolante et résistante à la chaleur, souple, est une bande de papier de céramique fait d'aluminosilicate.
3. 3. Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments analogues aux rayons d'une roue sont ancrés au moins au centre de la spirale de l'élément chauffant.
4. 4. Ensemble suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments analogues aux rayons d'une roue sont ancrés à la fois au centre et aux bords de la spirale de l'élément chauffant.
5. 5. Ensemble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments analogues aux rayons d'une roue rayonnent à partir du noyau et sont ancrés à la fois au noyau et à leurs extrémités s'étendant radialement vers l'extérieur.
6. 6. Ensemble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de base est en forme d'assiette pour offrir une surface circulaire sensiblement plate pour soutenir l'élément chauffant, et a une bordure annulaire dressée contre laquelle les extrémités des éléments analogues aux rayons d'une roue peuvent porter.
7. 7. Ensemble suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les extrémités des éléments analogues aux rayons d'une roue reposent contre la bordure annulaire dressée de matière isolante du point de vue thermique et électrique et sont maintenues en place par un anneau séparé de matière isolante du point de vue thermique et électrique, reposant sur la bordure dressée.
8. 8. Ensemble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de base est contenue à l'intérieur d'une calotte métallique extérieure.
9. 9. Ensemble suivant la revendication .8, caractérisé en ce que les extrémités les plus intérieures des éléments analogues aux rayons d'une roue sont maintenues contre le noyau par un disque métallique boulonné à la calotte métallique extérieure.
10. 10. Utilisation d'au moins un ensemble selon la revendication 1 pour constituer un réchaud.