EP1803326A1 - Element chauffant, notamment destine aux bouilloires - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un élément chauffant pour appareil électrique, comportant une enveloppe métallique creuse en un matériau bon conducteur thermique, tel l'aluminium ou le cuivre, à l'intérieur de laquelle est logé un fil résistif entouré d'isolant, ledit fil pouvant être alimenté en courant électrique, caractérisé en ce que l'enveloppe métallique présente une extension (10) s'étendant dans un plan et constituant une plaque de diffusion thermique.

Description

ELEMENT CHAUFFANT

La présente invention concerne le domaine des éléments chauffants de type blindés où un fil résistif est logé dans un tube métallique en étant entouré d'un isolant telle la magnésie. La présente invention est notamment relative à de tels éléments dans leur application à des fonds chauffants dits « cachés » pour appareils de cuisson électrique de type bouilloire, cafetière, ou appareils de cuisson de type mijoteurs, cuiseurs vapeur, etc.. La présente application vise également la réalisation de tels fonds chauffants. Les éléments chauffants et les fonds chauffants associés équipant les fers à repasser et les générateurs de vapeur entrent également dans le champ d'application de la présenté invention.

II est connu, dans de tels appareils, et notamment dans les bouilloires, l'utilisation d'une cuve en inox sur laquelle est rapporté, par brasage, un diffuseur en aluminium. Ce dernier comporte un élément chauffant tel que précédemment mentionné, également agencé par brasage.

Selon ce mode de réalisation, par les différentes étapes de brasage nécessaires, d'une part le contact thermique peut ne pas être satisfaisant, et d'autre part le prix de revient reste assez élevé.

Une amélioration de ce principe d'assemblage est proposée par le document GB 2 308 537 où le diffuseur possède une gorge de logement de l'élément chauffant, un resserrement de l'extrémité des parois de la gorge permettant la retenue de l'élément chauffant. Un brasage de l'élément chauffant dans la gorge est possible.

Si, certes, une telle disposition permet d'améliorer les contacts thermiques entre l'élément chauffant et le fond de cuisson, il n'en reste pas moins onéreux dans sa réalisation.

Un des buts de la présente invention est la réalisation d'un fond chauffant pour appareils électriques comportant un élément chauffant qui présente une très bonne transmission de chaleur entre l'élément chauffant et le fond chauffant, et qui présente une baisse significative des coûts de fabrication.

La présente invention est atteinte par un élément chauffant pour appareil électrique, comportant une enveloppe métallique creuse en un matériau bon conducteur thermique, tel l'aluminium ou le cuivre, à l'intérieur de laquelle est logé un fil résistif entouré d'isolant, ledit fil pouvant être alimenté en courant électrique, caractérisé en ce que l'enveloppe métallique présente une extension s'étendant dans un plan et constituant une plaque de diffusion thermique.

Ainsi, la présente invention se propose de supprimer le diffuseur thermique en tant que composant discret, en l'intégrant dans l'enveloppe de l'élément chauffant, réalisant un contact thermique parfait entre ces deux éléments.

L'enveloppe métallique creuse sera ainsi constituée en un matériau bon conducteur thermique, tel l'aluminium ou le cuivre ou un alliage comportant l'un de ces matériaux. Cette condition est d'autant plus nécessaire que le matériau sur lequel sera rapporté l'élément chauffant et son diffuseur est mauvais conducteur de chaleur.

Par ailleurs, afin de conférer une certaine tenue mécanique à la plaque de diffusion thermique, cette dernière présentera, avantageusement, une épaisseur supérieure à 0,5 mm.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément chauffant est de section initiale sensiblement circulaire, de diamètre extérieur D, et l'extension, constituant la plaque de diffusion, présente une largeur L au moins égale à 1 ,5 fois le diamètre extérieur D.

Un profil initial circulaire permet de limiter les frais d'investissement au niveau des machines pour la réalisation des éléments chauffants qui restent standards. Par ailleurs, il a été constaté que la plaque de diffusion n'apportait un réel effet que si elle s'étendait sur une largeur significative, en rapport avec le diamètre initial de l'élément chauffant. Selon un autre mode envisagé de réalisation de l'invention, l'élément chauffant est en forme de U ou de C et la surface de la plaque de diffusion est au moins égale à 40 % de la surface circonscrite à l'intérieur de l'élément chauffant, afin que cette surface joue pleinement son rôle de diffusion thermique.

Selon un mode préféré de mise en œuvre de l'invention, la plaque de diffusion thermique est issue d'une déformation mécanique d'une surépaisseur ménagée dans l'enveloppe métallique creuse.

Cette déformation mécanique, tel l'emboutissage, est une opération facilement automatisable et qui, d'ailleurs, constitue déjà une des étapes de fabrication des éléments chauffants du type précité. En changeant ainsi le profilé de départ présentant plus de matière, il est ainsi possible de réaliser cette plaque de diffusion thermique.

Le profil de l'enveloppe peut être de différentes formes. Une configuration originale se présente sous une forme elliptique, tel un suppositoire, du profil extérieur de l'enveloppe et de profil intérieur circulaire pour le logement du fil résistif, l'axe le plus important de l'ellipse étant horizontal. Sur cet axe est logé le surplus de matière pour la réalisation du diffuseur. La matière est ainsi « chassée » horizontalement, de part et d'autre de l'élément chauffant, ce qui permet de couvrir une surface importante. De plus, cette forme symétrique simplifie l'étape de compression.

Une autre configuration peut être utilisée. Elle consiste en une forme tubulaire de l'enveloppe métallique creuse, cette dernière présentant une embase constituant le surplus de matière pour la réalisation de la plaque de diffusion thermique. L'embase permet un bon appui de l'outil de compression.

Afin de rationaliser l'outil de production, avantageusement, l'enveloppe métallique est initialement circulaire en présentant une surépaisseur constante de son épaisseur. Le profil reste donc dans une configuration standard, seule l'épaisseur de l'enveloppe est légèrement plus importante. De préférence, cette épaisseur sera d'au moins 2 mm.

La déformation mécanique qui s'en suit permet alors un fluage de matière depuis l'épaisseur de l'enveloppe métallique, jusqu'au plan d'extension de la matière. L'enveloppe présente alors des différences d'épaisseur, l'épaisseur étant réduite au niveau du plan d'extension constituant la plaque de diffusion.

Selon un second mode de réalisation, la plaque de diffusion thermique est issue d'un moulage spécifique de l'enveloppe de l'élément chauffant. Cette variante de réalisation permet également la réalisation d'un diffuseur intégré, même si le coût d'obtention est légèrement plus élevé. Il peut également être envisagé de réaliser la plaque de diffusion par extrusion.

Par suite, la présente invention vise également la réalisation d'un sous- ensemble de chauffe pour un appareil électrique, comportant une plaque de chauffe dont l'une des faces est en contact avec une plaque de diffusion thermique d'un élément chauffant tel que précédemment décrit.

Selon une architecture préférée de mise en œuvre de l'invention, la plaque de chauffe est en un matériau mauvais conducteur thermique, tel un inox. De tels matériaux, notamment l'inox, sont maintenant couramment utilisés notamment en tant que surface de cuisson pour, entre autres, leur tenue à la corrosion et leur vieillissement.

De préférence, l'élément chauffant est rapporté sur la plaque de chauffe par brasure. Cette technique est couramment utilisée dans l'assemblage d'éléments chauffants sur fonds de chauffe et permet un bon contact thermique.

En variante plus économique, l'élément chauffant peut être rapporté sur la plaque de chauffe par des moyens mécaniques, tel le rivetage.

Selon l'un ou l'autre des modes de réalisation et de leurs variantes, la surface de la plaque de diffusion est avantageusement au moins égale à 65% de la surface de la plaque de chauffe, afin que le transfert thermique soit sensiblement homogène sur la plaque de chauffe.

D'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, en relation avec un exemple non limitatif de réalisation de la présente invention, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :

- la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une enveloppe d'un élément chauffant selon l'invention,

- la figure 2 présente un second mode de réalisation d'une enveloppe d'un élément chauffant selon l'invention,

- la figure 3 est une vue de face d'une enveloppe d'un élément chauffant selon le mode présenté figure 2, ainsi qu'une illustration de la mise en oeuvre de l'invention,

- la figure 4 présente une vue en perspective d'un élément chauffant selon le premier mode de réalisation de l'invention et d'une coupelle de chauffe,

- la figure 5 est une vue en perspective de l'élément chauffant selon le premier mode de réalisation de l'invention assemblé sur une coupelle de chauffe, - la figure 6 est une vue de dessous de l'élément chauffant et de son diffuseur intégré, dans le premier mode de réalisation de l'invention,

- la figure 7 est une vue en coupe selon A-A de la figure 6, légèrement en perspective.

- la figure 8 présente une vue en coupe d'un élément chauffant selon ^• la présente invention, dans une variante économique de réalisation.

La présente invention vise la réalisation d'un diffuseur thermique intégré à un élément chauffant. Ce dernier est un élément chauffant de type « blindé » comportant une enveloppe métallique creuse à l'intérieur de laquelle est logé un fil résistif chauffant.

La figure 1 représente une telle enveloppe d'un élément chauffant, selon un premier mode possible de réalisation de l'invention, où la section de l'enveloppe métallique creuse 2 n'est pas cylindrique, comme il est couramment réalisé, mais elliptique au niveau de l'enveloppe extérieure et cylindrique pour la partie creuse intérieure. Le cylindre intérieur présente ainsi un diamètre c. L'ellipse est caractérisée par ses deux axes, de longueur a et b. A titre d'exemple, la valeur de c est de 9 mm, la valeur de a est de 11 mm et la valeur de b est de 18 mm. Ainsi, par rapport à une forme cylindrique, la présente enveloppe dispose d'un surplus de matière localisé sur ses parties latérales, selon la disposition présentée figure 1. Par cette expression « surplus de matière », il faut entendre un excédent de matière par rapport à ce que l'homme du métier serait amené à proposer pour la réalisation d'une enveloppe d'élément chauffant « blindé », dans un souci économique d'utiliser la juste quantité de matière pour les fonctions recherchées. En l'occurrence, l'homme du métier utilise couramment des enveloppes tubulaires présentant un diamètre extérieur tel a et un diamètre intérieur tel c.

D'autres profils de l'enveloppe tubulaire peuvent être utilisés, dès l'instant où ils présentent un surplus de matière permettant un fluage significatif de ladite matière sous contrainte afin de réaliser un diffuseur thermique.

Ainsi, les figures 2 et 3 montrent un second mode de réalisation de l'invention, où le profil présenté par l'enveloppe 20 est de forme générale circulaire, de diamètre extérieur e et de diamètre intérieur d. Toutefois, en partie basse, l'enveloppe tubulaire 20 dispose d'une embase 21 , tel un socle. Par rapport à une forme complètement tubulaire, qui présenterait un diamètre extérieur e, la présente enveloppe, par cette embase 21 , présente ainsi un surplus de matière qui servira à la réalisation du diffuseur thermique lors de la compression par un outil adapté.

A titre d'exemple, ce profil présente un rayon de courbure de l'embase h de l'ordre de 6 mm, la largeur de l'embase g est de 17 mm. Le surplus d'épaisseur f au niveau de l'embase est de l'ordre de 1 mm.

Tel qu'il est couramment utilisé dans le domaine, l'élément chauffant comporte un fil résistif 5 centré dans la partie creuse de l'enveloppe métallique, ledit fil étant entouré d'isolant 7, tel qu'il est bien visible figure 7. Cet isolant est préférentiellement un isolant minéral, par exemple un oxyde telle la magnésie, l'alumine ou la zircone. Le nitrure de bore peut également être utilisé. Tel qu'il est visible sur la figure 4, l'élément chauffant 4 comporte également deux perles de bouchage 6 au travers desquelles sortent deux tiges de connexion électrique 8. Les premières étapes de réalisation de l'élément chauffant suivent une procédure classique consistant à disposer le fil résistif chauffant, la magnésie et les perles de bouchage dans l'enveloppe.

Par la suite, selon l'invention, il est réalisé un fluage du surplus de matière par un écrasement approprié à l'aide d'une presse, tel qu'indiqué figure 3, où l'outil de compression 22, par sa forme appropriée, vient déformer, par les contraintes B générées, l'embase de l'enveloppe métallique de manière à créer une étendue plane 10 par un fluage, selon C, du surplus de matière 21 , qui remplira les fonctions de diffuseur thermique. Cette opération peut être éventuellement réalisée en même temps que le compactage de la magnésie.

Cette opération peut être suivie de finitions. Selon l'exemple de réalisation proposé, tel que présenté sur les figures 4 et 5, l'élément chauffant et son diffuseur sont associés à un fond chauffant pour la réalisation d'une bouilloire électrique. Ainsi, la zone plane de diffusion thermique 10 est pliée en sa périphérie pour réaliser une jupe 12 qui viendra coiffer le fond chauffant 1.4 d'une coupelle de chauffe 16.

En variante de réalisation, le profilé de l'élément chauffant peut déjà être pourvu d'une zone plane de diffusion thermique, avant les étapes de réalisation de l'élément chauffant, provenant soit d'un emboutissage, soit d'un moulage spécifique.

Sur la figure 5 sont également visibles des plots filés 18 pour la tenue d'un régulateur thermique. Ces plots peuvent être réalisés par la technique enseignée par le brevet EP 0 895 828 au nom du présent déposant.

Le surplus de matière permet ainsi, après fluage, d'obtenir une surface plane relativement importante, comme en témoignent les figures 4 à 7. Ainsi, selon l'exemple proposé, la matière a pu être étendue sur plus de 30 mm depuis l'élément chauffant à proprement parler. Son épaisseur est de l'ordre de 1 ,5 mm.

Pour donner un bon ordre d'idée, le surplus de matière représente au moins sensiblement la même masse que la matière raisonnablement nécessaire pour la réalisation d'une enveloppe tabulaire selon un procédé classique.

La forme donnée au diffuseur dépend de la configuration de l'élément chauffant vis-à-vis du fond de chauffe. Dans le cas présenté, il a été choisi de privilégier l'homogénéité d'une zone spécifique du fond de chauffe. D'autres configurations peuvent bien entendu être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, un diffuseur en forme d'étoile ou présentant, pour le cas présent où l'élément chauffant est en arc de cercle, des ponts de matière entre les branches de l'élément chauffant, est également envisageable.

Selon l'exemple présenté, la surface du diffuseur couvre environ 65 % de la surface du fond chauffant, ce qui permet à ce dernier de présenter une bonne homogénéité en température, en évitant des points chauds trop élevés. Cette bonne homogénéité est suffisante lorsque le fond chauffant est destiné à une bouilloire où les mouvements de convection, relativement importants, permettent d'homogénéiser la température du liquide.

Toutefois, pour certaines configurations, il est nécessaire de proposer un diffuseur couvrant sensiblement toute la surface du fond chauffant. La technique décrite dans la présente invention permet de réaliser un tel agencement.

L'assemblage de l'élément chauffant et de son diffuseur intégré sur le fond chauffant peut être fait par brasage, collage, clinchage, ou, pour des raisons de coût, par rivetàge ou par vissage. D'autres techniques peuvent également être utilisées, telle la frappe à chaud.

Selon l'exemple proposé, le fond chauffant se présente sous la forme d'une coupelle 16 présentant un fond chauffant 14 et un rebord 19. Selon l'exemple proposé, le fond chauffant a un diamètre de l'ordre de 120 mm.

La figure 8 présente un mode de réalisation particulièrement économique où l'élément chauffant 40 comporte une enveloppe métallique de section circulaire de diamètre D, à l'intérieur de laquelle est centré un fil résistif 50 entouré d'isolant 70. La particularité de cet élément chauffant tient à l'épaisseur i de l'enveloppe métallique, supérieure aux épaisseurs habituelles, de telle manière que le surplus de matière ainsi réalisé permette par fluage, la réalisation de la plaque de diffusion.

Ainsi, lors de la compression, similaire à celle présentée figure 3, la partie basse de l'enveloppe va fluer sur les côtés pour réaliser la plaque de diffusion 100. De la sorte, l'épaisseur de l'élément chauffant va diminuer à ce niveau, alors qu'elle reste constante sur la partie haute du tube.

La plaque de diffusion 100 présente alors une épaisseur h, au moins égale à 0,5 mm, ainsi qu'une largeur L au moins égale à 1 ,5 fois le diamètre D initial du tube. Selon l'exemple proposé, l'enveloppe métallique présente un diamètre D de 11 mm, pour une épaisseur i initiale de 2 mm. Après fluage, la plaque de diffusion 100 présente une largeur de 18 mm.

Une telle configuration de départ permet ainsi de conserver une forme circulaire à l'enveloppe métallique, configuration standard de ces types d'éléments chauffants. Ceci limite donc l'investissement en machines pour la réalisation de tels éléments chauffants.

Ainsi, par la présente invention, on évite l'utilisation d'un diffuseur thermique spécifique en intégrant ce dernier, soit lors de la réalisation de l'enveloppe de l'élément chauffant, soit lors du procédé même de fabrication de l'élément chauffant. L'avantage économique est indéniable, et le contact thermique est excellent lorsque l'élément chauffant est rapporté sur une cuve ou un fond de chauffe.

La présente invention trouve son application dans de nombreux appareils, notamment les appareils de chauffage de liquide : bouilloires, cafetières, cuiseurs vapeurs, etc., mais également les appareils de type grills, barbecues, mijoteurs.

De plus, la présente application peut également être utilisée dans des cafetières à circulation d'eau qui utilisent, accolé à un élément chauffant, tel que présenté, un tube de circulation d'eau. Un tel sous-ensemble est rapporté sur un fond chauffant qui permet de maintenir la verseuse de la cafetière au chaud. En disposant le surplus de matière au niveau de l'élément chauffant et du tube de circulation d'eau, un fluage de la matière est alors possible pour parvenir à la présente invention. Le sous-ensemble peut également présenter, avant la réalisation de l'élément chauffant, une extension plane faisant office de diffuseur thermique.

Des applications dans les fers à repasser et les centrales vapeur sont également envisageables.

Claims

REVENDICATIONS

1. Elément chauffant (4, 40) pour appareil électrique, comportant une enveloppe métallique creuse (2, 20) en un matériau bon conducteur thermique, tel l'aluminium ou le cuivre, à l'intérieur de laquelle est logé un fil résistif (5, 50) entouré d'isolant (7, 70), ledit fil (5, 50) pouvant être alimenté en courant électrique, caractérisé en ce que l'enveloppe métallique (2, 20) présente une extension (10, 100) s'étendant dans un plan et constituant une plaque de diffusion thermique.

2. Elément chauffant (4, 40) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la plaque de diffusion thermique (10, 100) a une épaisseur supérieure à 0,5 mm.

3. Elément chauffant (40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (40) est de section initiale sensiblement circulaire, de diamètre extérieur D, et en ce que l'extension (100), constituant la plaque de diffusion, présente une largeur L au moins égale à 1 ,5 fois le diamètre extérieur D.

4. Elément chauffant (4, 40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4, 40) est en forme de U ou de C et en ce que la surface de la plaque de diffusion (10, 100) est au moins égale à 40 % de la surface circonscrite à l'intérieur de l'élément chauffant (4, 40).

5. Elément chauffant (4, 40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de diffusion thermique (10, 100) est issue d'une déformation mécanique d'une surépaisseur (21) ménagée dans l'enveloppe métallique creuse (2, 20).

6. Elément chauffant (4, 40) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la déformation mécanique est réalisée par emboutissage.

7. Elément chauffant (4) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le profil extérieur de l'enveloppe métallique creuse (2) est elliptique, et en ce que l'enveloppe présente un profil intérieur circulaire de logement du fil résistif (5), l'axe (b) le plus important de l'ellipse étant horizontal.

8. Elément chauffant (4) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'enveloppe métallique creuse (20) est tubulaire et présente une embase (21) constituant le surplus de matière pour la réalisation de la plaque de diffusion thermique (10).

9. Elément chauffant (40) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'enveloppe métallique est initialement circulaire en présentant une surépaisseur constante de son épaisseur.

10. Elément chauffant (40) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'épaisseur initiale (i) de l'enveloppe, avant déformation, est au moins de 2 mm.

11. Elément chauffant (4, 40) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque de diffusion thermique (10, 100) est issue d'un moulage spécifique de l'enveloppe (2, 20) de l'élément chauffant (4, 40).

12. Sous-ensemble de chauffe pour un appareil électrique comportant une plaque de chauffe (14) dont l'une des faces est en contact avec une plaque de diffusion thermique (10, 100) d'un élément chauffant (4, 40) conforme à l'une des revendications 1 à 11.

13. Sous-ensemble de chauffe selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la plaque de chauffe (14) est en un matériau mauvais conducteur thermique, tel un inox.

14. Sous-ensemble de chauffe selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4, 40) est rapporté sur la plaque de chauffe (14) par brasure.

15. Sous-ensemble de chauffe selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que l'élément chauffant (4, 40) est rapporté sur la plaque de chauffe (14) par des moyens mécaniques, tel le rivetage.

16. Sous-ensemble de chauffe selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que la surface de la plaque de diffusion (10, 100) est au moins égale à 65% de la surface de la plaque de chauffe (14).