EP0730058A1 - Heating sandwich structure in particular for domestic appliances and domestic appliances with such a structure - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine technique général des structures chauffantes plates, du type sandwich, destinées à assumer une fonction de chauffe élevée dépassant couramment 180°Celsius.The present invention relates to the general technical field of flat heating structures, of the sandwich type, intended to assume a high heating function commonly exceeding 180 ° Celsius.
La présente invention se rapporte à une structure chauffante, notamment pour appareils électroménagers, réalisée selon une structure sandwich limitée extérieurement par au moins une plaque de chauffe et comportant une unité de chauffe incluant au moins un élément résistif plat noyé dans une première couche de résine thermoplastique prise en sandwich entre deux feuilles d'isolant électrique adhérant chacune à la première couche de résine thermoplastique, l'unité de chauffe étant liée à la plaque de chauffe par au moins une deuxième couche de résine thermoplastique.The present invention relates to a heating structure, in particular for household appliances, produced according to a sandwich structure externally limited by at least one heating plate and comprising a heating unit including at least one flat resistive element embedded in a first layer of thermoplastic resin. sandwiched between two sheets of electrical insulation each adhering to the first layer of thermoplastic resin, the heating unit being linked to the heating plate by at least one second layer of thermoplastic resin.
Une telle structure chauffante forme un élément chauffant plat décrit dans la demande de brevet français FR 92.00970 au nom de la même demanderesse. Une telle structure chauffante est plus particulièrement, mais non exclusivement, destinée à constituer l'élément de chauffe d'un fer à repasser qu'il soit à vapeur ou à sec, et à assurer la fonction prioritaire de chauffe pour le repassage, et la fonction secondaire éventuelle de génération de vapeur. Ces éléments chauffants peuvent également s'appliquer de manière non limitative à tout appareil électroménager nécessitant la fourniture d'énergie thermique, tel que des friteuses, des appareils à griller de toute sorte, des appareils de chauffage à panneau radiant ou à convection, ou encore à des générateurs de vapeur autonomes ou reliés à des fers à repasser ou encore à des bouilloires électriques, voire même à des cafetières électriques.Such a heating structure forms a flat heating element described in French patent application FR 92.00970 in the name of the same applicant. Such a heating structure is more particularly, but not exclusively, intended to constitute the heating element of an iron whether it is steam or dry, and to ensure the priority function of heating for ironing, and the possible secondary function of steam generation. These heating elements can also be applied without limitation to any household appliance requiring the supply of thermal energy, such as fryers, broilers of all kinds, radiant panel or convection heaters, or even autonomous steam generators or connected to irons or electric kettles, or even to electric coffee makers.
Parmi toutes les applications auxquelles il est fait référence précédemment, la structure chauffante est intégrée de manière avantageuse dans un fer à repasser du type à vapeur ou sec, et la présente invention concerne également directement un fer à repasser pourvu d'une telle structure chauffante.Among all the applications to which reference is made above, the heating structure is advantageously integrated in an iron of the steam or dry type, and the present invention also directly relates to an iron provided with such a heating structure.
Dans la demande de brevet FR-92.00970 mentionnée précédemment, la structure chauffante s'est avérée remplir de manière satisfaisante la fonction de chauffe qui lui a été dévolue, sans que l'on puisse noter, contrairement à ce que l'on aurait pu escompter, une détérioration de la tenue des différentes couches constituant la structure sandwich, et ce malgré les hautes températures de fonctionnement, dépassant couramment 180°Celsius.In the patent application FR-92.00970 mentioned above, the heating structure has been found to satisfactorily fulfill the heating function which has been assigned to it, without being able to note, contrary to what one might have expected. , a deterioration in the behavior of the various layers constituting the sandwich structure, despite the high operating temperatures, commonly exceeding 180 ° Celsius.
Dans cette réalisation, le recours à des résines thermoplastiques procure de nombreux avantages, notamment en matière de fabrication, de dissipation thermique, et de protection de l'élément résistif, et ce malgré les problèmes que l'on aurait pu supposer rencontrer à haute température de fonctionnement en raison de la réversibilité d'état des résines thermoplastiques soumises à de telles températures de fonctionnement.In this embodiment, the use of thermoplastic resins provides numerous advantages, in particular in terms of manufacturing, heat dissipation, and protection of the resistive element, and this despite the problems that one might have supposed to encounter at high temperature. due to the reversibility of state of thermoplastic resins subjected to such operating temperatures.
Les éléments chauffants plats conçu selon ce principe donnent en conséquence globalement satisfaction, mais il est apparu qu'en fonctionnement, de tels éléments chauffants pouvaient conduire à générer un courant de fuite à partir de la structure sandwich de l'élément chauffant. En effet, les épaisseurs des feuilles d'isolant électrique sont suffisamment faibles et peuvent conduire lorsque l'élément chauffant est alimenté, à la génération d'un champ électrique dans l'espace non conducteur compris entre les surfaces conductrices formées par l'élément résistif et les plaques de chauffe. Dans un tel cas, l'élément chauffant plat est assimilé à un condensateur fournissant un courant de fuite. La génération d'un courant de fuite même faible, doit être évitée et le courant doit de toute façon être maintenu en deçà d'une valeur autorisée par les normes admises dans le domaine technique considéré.The flat heating elements designed according to this principle therefore give overall satisfaction, but it appeared that in operation, such heating elements could lead to generating a leakage current from the sandwich structure of the heating element. In fact, the thicknesses of the electrical insulating sheets are sufficiently small and can lead, when the heating element is supplied, to the generation of an electric field in the non-conductive space comprised between the conductive surfaces formed by the resistive element and the heating plates. In such a case, the flat heating element is assimilated to a capacitor providing a leakage current. The generation of a leakage current, even a small one, must be avoided and the current must in any case be kept below a value authorized by the standards accepted in the technical field considered.
L'objet de la présente invention vise en conséquence à remédier aux problèmes mentionnés précédemment, et à fournir une structure chauffante haute température à structure sandwich dans laquelle l'étanchéité électrique est améliorée afin de réduire, voire supprimer complètement la génération d'un courant de fuite dans ladite structure chauffante.The object of the present invention therefore aims to remedy the problems mentioned above, and to provide a high temperature heating structure with a sandwich structure in which the electrical seal is improved in order to reduce, or even completely eliminate the generation of a current of leak in said heating structure.
Un autre objet de l'invention est de réaliser une structure chauffante dont la transmission thermique est améliorée et le coût réduit, tout en conservant une bonne tenue dans les temps de la structure chauffante.Another object of the invention is to provide a heating structure whose thermal transmission is improved and the cost reduced, while retaining good resistance over time of the heating structure.
Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'une structure chauffante notamment pour appareil électroménager, réalisée selon une structure sandwich limitée extérieurement par deux éléments rigides, dont l'un au moins forme une plaque de chauffe, ladite structure comportant une unité de chauffe incluant :
- au moins un élément résistif sensiblement plat et noyé dans une première couche de résine thermoplastique, prise en sandwich entre deux feuilles d'isolant électrique, respectivement une feuille supérieure et une feuille inférieure, ladite première couche de résine thermoplastique adhérant aux feuilles d'isolant électrique
- au moins une deuxième couche de résine thermoplastique pour assurer la liaison par adhérence entre la plaque de chauffe et l'unité de chauffe, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une feuille d'isolant électrique supplémentaire disposée entre la deuxième couche de résine thermoplastique et une couche intermédiaire d'un matériau adhésif assurant la liaison entre l'une des feuilles d'isolant électrique et la feuille d'isolant électrique supplémentaire.
- at least one substantially flat resistive element embedded in a first layer of thermoplastic resin, sandwiched between two sheets of electrical insulation, respectively an upper sheet and a lower sheet, said first layer of thermoplastic resin adhering to the sheets of electrical insulation
- at least a second layer of thermoplastic resin to ensure adhesion between the heating plate and the heating unit, characterized in that it comprises at least one additional sheet of electrical insulation placed between the second layer of thermoplastic resin and an intermediate layer of an adhesive material ensuring the connection between one of the sheets of electrical insulation and the sheet of additional electrical insulation.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront et ressortiront plus en détail, à partir de la description jointe ci-après, en référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple illustratif non limitatif dans lequel :Other features and advantages of the invention will become apparent and will emerge in more detail, from the description attached below, with reference to the appended drawing, given by way of nonlimiting illustrative example in which:
La figure 1 montre selon une coupe transversale un exemple préférentiel de structure chauffante conforme à l'invention.Figure 1 shows in a cross section a preferred example of a heating structure according to the invention.
La structure chauffante 1 conforme à l'invention et montrée à la figure 1 est du type haute température et réalisée selon une structure sandwich constituée de l'empilement d'une pluralité de couches limitées extérieurement par deux éléments diffuseurs de chaleur formant respectivement une plaque inférieure 2 et une plaque supérieure 3. Les températures couramment atteintes dans une telle structure dépassent 180°C ou 200 °C et de préférence même sont proches de 300°C. Les plaques 2, 3 peuvent être réalisées dans tous matériaux rigides ou souples utilisés couramment pour assumer une fonction de diffusion de chaleur, tels que l'acier inoxydable, l'acier doux, la céramique, les matières vitrocristallines et le verre par exemple, ainsi que l'aluminium, ce demier matériau étant particulièrement avantageux dans le cas d'une utilisation de la structure chauffante dans un fer à repasser. Les plaques 2, 3 peuvent également être réalisées en un même matériau ou au contraire en deux matériaux distincts selon les applications envisagées, et être d'épaisseur égale ou non. Dans la réalisation montrée à la figure 1, et dans le cas d'un montage de la structure chauffante dans un fer à repasser, la plaque 2 forme la semelle de repassage alors que la plaque 3 forme le fond de la chambre de vaporisation.The heating structure 1 according to the invention and shown in FIG. 1 is of the high temperature type and produced according to a sandwich structure consisting of the stack of a plurality of layers externally bounded by two heat diffusing elements respectively forming a
La structure chauffante comprend une unité de chauffe réalisée sous la forme d'un élément résistif 4 sensiblement plat, constitué d'une ou de plusieurs pistes s'étendant dans un même plan selon un trajet défini formant une série de boucles ou lacets entre les deux plaques 2, 3. De préférence l'élément résistif 4 et les boucles qu'il comporte, s'étendent dans le plan de symétrie longitudinal P de la structure chauffante 1. L'élément résistif 4 peut être réalisé en tous matériaux couramment utilisés en tant que piste chauffante tels que des alliages nickel-chrome ou bien de manière préférentielle à base de constantan. L'épaisseur et la longueur de l'élément résistif 4 varient selon la puissance électrique souhaitée. Avantageusement son épaisseur (I) est de 50 µm et pourra varier entre 20 à 100 µm par exemple ; sa largeur (L) est de 1mm et pourra varier entre 0.5 mm et 3 mm.The heating structure comprises a heating unit produced in the form of a substantially flat
La réalisation de la structure chauffante est complétée par l'insertion de l'élément résistif 4 dans une première couche de résine thermoplastique 5, recouvrant au moins les parties supérieures et inférieures de l'élément résistif 4. D'une manière classique, l'élément résistif 4 est pourvu d'un revêtement isolant électrique constitué d'une feuille supérieure 6a et d'une feuille inférieure 6b adhérant respectivement sur chacune des faces de la première couche de résine thermoplastique 5 et délimitant en conséquence l'unité de chauffe. Le matériau utilisé en tant que revêtement isolant électrique peut être choisi bien évidemment parmi tous les composants classiques utilisés à ce jour par l'homme du métier, en fonction des contraintes thermiques de la structure chauffante. Dans le cadre d'une utilisation de la structure chauffante pour un appareil électroménager, du type fer à repasser il est particulièrement avantageux d'avoir recours à un matériau isolant électrique choisi parmi les résines thermodurcissables, et de préférence parmi les résines polyimides ou les résines silicones. Avantageusement, toutes les feuilles d'isolant électrique 6a, 6b, sont réalisées dans le même matériau.The production of the heating structure is completed by the insertion of the
Le moyen de liaison assurant l'adhésion entre d'une part chacune des faces opposées respectives, 2b, 3a, des plaques inférieures et supérieures 2,3 et d'autre part les faces supérieures et inférieures des feuilles d'isolation électrique 6a, 6b, comporte au moins une autre couche de résine thermoplastique, formant ainsi respectivement une deuxième couche 7a dite supérieure, et une deuxième couche 7b dite inférieure.The connecting means ensuring adhesion between on the one hand each of the respective opposite faces, 2b, 3a, of the lower and
Selon l'invention, il est prévu pour améliorer l'isolation électrique de la structure chauffante, et réduire les courants de fuite, de déposer au moins une feuille d'isolant électrique supplémentaire 6c entre l'une des deuxièmes couches 7a ou 7b et la plaque associée 2, 3. Cette feuille supplémentaire 6c est associée à une couche intermédiaire 7c d'un matériau adhésif assurant la liaison entre la feuille d'isolant électrique 6a, 6b et la feuille supplémentaire 6c. L'épaisseur des feuilles d'isolant électrique 6a, 6b, 6c est comprise entre 15 µm et 100 µm, et de préférence égale à 25 µm.According to the invention, provision is made to improve the electrical insulation of the heating structure, and to reduce leakage currents, to deposit at least one additional sheet of electrical insulation 6c between one of the
Avantageusement, tel que montré à la Figure 1, la couche intermédiaire 7c s'étend du côté inférieur de la structure chauffante, c'est à dire entre l'élément résistif 4 et la plaque de chauffe 2 formant la semelle de repassage.Advantageously, as shown in Figure 1, the
Le matériau adhésif de la couche intermédiaire 7c peut être une colle silicone, ou de préférence une résine thermoplastique.The adhesive material of the
Dans les applications préférentielles conformes à l'invention, les liaisons respectives entre les plaques 2, 3 et les feuilles de revêtement d'isolation 6a, 6b, 6c sont constituées individuellement d'une seule et unique couche de résine thermoplastique.In the preferred applications according to the invention, the respective connections between the
Pour des raisons de constance de dissipation thermique à travers l'épaisseur de la structure sandwich, le matériau thermoplastique utilisé pour chacune des couches de résine thermoplastique, 7a, 7b,7c, 5, aura de préférence la même composition dans chacune des couches. Il est cependant envisageable de réaliser, chacune des couches dans des matériaux thermoplastiques différents, suivant le type de contrainte thermique auquel sera soumis la structure chauffante 1, ou bien encore de réaliser seulement la première couche de résine thermoplastique dans un matériau distinct des autres couches 7a, 7b, 7c. De manière avantageuse au moins les couches 7a, 7b, 7c, seront réalisées dans le même matériau, et de préférence également la première couche de résine 5. L'épaisseur de la couche intermédiaire 7c de résine thermoplastique et de la deuxième couche de résine thermoplastique 7a, 7b est comprise entre 10 µm et 100 µm, et de préférence sensiblement égale à 25 µm alors que la première couche de résine thermoplastique 5 est d'une épaisseur comprise entre 35 µm et 150 µm, et de préférence sensiblement égale à 100 µm.For reasons of constancy of heat dissipation through the thickness of the sandwich structure, the thermoplastic material used for each of the layers of thermoplastic resin, 7a, 7b, 7c, 5, will preferably have the same composition in each of the layers. It is however conceivable to produce, each of the layers in different thermoplastic materials, according to the type of thermal stress to which the heating structure 1 will be subjected, or alternatively to produce only the first layer of thermoplastic resin in a material distinct from the
Le choix de la résine thermoplastique dépend bien évidemment des contraintes thermiques subies par la structure chauffante et dans le cadre d'une application spécifique aux articles électroménagers et en particulier aux fers à repasser à vapeur, on choisira avantageusement le PFA (Perfluoroalkoxy) ou le PEEK (polyetherethercétone) pour réaliser chacune des couches de résine. Bien entendu suivant les contraintes thermiques devant être subies par la structure chauffante en fonction de l'utilisation prévue, d'autres matériaux thermoplastiques peuvent être envisagés, tels que le PTFE (polytétrafluoréthylène) ou encore le FEP (Tétrafluoréthylène Héxafluoropropylène - Nomenclature tirée des Editions WEKA tome 1) par exemple.The choice of the thermoplastic resin obviously depends on the thermal stresses undergone by the heating structure and within the framework of a specific application to household appliances and in particular to steam irons, we will advantageously choose PFA (Perfluoroalkoxy) or PEEK (polyetheretherketone) to make each of the resin layers. Of course, depending on the thermal constraints to be experienced by the heating structure depending on the intended use, other thermoplastic materials can be considered, such as PTFE (polytetrafluoroethylene) or FEP (Tetrafluoroethylene Hexafluoropropylene - Nomenclature taken from WEKA Editions volume 1) for example.
Il est également envisageable de simplifier la structure chauffante 1 conforme à l'invention, en supprimant, une couche de résine thermoplastique et par exemple la couche supérieure 7a. Dans une telle variante de réalisation, seule la plaque inférieure 2 assume une fonction de diffusion thermique spécifique, l'élément rigide 3 limitant en partie supérieure la structure chauffante 1 assumant une fonction principale mécanique de raidissement et accessoirement de diffusion thermique. L'élément rigide 3 repose directement sur la feuille supérieure 6a de revêtement isolant électrique, et peut être constitué d'une série de lames ou lamelles, espacées entre elles.It is also conceivable to simplify the heating structure 1 according to the invention, by eliminating a layer of thermoplastic resin and for example the
Selon la variante de réalisation préférentielle montrée à la Figure 1, le revêtement isolant électrique comprend une couche de tissu 10, de préférence de tissu de verre dont la trame est imprégnée par les couches de résine thermoplastique 5. L'isolation électrique est obtenue par la conjonction de la résine thermoplastique 5 et du tissu. Dans l'exemple montré à la Figure 1, la masse de résine thermoplastique est avantageusement constituée de trois couches de PEEK et d'une feuilles de tissu de verre 10 s'étendant sous l'élément résistif 4. La feuille de tissu 10 assure également une fonction mécanique d'entretoise dans la structure chauffante garantissant avec la résine thermoplastique un bon isolement électrique en cas de surchauffe des pistes de l'élément résistif 4. La présence d'au moins une feuille de tissu de verre facilite également l'obtention de la structure sandwich en évitant les effets de rétractation des couches de résine ce qui influe positivement sur la planéité du produit final. L'épaisseur des couches de résines 7a, 7b, 7c formant les moyens de liaison avec les plaques 2,3 est de préférence inférieure à celle de la feuille de tissu 10.According to the preferred variant of embodiment shown in FIG. 1, the electrical insulating coating comprises a layer of
La structure chauffante conforme à l'invention peut être réalisée selon le procédé d'obtention décrit dans la demande FR-92.00970 et son homologue EP-9342028.8, dont les descriptions sont considérées incorporées dans la présente demande.The heating structure according to the invention can be produced according to the process for obtaining described in application FR-92.00970 and its counterpart EP-9342028.8, the descriptions of which are considered to be incorporated into the present application.
Dans l'application préférentielle visée à savoir celle des fers à repasser de préférence à vapeur, l'épaisseur de chacune des couches de résine thermoplastique 7a, 7b, 7c, sera de préférence de l'ordre d'environ 25 microns, alors que l'épaisseur propre de l'élément résistif 4 sera de l'ordre de 50 microns (0.05 mm), l'épaisseur des feuilles isolantes électriques étant voisine de 25 microns (0.025 mm). L'épaisseur finale de la première couche 5 de résine thermoplastique est de l'ordre de 75 µm, après les étapes d'assemblage et de fusion des trois couches initiales de résine d'une épaisseur de 25 µm chacune. La couche 10 tissu de verre est comprise entre 40 et 100 µm, et de préférence sensiblement égale à 50 µm.In the preferred application, namely that of irons, preferably steam irons, the thickness of each of the layers of
Avantageusement les plaques supérieures et inférieures 2, 3, ainsi que le matériau thermoplastique seront choisis de manière à présenter des propriétés de dilatation thermique sensiblement identiques de manière à conserver un gradient de température sensiblement constant dans toute l'épaisseur de la structure sandwich.Advantageously, the upper and
Avantageusement également, les plaques inférieures et supérieures 2, 3 seront constituées de plaques métalliques en aluminium, l'élément résistif 4 étant de préférence réalisé en constantan alors que les trois feuilles de revêtement isolant électrique 6a, 6b, 6c seront constituées de trois couches de polyimide.Advantageously also, the lower and
La structure chauffante conforme à l'invention présente ainsi grâce à la présence avantageuse de plusieurs couches de résine thermoplastique, d'une part de bonnes propriétés de transmission de chaleur entre les différentes couches, et d'autre part également une bonne résistance aux chocs mécaniques et thermiques, et ce, tout en conservant de bonnes propriétés d'adhésion entre les différentes couches.The heating structure according to the invention thus has, thanks to the advantageous presence of several layers of thermoplastic resin, on the one hand good properties of heat transmission between the different layers, and on the other hand also good resistance to mechanical shocks and thermal, while retaining good adhesion properties between the different layers.
La réalisation d'une telle structure chauffante ne nécessite pas le recours à une infrastructure industrielle lourde et onéreuse, et le coût d'une telle structure chauffante peut être en conséquence sensiblement réduit. De la même manière, les propriétés diélectriques de la structure chauffante peuvent être améliorées et obtenues au moindre coût, en limitant les quantités des matériaux thermoplastiques utilisés pour former la première couche de résine 5. Il peut également être noté que la structure chauffante conforme à l'invention, et notamment le fer à repasser comprenant une telle structure chauffante présente des propriétés d'étanchéité à la vapeur remarquables obtenues à un moindre coût. La structure chauffante permet en outre une bonne maîtrise de la répartition thermique de la semelle du fer, que ce soit pour l'uniformiser ou pour créer des zones thermiques différenciées de température variable.The production of such a heating structure does not require the use of a heavy and expensive industrial infrastructure, and the cost of such a heating structure can consequently be substantially reduced. In the same way, the dielectric properties of the heating structure can be improved and obtained at the lowest cost, by limiting the quantities of the thermoplastic materials used to form the
Enfin on pourra noter que l'incorporation d'une structure chauffante conforme à l'invention dans la semelle de repassage d'un fer à repasser à vapeur, permet, grâce aux bonnes propriétés de dissipation thermique de l'ensemble chauffant, de monter la chambre de vaporisation directement au-dessus de la plaque supérieure de la structure sandwich. ll en résulte une grande simplification de l'agencement interne du fer à repasser influençant d'une manière positive le coût et la facilité de fabrication. La structure chauffante conforme à l'invention est incorporée de manière préférentielle dans un fer à repasser du type à vapeur, mais il est bien évident que son montage peut s'étendre à tout type de fer à repasser en général, et également à des récipients culinaires du type friteuses, à des appareils assurant une fonction de grillage, ou devant assurer la formation de vapeur, tels que des cafetières ou des bouilloires par exemple.Finally, it will be noted that the incorporation of a heating structure in accordance with the invention in the ironing soleplate of a steam iron, allows, thanks to the good heat dissipation properties of the heating assembly, to mount the vaporization chamber directly above the upper plate of the sandwich structure. This results in a great simplification of the internal arrangement of the iron, positively influencing the cost and the ease of manufacture. The heating structure according to the invention is preferably incorporated in an iron of the steam type, but it is obvious that its mounting can extend to any type of iron in general, and also to cooking vessels of the fryer type, to appliances ensuring a grilling function, or having to ensure the formation of steam, such as coffee makers or kettles for example.
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