EP2048912A1 - Four electrique a plaques de verre radiantes - Google Patents

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EP2048912A1
EP2048912A1 EP08159558A EP08159558A EP2048912A1 EP 2048912 A1 EP2048912 A1 EP 2048912A1 EP 08159558 A EP08159558 A EP 08159558A EP 08159558 A EP08159558 A EP 08159558A EP 2048912 A1 EP2048912 A1 EP 2048912A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oven
resistive
furnace
layer
emissivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08159558A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Françoise MENNECHEZ
Michael Bourgeois
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP2048912A1 publication Critical patent/EP2048912A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24CDOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00Stoves or ranges heated by electric energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24CDOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/04Stoves or ranges heated by electric energy with heat radiated directly from the heating element
    • F24C7/046Ranges
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0033Heating devices using lamps
    • H05B3/0071Heating devices using lamps for domestic applications
    • H05B3/0076Heating devices using lamps for domestic applications for cooking, e.g. in ovens
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H05B3/265Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an inorganic material, e.g. ceramic
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/84Heating arrangements specially adapted for transparent or reflecting areas, e.g. for demisting or de-icing windows, mirrors or vehicle windshields
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013Heaters using resistive films or coatings

Definitions

  • the present invention relates to the field of domestic cooking appliances and more particularly electric ovens.
  • the interior of the furnace is made up of five sides: a bottom, two walls of sides, a high wall called vault and a low wall, called sole.
  • a typical electric furnace comprises as heating elements a roof strength, a hearth resistance and possibly a grill resistance.
  • the different resistances can be activated alone or in combination, the adjustment of their power is usually done by means of a switch, whose different positions can ensure the choice of preheating functions, grilling or cooking at different speeds, for example soft, medium or strong.
  • a thermostat adjusts the cooking temperature to the desired value.
  • the adjustment range is generally wide from 90 to 150 ° C up to 250 ° -260 ° C or even higher, for example up to 285 ° C or more for a pizza function, so as to achieve the conditions of optimal cooking for all the different possible preparations.
  • the oven operates on the principle of natural convection or forced on some models.
  • the air of the enclosure is heated by the resistances of vault and sole and circulates naturally in the enclosure.
  • the main advantage of this type of cooking is that the cooking takes place in a closed atmosphere, without the addition of outside air, thus allowing to keep the preparations all their softness (limitation of the evaporation, therefore of the drying up) .
  • the enamel is ultra-smooth and can withstand temperatures above 500 ° C.
  • the cleaning is obtained by pyrolysis, bringing the inside of the oven to 500 ° C.
  • the present invention relates to an oven for solving or at least substantially reduce the previous problems characterizing conventional convection ovens.
  • the present invention relates to an electric furnace, comprising in its inner part at least one heating element with a substantially radiative component serving as oven resistance, comprising at least one thermally and mechanically resistant glass sheet, covered with a transparent thin layer resistive and low-emissivity in which the electricity passing through it is converted into heat by Joule effect, said layer being configured so that the power flux-density released by the element is between 3 000 W / m 2 and 10 000 W / m 2 , under a voltage of 220 volts.
  • the radiative component heating element may be at least partly the oven hearth resistance, the heating element being disposed in the oven so that the low emissivity resistive layer is turned away from the oven cavity .
  • the radiative component heating element may also be at least partly the vault strength of the furnace, the heating element being disposed in the furnace such that the low emissivity resistive layer is turned away from the cavity of the furnace. oven.
  • the side walls of the furnace and possibly the bottom of the furnace consist at least partly of plates comprising a thermally and mechanically resistant glass sheet, covered with a low-emissivity thin layer, said layer being turned away from the internal cavity of the oven.
  • the low-emissivity thin layers covering the side plates are also resistive, so that the electricity that passes through them is converted into heat by the Joule effect.
  • the oven according to the invention is transparent and consists of a first chamber defining with the door of said oven its internal cavity.
  • This first chamber is obtained by the assembly of radiative component heating elements as previously described.
  • a second enclosure consisting of glass plates, optionally coated with a low layer emissivity on at least a portion of their face turned towards the inside of the furnace, surrounds the first enclosure. Said first and said second enclosure are held together and remotely by means of connection and spacing.
  • the square resistance of the resistive layers is between 2 and 30 ⁇ / ⁇ .
  • the thickness of the resistive layers is between 10 and 2000 nanometers, preferably between 100 and 1000 nm.
  • the resistive layer is, for example, an infrared reflecting low-emissivity layer of tin oxide type doped with antimony or with fluorine or indium oxide doped with tin.
  • the glass plate is typically constituted by a thermally resistant glass and whose electrical conductivity is less than 0.1 ⁇ / ⁇ at the operating temperature of the heating element, preferably borosilicate-based glasses or vitro-ceramics or alkaline earth soda-lime glasses of composition adapted to high temperature use such as Safe® glass marketed by the applicant.
  • the glass compositions are for example of the silico-soda-lime type.
  • the expression silico-soda-lime is used here in the broad sense and concerns any glass composition consisting of a glass matrix which comprises the following constituents (in percentage by weight): SiO 2 64 - 75% Al 2 O 3 0 - 5% B 2 O 3 0 - 5% CaO 5 - 15% MgO 0 - 10% Na 2 O 10 - 18% K 2 O 0 - 5% BaO 0 - 5%
  • compositions adapted to the present invention have the following mass proportions. SiO 2 58-76% B 2 O 3 3-18% Al 2 O 3 4-22% MgO 0-8% CaO 1-12% SrO 0-5% BaO 0-3% and more particularly : SiO 2 58-70% B 2 O 3 3-15% Al 2 O 3 12-22% MgO 0-8% CaO 2-12% SrO 0-3% BaO ⁇ 0.5%
  • compositions have expansion coefficients of less than 35 ⁇ 10 -7 / ° C., and a lower annealing temperature of greater than 650 ° C.
  • Eagle 200® glass sold by Corning Inc. is an example of this family of glasses.
  • the glasses containing boron have a thermomechanical resistance capable of rendering them usable for the present application: SiO 2 78-86% B 2 O 3 8-15% Al 2 O 3 0, 9-5% MgO 0-2% CaO 0-1.5% Na 2 O 0-3% K 2 O 0-7%
  • compositions are the Pyrex ® marketed by Corning Inc.
  • the glass sheets are further quenched in order to improve their resistance to thermal shocks.
  • the device is configured according to the present invention to be connected to the sector by means of electrically conductive bands of the current, in intimate electrical contact with the resistive layer.
  • Various hot plates according to the invention made in a Safe® glass marketed by the company Saint Gobain Glass France and coated with a layer 8 of fluorine-doped tin oxide F (SnO 2 : F), of variable thickness, typically between 100 and 1000 nm, were synthesized according to techniques of the art.
  • the layer 8 is deposited, for example by CVD, on the hot substrate, in order to improve the temperature resistance of the heating plate finally obtained.
  • the resistive layers 8 of SnO 2 : F according to their position in the furnace as will be described later, have a square resistance ranging between 2 and 30 ⁇ / ⁇ approximately.
  • the figure 1 discloses a heating resistive plate 5 thus formed which can be connected via conductive strips 6 and connection means 7 to a power supply network at 220 volts, then having a pfd greater than 3000 W / m 2 .
  • the conductive strips 6 are arranged along the vertical edges of the glass plate 9 and constitute bus supply of the current to the resistive layer 8.
  • a connection wire 7 In the lower part of each strip is disposed a connection wire 7 to the network 220 volts.
  • the mode of figure 1 is purely illustrative and variants would not be outside the scope of the invention, in particular associating one or more resistive layers distributed on the glass plate in different electrical resistance zones arranged either in series or in parallel, for example according to the principles described in the patent EP 878 980 B1 . Each zone can be characterized by a clean power, as will be described later.
  • the arrival of the current is effected by means of two conductive copper lines screen-printed or glued, placed in close electrical contact with the resistive layer of SnO 2 : F.
  • the electrodes thus formed can also be positioned under the conductive layer. Complementary copper lines of the same type may be deposited at the interior of this gap, then allowing, by an appropriate connection, to connect in series the resistors corresponding to the surfaces thus delimited by the different resistive zones.
  • the resistive layers according to the invention behave as electrical resistances whose value depends on the ratio of their dimensions.
  • the resistive layer heats up when it is energized by the Joule effect, and, by conduction, also heats the glass plate.
  • the surface of the glass, opposite to the layer, is electrically insulating.
  • the plate thus obtained is characterized by a low emissivity and a high reflectivity in the infrared and glass side by a high emissivity in the thermal infrared (wavelength of 5 to 20 ⁇ m), as will be explained further in the description.
  • FIG 2 schematically shows a sectional view and elevation of a radiative heating component furnace according to the invention.
  • the oven 11 comprises an inner part or muffle 12 itself composed of a bottom 13, two side walls 14 and 15, a roof 16 and a floor 17.
  • a door, known technology (not shown on the figure 2 ) allows the closure and insulation of the internal cavity 12 according to the means conventionally used.
  • the bottom 13, the walls 14 and 15, the roof 16 and the floor 17 are formed over most of their surface by heating plates numbered 55, 54, 53, 52 and 51 respectively on the figure 2 . These plates all incorporate an optionally tempered glass sheet 9 coated on one side with a resistive layer 8, as described in connection with the figure 1 .
  • the plates 51 to 55 are arranged in the enclosure of the furnace so that their resistive layer 8 is turned away from the internal cavity 12 of the furnace 11, that is to say that their glass face constitutes the inner element of the wall of the cavity 12, such as that this is illustrated on the figure 1 .
  • the material is furthermore also chosen sufficiently flexible and flexible to withstand the expansion and possible deformations of the glass plates, under the effect of temperature.
  • the set of elements forming the internal cavity is insulated and insulated by insulating plates 19 made of a material known in this function, a metal casing 20 covering said insulation.
  • the casing 20 is for example a steel formwork for a built-in oven or an external metal casing coated with enamel, in the case of an autonomous furnace.
  • the plates 51 and 52 are connected via conductive strips and connection means to a 220-volt power supply network.
  • the surface and the thickness of the layers 51 and 52, as well as the shape and the number of said layers on the glass support 9, are calculated or adjusted, for example by cooking aptitude tests, for that the power radiated by each of the two panels is adapted to any type of cooking.
  • the adjustment and homogeneity of the temperature in the cavity can be advantageously controlled in an oven according to the present invention very effectively by modulating the radiated power, in particular by acting on the intensity of the current flowing in the resistive layer.
  • the volume of the internal cavity of a domestic oven according to the invention is of the order of 40 to 50 dm 3 .
  • the total power radiated by the resistive layer disposed in the vault is of the order of 800 to 1200 Watts and the total power radiated by the resistive layer disposed in the sole is of the order of 1200 to 1600 Watts.
  • Wall elements 53 and 54 and possibly bottom 55 may also be connected via conductive strips to the electricity network. This configuration advantageously makes it possible, on the one hand, to further regulate the homogeneity of the temperature within the cavity of the oven, but also to allow grilling and / or roasting functions without having to open the oven door frequently, in particular to return the meat or put it to the boil.
  • the elements 52 at 55 are only in the form of a glass plate provided with a low emissivity layer, on the face opposite the cavity 12, without means of connection to the network.
  • each face is proportional to their respective emissivities, it follows that the behavior of the two faces of the elements 51 and 52, possibly elements 53 to 55, is thus strongly dissymmetrical from the point of view of the radiation emitted by the glass. This advantageously leads to the great majority of thermal radiation being emitted by the heating elements towards the interior of the cavity 12.
  • the elements 53 to 55 When they are not connected to the network, the elements 53 to 55 also make it possible, by virtue of the low emissivity character of the SnO 2 : F layer covering them, to confine most of the radiation in the cavity of the furnace, by reflecting most of the radiation to the inside of it.
  • this layer property 8 combined with their positioning on the plates 5 opposite the cavity 12, furthermore makes it possible to minimize the required thickness of the heat-sealing insulating layer 19, especially at the level of the walls of the vault and sole and consequently reduce the total size of the oven and / or increase the useful volume of the oven for cooking, that is to say the volume defined by the muffle.
  • the present oven also allows extremely easy cleaning of the walls constituting the cavity of the oven, since these are essentially made of glass.
  • the resistive layers 8 of the various heating plates 5 are arranged on the side of the insulation 19 and are therefore not accessible to the user via the inside of the oven, which allows on the one hand to eliminate the problem of cleaning of conventional resistors, unresolved to date, and on the other hand compliance with current electrical safety standards.
  • the figure 3 illustrates, in a front elevational view, another embodiment of the invention wherein the inner and outer walls of the furnace are made entirely of glass, so as to make it transparent.
  • the furnace muffle consists entirely of glass plates.
  • the plates 51 to 55 used all incorporate a glass sheet 9 coated, on the side facing away from the internal cavity 12, with a resistive layer 8.
  • the plates 51 to 55 may be bonded together by any material known for this purpose and resistant to temperature.
  • the glass plates 51 to 55 are surrounded by a second glass enclosure constituted by the assembly of plates 61 to 65. These plates are made integral with the plates 51 to 55 and maintained at a distance that may range from a few mm to a few cm from the latter by means of spacing and connecting means such as glass studs 30 of cylindrical shape distributed over all the surfaces of the plates.
  • the enclosure constituted by the plates 61 to 65 constitutes in this mode the outer envelope of the oven.
  • the plates 61 to 65 are coated with a low emissivity layer 31 of the type previously described on their entire face turned towards the inside of the oven. These low-emissivity layers make it possible to reflect the infrared radiation coming from the cavity 12 and to confine the heat in the space 32 delimited between the plates 51-55 and the plates 61-65, while maintaining the outer glass walls of the oven at an acceptable temperature, that is to say below 100 ° C and preferably of the order of 60-70 ° C.
  • means for circulating and discharging the hot air included in the space 32 may be provided.
  • the hot air of the space 32 is continually set in motion and discharged by means of a turbine generally placed on the upper wall of the oven.
  • the embodiments given here by way of illustration may give rise to any desirable modification, in particular with regard to the power, size or aesthetics of the present device, in particular by acting on the dimensions and the location of the plates. glass heaters, the arrangement of resistive layers on the glass plates, the thickness and the square resistance of the resistive layers, etc.
  • the heating plates according to the invention have emission temperatures of up to 300 ° C, which has the advantage of a high efficiency of obtaining radiation in the thermal infrared, which can go up to at 60 or even 70 or even 80% depending on the geometry of the panel considered, the energy radiated per unit area or emittance being proportional to the power fourth of the superficial temperature of the heating body.
  • the operation of the present system is provided by conductive heat transfer between the resistive layer and the glass plate.
  • the emission of infrared radiation is mainly on the side of the glass face, most of the infrared radiation is distributed to the room to be heated.
  • the present heating plates by virtue of the specific properties in emissivity and reflectivity of these two main components (resistive layer and glass plate) previously described, allows an improved homogeneity of the surface temperature of the walls in vault and floor of the emitting glass face, and this on the entire surface of the glass plate ultimately resulting in greater homogeneity of the cooking.

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Abstract

L'invention se rapporte à un four électrique (11), comprenant dans sa partie interne au moins un élément chauffant à composante radiative (5) faisant office de résistance du four, comprenant au moins une feuille de verre (9) thermiquement et mécaniquement résistante, recouverte d'une couche mince transparente résistive et à basse émissivité (8) dans laquelle l'électricité qui la traverse se transforme en chaleur par effet Joule, ladite couche (8) étant configurée de telle sorte que la puissance surfacique dégagée par l'élément (5) est comprise entre 3 000 W/m 2 et 10 000 W/m 2 .

Description

  • La présente invention concerne le domaine des appareils de cuisson domestiques et plus particulièrement les fours électriques.
  • Les fours électriques domestiques actuellement utilisés fonctionnent pour leur majorité selon le principe de la convection pour assurer la cuisson des aliments. Plus particulièrement, la préparation de plats dans les fours ordinaires comprend des processus de rôtissage, de cuisson à petit feu ou de grillade. Traditionnellement, le compartiment de cuisson est chauffé à une température donnée par un système de résistances de forme tubulaires qui se trouvent respectivement dans les parties supérieures et inférieures du four.
  • Plus précisément, l'intérieur du four, appelé moufle, est constitué de cinq côtés : un fond, deux parois de côtés, une paroi haute appelée voûte et une paroi basse, appelée sole. Un four électrique typique comprend comme éléments de chauffe une résistance de voûte, une résistance de sole et éventuellement une résistance de grill. Les différentes résistances peuvent être activées seules ou en combinaison, le réglage de leur puissance se faisant généralement au moyen d'un commutateur, dont les différentes positions permettent d'assurer au choix des fonctions de préchauffage, de grill ou de cuisson à différentes allures, par exemple douce, moyenne ou forte.
  • Un thermostat permet de régler la température de cuisson à la valeur désirée. La plage de réglage est généralement large depuis 90 à 150°C jusqu'à 250°-260°C voire même supérieure, par exemple jusqu'à 285°C voire plus pour une fonction pizza, de façon à atteindre les conditions de cuisson optimales pour toutes les différentes préparations possibles.
  • Le four fonctionne selon le principe de la convection naturelle voire forcée sur certains modèles. L'air de l'enceinte est chauffé par les résistances de voûte et de sole et circule naturellement dans l'enceinte. Le principal avantage de ce type de cuisson tient au fait que la cuisson s'effectue en atmosphère fermée, sans apport d'air extérieur, permettant ainsi de garder aux préparations tout leur moelleux (limitation de l'évaporation, donc de l'assèchement) .
  • De par leur structure, de tels fours présentent cependant certains désavantages :
    • 1°) Un préchauffage du four est nécessaire, pour amener non seulement l'air du compartiment fermé mais également les parois métalliques internes à la température idéale de cuisson. Ce préchauffage entraîne d'une part un inconfort de l'usager du fait de sa durée souvent excessive (jusqu'à une vingtaine de minutes) et d'autre part un surcoût énergétique important.
    • 2°) Le nettoyage du four est difficile et souvent fastidieux, notamment en raison de la présence des résistances. Pour améliorer la facilité du nettoyage, il a été proposé de tapisser les parois du four d'un émail lisse antiadhésif et non poreux.
  • Selon une voie appelée nettoyage par pyrolyse, l'émail est ultra-lisse et susceptible de résister à des températures supérieures à 500°C. Le nettoyage est obtenu par pyrolyse, en portant l'intérieur du four à 500°C environ.
  • D'autres solutions consistent en un revêtement des parois latérales par un émail catalytique permettant un nettoyage à une température inférieure à 230°C.
  • Ces solutions sont cependant pour la plupart difficiles et chères à réaliser et/ou à mettre en oeuvre.
    • 3°) La température dans l'enceinte du four n'est pas homogène, ce qui peut poser des problèmes au niveau de la cuisson de plats ou viandes présentant une certaine épaisseur. Pour régler ce problème, les constructeurs présentent des appareils équipés d'un commutateur électronique qui permet d'alimenter par train d'alternances, à tour de rôle, la voûte et la sole, ce qui entraîne là encore un surcoût non négligeable de l'installation globale.
    • 4°) Les fours électriques doivent être fortement isolés notamment pour répondre aux normes de sécurité actuelles. Par exemple, certaines normes prescrivent que la température des parois externes du four doit être inférieure à 100°C. Pour atteindre de telles performances, il est nécessaire de prévoir des épaisseurs d'isolation importantes qui augmentent le volume global du four de cuisson par rapport au volume de la moufle, c'est-à-dire par rapport au volume «utile» du four pour la cuisson. L'isolation doit se concentrer plus particulièrement sur la paroi haute (voûte) et basse (sole) où sont disposées les résistances, tel que précédemment indiqué.
  • La présente invention se rapporte à un four permettant de résoudre ou tout au moins de diminuer sensiblement les problèmes précédents, caractérisant les fours à convection traditionnels.
  • Plus précisément, la présente invention se rapporte à un four électrique, comprenant dans sa partie interne au moins un élément chauffant à composante essentiellement radiative faisant office de résistance du four, comprenant au moins une feuille de verre thermiquement et mécaniquement résistante, recouverte d'une couche mince transparente résistive et à basse émissivité dans laquelle l'électricité qui la traverse se transforme en chaleur par effet Joule, ladite couche étant configurée de telle sorte que la puissance surfacique dégagée par l'élément est comprise entre 3 000 W/m2 et 10 000 W/m2, sous une tension de 220 Volts.
  • L'élément chauffant à composante radiative peut constituer au moins en partie la résistance de sole du four, l'élément chauffant étant disposé dans le four de telle façon que la couche résistive à basse émissivité soit tournée à l'opposé de la cavité du four.
  • L'élément chauffant à composante radiative peut également constituer au moins en partie la résistance de voûte du four, l'élément chauffant étant disposé dans le four de telle façon que la couche résistive à basse émissivité soit tournée à l'opposé de la cavité du four.
  • Avantageusement, les parois latérales du four et éventuellement le fond du four sont constitués au moins pour partie de plaques comprenant une feuille de verre thermiquement et mécaniquement résistante, recouverte d'une couche mince à basse émissivité, ladite couche étant tournée à l'opposé de la cavité interne du four.
  • Selon un mode possible, les couches minces à basse émissivité recouvrant les plaques latérales sont en outre résistives, de telle sorte que l'électricité qui les traverse se transforme en chaleur par effet Joule.
  • Selon un mode particulier, le four selon l'invention est transparent et constitué par une première enceinte délimitant avec la porte dudit four sa cavité interne. Cette première enceinte est obtenue par l'assemblage d'éléments chauffant à composante radiative tel que précédemment décrit. Une deuxième enceinte constituée par des plaques de verre, éventuellement revêtues d'une couche à basse émissivité sur au moins une partie de leur face tournée vers l'intérieur du four, entoure la première enceinte. Ladite première et ladite seconde enceinte sont maintenues solidaires et à distance par des moyens de liaison et d'espacement.
  • Selon un mode avantageux, la résistance carrée des couches résistives est comprise entre 2 et 30 Ω/□.
  • Par exemple, l'épaisseur des couches résistives est comprise entre 10 et 2000 nanomètres, de préférence entre 100 et 1000 nm.
  • La couche résistive est par exemple une couche à basse émissivité réfléchissant l'infrarouge du type oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor ou oxyde d'indium dopé à l'étain.
  • La plaque de verre est typiquement constituée par un verre thermiquement résistant et dont la conductivité électrique est inférieure à 0,1 Ω/□ à la température de fonctionnement du corps de chauffe, de préférence les verres à base boro-silicate ou les vitro-céramiques ou encore les verres alcalino-terreux sodocalciques de composition adaptée à un usage haute température tel que le verre Safe® commercialisé par la demanderesse.
  • Parmi les verres possibles pour la présente invention on peut citer .
  • Les compositions de verres sont par exemple du type silico-sodo-calcique. L'expression silico-sodo-calcique est ici utilisée au sens large et concerne toute composition de verre constituée d'une matrice verrière qui comprend les constituants suivants (en pourcentage en poids) :
    SiO2 64 - 75 %
    Al2O3 0 - 5 %
    B2O3 0 - 5 %
    CaO 5 - 15 %
    MgO 0 - 10 %
    Na2O 10 - 18 %
    K2O 0 - 5 %
    BaO 0 - 5 %
  • D'autres compositions possibles adaptées à la présente invention présentent les proportions massiques suivantes .
    SiO2 58-76%
    B2O3 3-18%
    Al2O3 4-22%
    MgO 0-8%
    CaO 1-12%
    SrO 0-5%
    BaO 0-3%
    et plus particulièrement :
    SiO2 58-70%
    B2O3 3-15%
    Al2O3 12-22%
    MgO 0-8%
    CaO 2-12%
    SrO 0-3%
    BaO <0.5%
  • Ces compositions présentent des coefficients de dilatation inférieurs à 35.10-7/°C, et une température inférieure de recuit supérieure à 650°C. Le verre Eagle 200® commercialisé par la société Corning Inc. est un exemple de cette famille de verres.
  • Parmi les verres contenant du bore, les verres répondant aux compositions suivantes possèdent une résistance thermomécanique apte à les rendre utilisables pour la présente application:
    SiO2 78-86%
    B2O3 8-15%
    Al2O3 0, 9-5%
    MgO 0-2%
    CaO 0-1,5%
    Na2O 0-3%
    K2O 0-7%
  • Un exemple de ce type de compositions est le verre Pyrex® commercialisé par la société Corning Inc.
  • Selon un mode possible de réalisation de l'invention, les feuilles de verre sont en outre trempées afin d'améliorer leur résistance aux chocs thermiques.
  • Le dispositif est configuré selon la présente invention pour pouvoir être relié au secteur par l'intermédiaire de bandes électro-conductrices du courant, en contact électrique intime avec la couche résistive.
  • Le présent four de cuisson et ses avantages seront mieux compris à la lecture des exemples de réalisation qui suivent, illustrés par les figures 1 à 3, non limitatifs de la présente invention et donnés à titre purement illustratif.
    • La figure 1 schématise une plaque servant d'élément chauffant dans un four selon l'invention,
    • La figure 2 illustre une première réalisation d'un four selon l'invention,
    • La figure 3 illustre une deuxième réalisation d'un four selon l'invention.
  • Différentes plaques chauffantes selon l'invention faite dans un verre Safe® commercialisé par la société Saint Gobain Glass France et revêtues d'une couche 8 d'oxyde d'étain dopé fluor F (SnO2 : F), d'épaisseur variable, typiquement comprise entre 100 et 1000 nm, ont été synthétisées selon des techniques de l'art. De préférence, la couche 8 est déposée, par exemple par CVD, sur le substrat chaud, afin d'améliorer la résistance en température de la plaque chauffante finalement obtenue.
  • Les couches résistives 8 de SnO2 : F, suivant leur position dans le four tel que cela sera décrit par la suite, présentent une résistance carrée variant entre 2 et 30 Ω/□ environ.
  • La figure 1 décrit une plaque résistive chauffante 5 ainsi constituée qui peut être connectée via des bandes conductrices 6 et des moyens de connexion 7 à un réseau d'alimentation électrique en 220 Volts, présentant alors une puissance surfacique supérieure à 3000 W/m2.
  • Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, les bandes conductrices 6 sont disposées le long des bordures verticales de la plaque de verre 9 et constituent des bus d'amenée du courant à la couche résistive 8. Dans la partie inférieure de chaque bande est disposé un fil de connexion 7 au réseau 220 Volts. Bien entendu le mode de la figure 1 est purement illustratif et des variantes ne sortiraient pas du cadre de l'invention, en particulier associant une ou plusieurs couches résistives réparties sur la plaque de verre en différentes zones de résistance électrique disposées soit en série, soit en parallèle, par exemple selon les principes décrits dans le brevet EP 878 980 B1 . Chaque zone peut être caractérisée par une puissance propre, comme cela sera décrit par la suite. Par exemple, l'arrivée du courant s'effectue par l'intermédiaire de deux lignes en cuivre conductrices sérigraphiées ou collées, mises en contact électrique intime avec la couche résistive de SnO2 : F. Sans sortir du cadre de l'invention, les électrodes ainsi constituées peuvent également être positionnées sous la couche conductrice. Des lignes de cuivre complémentaires de même type peuvent être déposées à l'intérieur de cet intervalle, permettant alors, par une connexion appropriée, de brancher en série les résistances correspondantes aux surfaces ainsi délimitées par les différentes zones résistives.
  • Les couches résistives selon l'invention se comportent comme des résistances électriques dont la valeur dépend du rapport de leurs dimensions. La couche résistive s'échauffe lors sa mise sous tension par effet Joule, et, par conduction, échauffe également la plaque de verre. La surface du verre, côté opposé à la couche, est isolante électrique.
  • La plaque ainsi obtenue est caractérisée coté couche par une basse émissivité et une forte réflectivité dans l'infrarouge et coté verre par une forte émissivité dans l'infrarouge thermique (longueur d'onde de 5 à 20 µm), comme il sera explicité plus avant dans la description.
  • Sur la figure 2, on a représenté schématiquement une vue en coupe et en élévation d'un four à composante chauffante radiative selon l'invention.
  • Le four 11 comprend une partie interne ou moufle 12 elle-même composée d'un fond 13, de deux parois de côtés 14 et 15, d'une voûte 16 et d'une sole 17. Une porte, de technologie connue (non représentée sur la figure 2) permet la fermeture et l'isolation de la cavité interne 12 selon les moyens classiquement utilisés. Le fond 13, les parois 14 et 15, la voûte 16 et la sole 17 sont constitués sur la majeure partie de leur surface par des plaques chauffantes numérotées respectivement 55, 54, 53, 52 et 51 sur la figure 2. Ces plaques incorporent toutes une feuille en verre éventuellement trempé 9 revêtue sur une face d'une couche résistive 8, tel que décrit en relation avec la figure 1. Les plaques 51 à 55 sont disposées dans l'enceinte du four de telle façon que leur couche résistive 8 soit tournée à l'opposé de la cavité interne 12 du four 11, c'est-à-dire que leur face verre constitue l'élément interne de la paroi de la cavité 12, tel que cela est illustré sur la figure 1. Des bords métalliques 18 en équerre, disposés à chaque coin du four 11, relient les plaques 51 à 54 entre elles. Les bords en équerre sont avantageusement revêtus du côté de la cavité interne 12 d'un émail anti-adhésion. Le maintien des feuilles en verre avec les bords en équerre 18 est assuré par des joints faits d'un matériau résistant à la température, tel qu'habituellement utilisé dans le domaine. Avantageusement, le matériau est en outre également choisi suffisamment souple et meuble pour supporter l'expansion et les éventuelles déformations des plaques de verre, sous l'effet de la température.
  • L'ensemble des éléments formant la cavité interne est calorifugé et isolé par des plaques isolantes 19 faite d'un matériau connu dans cette fonction, une enveloppe métallique 20 recouvrant ladite isolation. L'enveloppe 20 est par exemple un coffrage en acier pour un four encastré ou une enveloppe métallique externe revêtue d'un émail, dans le cas d'un four autonome.
  • Selon l'invention, au moins les plaques 51 et 52, selon le modèle décrit en relation avec la figure 1, sont connectées via des bandes conductrices et des moyens de connexion à un réseau d'alimentation électrique en 220 Volts. Selon l'invention, la surface et l'épaisseur des couches 51 et 52, ainsi que la forme et le nombre desdites couches sur le support verrier 9, sont calculées ou ajustées, par exemple par des essais d'aptitude à la cuisson, pour que la puissance rayonnée par chacun des deux panneaux soit adaptée à tout type de cuisson. En outre, le réglage et l'homogénéité de la température dans la cavité peuvent être avantageusement contrôlés dans un four selon la présente invention de manière très efficace en modulant la puissance rayonnée, notamment en agissant sur l'intensité du courant passant dans la couche résistive.
  • A titre d'exemple, le volume de la cavité interne d'un four domestique selon l'invention est de l'ordre de 40 à 50 dm3. Pour un tel volume, la puissance totale rayonnée par la couche résistive disposée en voûte est de l'ordre de 800 à 1200 Watts et la puissance totale rayonnée par la couche résistive disposée en sole est de l'ordre de 1200 à 1600 Watts.
  • Selon un mode possible, l'élément 52 de voûte peut comprendre une couche résistive séparée en deux réseaux distincts, donnant naissance à deux résistances chauffantes de fonctionnalité différente .
    • l'une centrale, de puissance surfacique élevée, utilisée pour les grillades ou les rôtis à la broche, dégageant typiquement une puissance supérieure à 2000 watts pour un four de volume précédemment cité,
    • l'autre périphérique, dégageant typiquement une puissance de 800 à 1200 watts pour les autres cuissons, en combinaison avec l'élément 51 de la sole.
  • Les éléments de paroi 53 et 54 et éventuellement de fond 55 peuvent également être connectés via des bandes conductrices au réseau d'électricité. Cette configuration permet avantageusement d'une part de réguler encore davantage l'homogénéité de la température au sein de la cavité du four mais également de permettre des fonctions de grill et/ou de rôtissage sans avoir à ouvrir fréquemment la porte du four, notamment pour retourner la viande ou le mets à cuire.
  • Selon une autre réalisation, moins performante mais plus simple à mettre en oeuvre et moins coûteuse, les éléments 52 à 55 se présentent uniquement sous la forme d'une plaque de verre munie d'une couche bas émissivité, sur la face opposée à la cavité 12, sans moyens de connections au réseau.
  • Les dispositions telles que précédemment décrites ont pour avantage, lors du fonctionnement du four, que l'essentiel des radiations issus des éléments 51 et 52 sont émises vers l'intérieur du four et une partie minime vers l'extérieur du four, en raison du caractère bas émissif de la couche SnO2 : F et de la forte émissivité de surface du verre dans le domaine de l'infrarouge thermique (supérieur à 0,9).
  • Les énergies rayonnées par chaque face étant proportionnelles à leurs émissivités respectives, il en résulte que le comportement des deux faces des éléments 51 et 52, éventuellement des éléments 53 à 55, est ainsi fortement dissymétrique du point de vue du rayonnement émis par le verre. Ceci conduit avantageusement à ce que la très grande majorité des radiations thermiques soit émises par les éléments chauffants vers l'intérieur de la cavité 12.
  • Lorsqu'ils ne sont pas reliés au réseau, les éléments 53 à 55 permettent en outre, de part le caractère bas émissif de la couche SnO2:F les recouvrant, de confiner l'essentiel des radiations dans la cavité du four, en réfléchissant l'essentiel des radiations vers l'intérieur de celle-ci.
  • Avantageusement, cette propriété de couches 8, combiné à leur positionnement sur les plaques 5 à l'opposé de la cavité 12, permet en outre de minimiser l'épaisseur requise de la couche isolante de calfeutrage de la chaleur 19, tout particulièrement au niveau des parois de voûte et de sole et par suite de diminuer l'encombrement total du four et/ou d'augmenter le volume utile du four pour la cuisson, c'est-à-dire le volume délimité par le moufle.
  • Le présent four permet en outre un nettoyage extrêmement facilité des parois constituant la cavité du four, puisque celles-ci sont essentiellement constituées de verre. En outre, les couches résistives 8 des différentes plaques chauffantes 5 sont disposées du coté de l'isolation 19 et ne sont donc pas accessible à l'utilisateur via l'intérieur du four, ce qui permet d'une part de supprimer le problème de nettoyage des résistances conventionnelles, non résolu à ce jour, et d'autre part le respect des normes de sécurité électriques en vigueur.
  • La figure 3 illustre, selon une vue frontale en élévation, un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel les parois internes et externes du four sont constituées entièrement de verre, de manière à rendre celui-ci transparent.
  • Selon ce mode, le moufle du four est entièrement constitué de plaques de verre. De façon similaire au mode décrit en relation avec la figure 2, les plaques 51 à 55 utilisées incorporent toutes une feuille en verre 9 revêtue, sur la face tournée à l'opposé de la cavité interne 12, d'une couche résistive 8. Les plaques 51 à 55 peuvent être liées entre elles par tout matériau connu à cet effet et résistant à la température. Selon ce mode, les plaques de verre 51 à 55 sont entourées d'une deuxième enceinte en verre constituée par l'assemblage de plaques 61 à 65. Ces plaques sont rendues solidaires des plaques 51 à 55 et maintenues à une distance pouvant aller de quelques mm à quelques cm de celle-ci grâce à des moyens d'écartement et de liaison tels que des plots en verre 30 de forme cylindrique répartis sur l'ensemble des surfaces des plaques. L'enceinte constituée par les plaques 61 à 65 constitue selon ce mode l'enveloppe externe du four. Les plaques 61 à 65 sont revêtues d'une couche à basse émissivité 31 du type précédemment décrit sur la totalité de leur face tournée vers l'intérieur du four. Ces couches à basse émissivité permettent de réfléchir le rayonnement infrarouge issue de la cavité 12 et de confiner la chaleur dans l'espace 32 délimité entre les plaques 51-55 et les plaques 61-65, tout en maintenant les parois extérieures en verre du four à une température acceptable, c'est-à-dire inférieure à 100°C et préférentiellement de l'ordre de 60-70°C.
  • Selon un mode possible, de moyens de circulation et d'évacuation de l'air chaud compris dans l'espace 32 peuvent être prévus. Par exemple, l'air chaud de l'espace 32 est continuellement mis en mouvement et évacué grâce à une turbine généralement placée sur la paroi supérieure du four.
  • Bien entendu, d'autres réalisations sont possibles. En particulier, les modes de réalisation donnés ici à titre illustratif peuvent donner lieu à toute modification désirable, notamment en ce qui concerne la puissance, la taille ou l'esthétique du présent dispositif en agissant notamment sur les dimensions et l'emplacement des plaques de chauffe en verre, la disposition des couches résistives sur les plaques de verre, l'épaisseur et la résistance carrée des couches résistives, etc.
  • Les plaque de chauffe selon l'invention présentent des températures d'émission pouvant aller jusqu'à 300°C, ce qui présente l'avantage d'une grande efficacité d'obtention du rayonnement dans l'infrarouge thermique, qui peut aller jusqu' à 60 voire 70 ou même 80% en fonction de la géométrie du panneau considéré, l'énergie rayonnée par unité de surface ou émittance étant proportionnelle à la puissance quatrième de la température superficielle du corps de chauffe.
  • En outre, le fonctionnement du présent système est assuré par un transfert de chaleur par conduction entre la couche résistive et la plaque de verre. L'émission du rayonnement infrarouge se faisant principalement du coté de la face en verre, l'essentiel du rayonnement infrarouge est diffusé vers la pièce à chauffer.
  • De plus, les présentes plaques de chauffe, de part les propriétés spécifiques en émissivité et en réflectivité de ces deux principales composantes (couche résistive et plaque de verre) précédemment décrites, permet une homogénéité améliorée de la température superficielle des parois en voûte et en sole de la face de verre émettrice, et ce sur l'ensemble de la surface de la plaque de verre résultant au final en une plus grande homogénéité de la cuisson.

Claims (11)

  1. Four électrique (11), comprenant dans sa partie interne au moins un élément chauffant à composante radiative (5) faisant office de résistance du four, comprenant au moins une feuille de verre (9) thermiquement et mécaniquement résistante, recouverte d'une couche mince transparente résistive et à basse émissivité (8) dans laquelle l'électricité qui la traverse se transforme en chaleur par effet Joule, ladite couche (8) étant configurée de telle sorte que la puissance surfacique dégagée par l'élément (5) est comprise entre 3 000 W/m2 et 10 000 W/m2.
  2. Four selon la revendication 1, dans lequel l'élément chauffant à composante radiative (5) constitue au moins en partie la résistance de sole du four (51), l'élément chauffant étant disposé dans le four (11) de telle façon que la couche résistive à basse émissivité (8) soit tournée à l'opposé de la cavité (12) du four.
  3. Four selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'élément chauffant à composante radiative (5) constitue au moins en partie la résistance de voûte du four (52), l'élément chauffant étant disposé dans le four (11) de telle façon que la couche résistive à basse émissivité (8) soit tournée à l'opposé de la cavité (12) du four.
  4. Four selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les parois latérales et éventuellement le fond du four sont constitués au moins pour partie de plaques (53, 54, 55) comprenant une feuille de verre thermiquement et mécaniquement résistante, recouverte d'une couche mince à basse émissivité, ladite couche étant tournée à l'opposé de la cavité interne (12) du four.
  5. Four selon la revendication 4, dans lequel les couches minces à basse émissivité recouvrant les plaques latérales (53, 54, 55) sont en outre résistives, de telle sorte que l'électricité qui les traverse se transforme en chaleur par effet Joule.
  6. Four transparent, constitué par une première enceinte délimitant avec la porte dudit four la cavité interne (12) du four, obtenue par l'assemblage d'éléments chauffant à composante radiative (51, 52, 53, 54, 55) tel que précédemment décrits et par une deuxième enceinte constituée par des plaques de verre (61, 62, 63, 64, 65) éventuellement revêtues d'une couche à basse émissivité sur au moins une partie de leur face tournée vers l'intérieur du four, ladite première et ladite seconde enceinte étant maintenues solidaires par des moyens de liaison et d'espacement (30).
  7. Four selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance carrée des couches résistive est comprise entre 2 et 30 Ω/□.
  8. Four selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur des couches résistives est comprise entre 10 et 2000 nanomètres.
  9. Four selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche résistive à basse émissivité est du type oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor ou oxyde d'indium dopé à l'étain.
  10. Four selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les feuilles de verre sont précédemment trempées afin d'améliorer leur résistance aux chocs thermiques.
  11. Four selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit four est relié au secteur par l'intermédiaire de bandes conductrices du courant en contact électrique intime avec la ou les couches résistives.
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