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...1?8r:!fEC1,HOl,Í'T8I'IfEN(l\3 Al1X RESISTAlqC'ES CHAUFFANTES ELEO TRIQUES. -
La présente invention concerne les résistances chayu@ tes électriques, et s'applique en particulier aux éléments gaînes dans lesquels la résistance électrique est noyée dans une masse pacte, conductrice de la chaleur et électriquement isolante, e
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. mée dans une gaine métallique extérieure.
En général, la configuration de la gaine est fixée dans des limites relativement étroites, imposées par des considérations de fonctionnement et de prix de revient, et, parfois, par des limites d'encombrement. De sérieux-problèmes se posent alors à propos de la liberté et de la diversité, relatives auy calcul des éléments chauî- fants et au choix des matériaux qui les constituent. De tels pro- blêmes ont été particulièrement ardus à résoudre à propos des cui- sinières comportant des résistances relativement faibles ou relative- ment élevées.
Par exemple, pour réaliser des résistances toujours plu. élevées, avec, des configurations déjà imposées par d'autres condi- tions de fonctionnement,,on atteint le moment où le diamètre du fil est si faible, qu'il manque de rigidité mécanique pour être utilisé suivant'les techniques habituelles de fabrication et de manipulation-
Dans de telles conditions, le choix des matériaux est de plus en plus limité à :
ceux qui présentent les plus grandes résistivités, ,
Un, problème analogue se.-pose pour des résistances rela- tivement faibles, logées dans des gaine? dont ia tonne est détermi- née d'après les diverses conditions de fonctionnement. On sait que la résistance d'un élément hélicoïdal peut être diminuée par l'aug- mentation de sa section droite et la diminution de' sa longueur. Le. diamètre maximum d'un fil'enroulé hélicoèdalmeent, pour s'adapter dans une gaine de forme 'donnée, est bien entendu limité par diverses considérations de calcul et de fabrication;
par exemple, lorsque le diamètre du fil augmente, ce dernier devient de plus en plus rigide, et plus difficile à enrouler en hélice.
On a utilisé des résistances gainées, dans lesquelles la réistance est. constituée par une certaine longueur de fil drit, plein, disposée concentriquemet à la gaine, et l'on a trouvé qu de tels éléments conviennent aux cuisinières à résistances relative- ment faibles, puisque l'on peut y utiliser une longueur minimum de fil de diamètre relativement grand.
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Toutefois, dans la plupart des éléments de ce type, le diamètre nécessaire du fil est relativement petit par rapport au diamètre de la gaine, afin de réaliser la densité de courant désirée pour cette raison, la-distance radiale.entre la résistance et la gaî- ne, est, dans la plupart des cas, très grande, au point de vue gra- dient de température, dans la masse conductrice de la chaleur et électriquement isolante, enfermée entre la résistance et la gaine.
Le résultat.est que l'élément chauffant doit fonctionner à une tem- pérature plus élevée, pour que la gaine soit à la température voulue ce qui réduit la durée utile de la résistance.
On voit, d'après ce qui précède', qu'avec'un tel mode de construction et les formes utilisées jusqu'ici, la liberté et la. diversité de construction ont été gênées et limitées.
La'présente invention a pour objet une construction per- fectionnée de résistance gainée qui permet une liberté et une di- versité plus,grande de fabrication, ainsi qu'un choix plus étendu ' dans les matériaux constituant ces résistances, pour les cuisinières à fortes ou à faible résistances.
Pour les premières, on peut ainsi réaliser une rigidité mécanique et une robustesse plus grandes.
Pour les secondes, on diminue la chute de température entre la résistance chauffante et la gaine.
D'une manière générale, conformément à l'invention, un t élément gainé comporte une résistance chauffante à section droite tubulaire, ménageant ainsi un espace.interne tout le long de l'élé- ment, cet espace étant, de préférence, rempli d'une matière compacte électriquement isolante, avec ou sans propriétés de bonne conducti bilité de la chaleur. Cette résistance t bulaire est noyée dans une masse compacte électriquement isolante et thermiquement conductrice qui pst enfermée dans une gaine.
Pour de très faibles résistances, on utilise, de préfé rence, un tube droit, concentrique à la gaine. Comme le diamètre de celle-ci, pour une application donnée, est déjà fixée dans des limites Stroites par d'autres considérations de fabrication, on
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voit que la construction ci-dessus, conforme à l'invention, présente entre autres avantages, celui de provoquer une chute de température plus faible , que dans le cas d'un fil plein chauffant, puisque la surface chauffante est plus près de la gaine, que dans ce dernier cas.
Il en ,résulte que l'élément tubulaire peut fonctionner à une température plus faible, et avoir, par conséquent, une plus longue durée utile. pour des résistances plus élevées, l'élément. chauffant tubulaire est réalisé, de préférence, en.forme d'hélice, afin de pouvoir loger dans la gaine une plus grande longueur de résistance, pour une longueur axiale donnée. Avec cette formeen hélice, l'élé- ment chauffant est encore plus facilement logé près de la gaine, que dans le, .cas d'un élément droite.
Tandis que le fil, utilisé autre- fois pour constituer les grandes réswistance,s était mécaniquement faible, comme on l'a expliqué ci-dessus., l'élément tubulaire de l'invention permet d'obtenir une rigidité mécanique beaucoup plus grande, pour une section droite donnée; il enrésulte qu'on peut fabriquer des éléments chauffants de grande résistance, en utilisant: les procédés habituels de fabrication et de manipulation.
L'invention sera d'ailleurs bien comprise en se repor- tant à la description qui suit. et au dessin qui raccompagne à titre d'exemple non limitatif et dans lequel -la fig. 1 est une élévation, partie en coupe, d'un élément chauffant' gainé conforme à l'invention, et particulièrement utilisable dans les cuisinières à faibles résistances.
-la fig.2 est une vue fragmentaire, partie en coupe, d'un élément gainé conforme à l'invention, avec'résistance tubulaire enroulée en hélice, pour les cuisinières à résistances élevées ou moyennes.
-la fig.3 montre, à grande échelle, un fragment de la résista.; chauffante de la fig.2.
En se. reportant fig. 1, .on voit une gaine métalli une résistance tubulaire chauffante 2, concentrique à la gaine deux bernes 3 et 4, connectées aux extrémités de la résistance
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Celle-ci est noyée dans une masse compacte électriquement isolante et thermiquement conductrice 6, par exemple en magnésie, en alumjne, ou en d'autres matières ayant les mêmes propriétés pour l'applica- tion envisagée. Cette matière 6 est introduite sous forme de poudre ou de grains, et elle est rendue compacte de toute manière approprié par exemple par étirage et réduction du diamètre de la gaine, par laminage ou étampage.
On pourrait également utiliser des matières ne nécessitant pas d'être rendues compactes, comme, par exemple. des ciments à base d'alumine ou de magnésie, ou de corps équivalents.
La résistance 2 a une section droite creuse, annulaire ou autre, ménageant un espace intérieur 5 tout le long de la résis- tance* On le remplit, de,préférence d'une matière compacte électri- quement isolante 7. Bien que, danscertains cas, cette matière 7 ne soit pas nécessaire, il est préférable de l'utiliser dans la plu- part des cas, car, entré autres avantages, la matière 7 protège la surface interne de la .résistance tubulaire 2 contre les effets nui- sibles de'l'oxygénée de l'air et autres gaz auxquels cette surface serait, sans cela,.exposée.)En outre'; cette matière contribue à la rigidité et à la robustesse de l'élément chauffant.
,Il est''commode d'utiliser la magnésie pour constituer la matière 7, bien que l'on puisse aussi utiliser les matières 6, sans toutefois qu'il soit nécessaire que la matière 6 présente de bonne conductibilité thermique.
On rappellera que le diamètre final de la gaine est fixé dans des limitesassez étroites, imposées par la température de fonctionnement de cette gaine, la densité de courant dans la ré- sistance et l'encombrement.
On voit ainsi, qu'avec une résistance tubulaire droite, dans le cas de cuisinières à faibles résistances, la surface chauf- fante est plus voisine de la gaine qu'avec un fil plein droit ;, l'épaisseur radiale de la matière 6 étant plus faible dans le pre- mier cas que dans le second.
Bien entendu, la résistance tubulaire 2 pourrait ave
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une section droite elliptique, rectangulaire, triangulaire ou autre présentant un espace creux intérieur.
La construction selon figure 1 présente également l'a- vantage, dans certains types de cuisinières électriques à grandes ,résistances, qu'ellepeut être utilisée, au lieu du fil plein enroulé en hélice. En effet, d'une manière générale, la matière 6 est comprimée par laminage ou étampage, ce qui allonge la gaine et di- minue son diamètre.. Non seulement les effets de ce laminage sur le .,,fil enroulé en hélice, sont très difficiles à calculer, mais ils varient d'une' opération à l'autre, par suite de la complexité de la défommation de l'hélice et de la variation dé résistance du fil, pendant ce laminage qui' ;rend la masse 6 compacte.
La construction suivant figure 1 rend plus uniforme la variation de la résistance lors de la réduction en diamètre et de l'allongement de la gaine; on peut donc-la prévoir et la contrôler plus aisément.
Les figures 2 et 3 .correspondent à une variante de l'in- vention, particulièrement applicables aux cuisinières à grandes et moyennes résistances, selon laquelle l'élément chauffant 8 est cons- titué par un tube enroulé en hélice, ménageant un espace creux in- térieur. 11. Cette hélice de résistance tubulaire est logée axialement dans une gaine 10, avec interposition de la masse 9, correspondant à la masse 6, ci-dessus.
L'espace intérieur 11 est rempli d'une matière 12, triquement isolante, de préférence rendue compacte par laminage ou étampage élec-
Il est avantageux dépendre la matière 12 compacte avant, la mise ne hélice du conducteur creux 8, bien que d'autres @ puissent être méth
Dans certains cas, 3:1-peut ne pas être nécessaire de
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.:.dre compao,e la ..matière 12, mais il est cependant préférable - utilisées. faire, pour des raisons de rigidité et de robustesse de l'éi sans affecter la facilité que présente le tube 8 d'être conforr:... manièr*s diverses.
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On voit donc que, selon la présente variante, on peut fabriquer des éléments de résistances élevées, pour tout diamètre donné du tube 8,-et, pour toute résistance donnée, que l'on peut obtenir un plus grand diamètre extérieur, avec de meilleurs carac-
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téristiq1es'mécaniq1qµ.
En outre, l'invention permet un plus grand choix dans les matériaux à utiliser, car pour un diamètre donné du.conducteur résistance et' la valeur de la résistance désirée, on peut utiliser 'un matériau de faible résistivité, sans avoir à diminuer le diamètre extérieur du conducteur et sans affecter sensiblement la,rigidité mécanique de l'ensemble.
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The present invention relates to electric chayu @ tes resistors, and applies in particular to sheath elements in which the electric resistance is embedded in a compact mass, conductive of heat and electrically insulating, e
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. mée in an outer metal sheath.
In general, the configuration of the sheath is set within relatively narrow limits, imposed by considerations of operation and cost, and, sometimes, by size limits. Serious problems then arise in connection with freedom and diversity, relating to the calculation of the heating elements and to the choice of the materials which constitute them. Such problems have been particularly difficult to resolve in connection with cookers having relatively low or relatively high resistances.
For example, to achieve always greater resistances. high, with configurations already imposed by other operating conditions, the moment is reached when the diameter of the wire is so small that it lacks mechanical rigidity to be used according to the usual manufacturing techniques and handling-
Under such conditions, the choice of materials is increasingly limited to:
those with the greatest resistivities,,
A similar problem arises for relatively low resistances housed in sheaths? of which the ton is determined on the basis of various operating conditions. It is known that the resistance of a helical member can be decreased by increasing its cross section and decreasing its length. The. maximum diameter of a helically wound wire, to fit into a sheath of given shape, is of course limited by various design and manufacturing considerations;
for example, when the diameter of the wire increases, the latter becomes more and more rigid, and more difficult to wind in helix.
Sheathed resistors were used, in which the resistor is. formed by a certain length of straight, solid wire, arranged concentrically with the sheath, and it has been found that such elements are suitable for cookers with relatively low resistance, since a minimum length of wire of relatively large diameter.
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However, in most elements of this type, the required wire diameter is relatively small compared to the diameter of the sheath, in order to achieve the current density desired for this reason, the radial distance between the resistor and the sheath. - ne, is, in most cases, very large, from a temperature gradient point of view, in the heat-conducting and electrically insulating mass, enclosed between the resistance and the sheath.
The result is that the heating element must operate at a higher temperature, in order for the sheath to be at the desired temperature, which reduces the useful life of the resistor.
We see, from the above ', that with' such a method of construction and the forms used so far, freedom and. construction diversity were hampered and limited.
The object of the present invention is an improved construction of sheathed resistance which allows greater freedom and diversity of manufacture, as well as a wider choice in the materials constituting these resistances, for cookers with heavy loads. or low resistance.
For the former, it is thus possible to achieve greater mechanical rigidity and robustness.
For the seconds, the temperature drop between the heating resistor and the sheath is reduced.
In general, in accordance with the invention, a sheathed element comprises a heating resistor with a tubular cross section, thus leaving an internal space all along the element, this space being preferably filled with 'a compact electrically insulating material, with or without good heat conductivity properties. This t bular resistor is embedded in a compact electrically insulating and thermally conductive mass which pst enclosed in a sheath.
For very low resistances, a straight tube is preferably used, concentric with the sheath. As the diameter of the latter, for a given application, is already fixed within strict limits by other manufacturing considerations, we
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sees that the above construction, according to the invention, has among other advantages, that of causing a lower temperature drop, than in the case of a solid heating wire, since the heating surface is closer to the sheath , than in the latter case.
As a result, the tubular member can operate at a lower temperature, and therefore have a longer useful life. for higher resistances, the element. Tubular heater is preferably made in the form of a propeller, in order to be able to accommodate in the sheath a greater length of resistance, for a given axial length. With this helical shape, the heating element is even more easily accommodated near the sheath, than in the case of a straight element.
While the wire, formerly used to constitute the large resistors, was mechanically weak, as explained above., The tubular element of the invention makes it possible to obtain a much greater mechanical rigidity, for a given straight section; as a result, high resistance heating elements can be manufactured using: the usual manufacturing and handling processes.
The invention will moreover be well understood by referring to the description which follows. and to the accompanying drawing by way of nonlimiting example and in which FIG. 1 is an elevation, partly in section, of a sheathed heating element according to the invention, and particularly useful in low-resistance cookers.
FIG. 2 is a fragmentary view, partly in section, of a sheathed element according to the invention, with tubular resistance wound in a helix, for cookers with high or medium resistance.
-the fig.3 shows, on a large scale, a fragment of the resista .; heater in fig. 2.
In itself. reporting fig. 1,. We see a metallic sheath a tubular heating resistor 2, concentric with the sheath two bernes 3 and 4, connected to the ends of the resistor
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The latter is embedded in an electrically insulating and thermally conductive compact mass 6, for example of magnesia, aluminum, or other materials having the same properties for the envisaged application. This material 6 is introduced in the form of powder or grains, and it is made compact in any suitable manner, for example by stretching and reducing the diameter of the sheath, by rolling or stamping.
It would also be possible to use materials which do not need to be made compact, such as, for example. cements based on alumina or magnesia, or equivalent bodies.
Resistor 2 has a hollow cross section, annular or the like, providing an interior space 5 along the length of the resistor. It is preferably filled with a compact electrically insulating material 7. Although, in some cases this material 7 is not necessary, it is preferable to use it in most cases, since, among other advantages, the material 7 protects the inner surface of the tubular resistor 2 against the harmful effects of 'the oxygenated air and other gases to which this surface would otherwise be exposed.) Further'; this material contributes to the rigidity and robustness of the heating element.
It is '' convenient to use magnesia to constitute the material 7, although it is also possible to use the materials 6, without, however, it being necessary for the material 6 to have good thermal conductivity.
It will be recalled that the final diameter of the sheath is set within fairly narrow limits imposed by the operating temperature of this sheath, the current density in the resistance and the size.
It can thus be seen that with a straight tubular resistance, in the case of low resistance cookers, the heating surface is closer to the sheath than with a straight solid wire;, the radial thickness of the material 6 being weaker in the first case than in the second.
Of course, the tubular resistor 2 could ave
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an elliptical, rectangular, triangular or other cross section having an interior hollow space.
The construction according to figure 1 also has the advantage, in certain types of electric cookers with large resistances, that it can be used, instead of the solid wire wound in a helix. In general, the material 6 is compressed by rolling or stamping, which elongates the sheath and reduces its diameter. Not only are the effects of this rolling on the helically wound wire. very difficult to calculate, but they vary from one operation to another, owing to the complexity of the defomation of the helix and the variation in resistance of the wire, during this rolling which makes the mass 6 compact .
The construction according to FIG. 1 makes the variation in resistance during the reduction in diameter and the elongation of the sheath more uniform; it can therefore be predicted and controlled more easily.
Figures 2 and 3 correspond to a variant of the invention, particularly applicable to large and medium resistance cookers, according to which the heating element 8 is constituted by a tube wound in a helix, leaving a hollow space in - exterior. 11. This tubular resistance helix is housed axially in a sheath 10, with the interposition of the mass 9, corresponding to the mass 6, above.
The interior space 11 is filled with a material 12, trially insulating, preferably made compact by rolling or electric stamping.
It is advantageous to depend on the compact material 12 before setting the helix of the hollow conductor 8, although others may be meth
In some cases 3: 1-may not be necessary to
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.:. dre compao, e the ..material 12, but it is however preferable - used. to do, for reasons of rigidity and robustness of the éi without affecting the facility which the tube 8 presents to be conform: ... various manièr * s.
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It can therefore be seen that, according to the present variant, it is possible to manufacture high resistance elements, for any given diameter of the tube 8, and, for any given resistance, that it is possible to obtain a larger external diameter, with better charac-
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teristiq1es'mécaniq1qµ.
Furthermore, the invention allows a greater choice in the materials to be used, since for a given diameter of the conductor resistance and 'the value of the resistance desired, one can use' a material of low resistivity, without having to reduce the resistance. outer diameter of the conductor and without significantly affecting the mechanical rigidity of the assembly.