FR2763201A1 - Dispositif de cuisson avec chauffage par induction et chauffage par resistance ainsi que le procede de fabrication de celui-ci - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de cuisson.Ce dispositif de cuisson comporte une structure d'induction qui est chauffée par induction par un générateur d'induction ainsi qu'une structure de résistance (4) qui est chauffée par résistance par un générateur de chauffage. Les deux structures sont disposées sur une surface (20) d'un corps de support (2). Le dispositif de cuisson présente l'avantage d'un début de cuisson rapide, par induction, et d'une cuisson continue par chauffage par résistance avec un meilleur rendement.L'invention est applicable dans le domaine de la fabrication des appareils ménagers.
Description
L'invention concerne un dispositif de cuisson.
On connaît des emplacements de cuisson par induction avec une plaque à emplacements de cuisson pour poser un récipient de cuisson et une ou plusieurs bobines d'induction disposées sous la plaque à emplacements de cuisson pour l'échauffement par induction du récipient. La plaque à emplacements de cuisson et les bobines d'induction sont des composants séparés. Les bobines d'induction sont réalisées à partir d'un conducteur de bobine généralement à plusieurs fils et sont en règle générale des bobines plates à une couche (documents EP-A-0 380 030, EP-A-0 722 261).
On connaît par le document DE-C-38 17 438 un champ de cuisson à induction avec une plaque à emplacements de cuisson en matière synthétique dans laquelle sont moulés une bobine d'induction et un serpentin de condensation d'un refroidissement par liquide conjointement sous forme de spirale plate. Le conducteur de bobine à induction est formé par un tuyau tissé en cuivre qui est monté sur un serpentin de condensation réalisé en un matériau électriquement isolant.
Par le document EP-A-0 069 298 on connaît une plaque de cuisson électrique avec un corps plat de plaques de cuisson en céramique, sur le côté inférieur duquel est appliquée une couche structurée en méandre en un matériau résistant. Cette couche de résistance est chauffée par un courant électrique pour chauffer le corps de plaque de cuisson.
Par le document WO 96/09738 on connaît un emplacement de cuisson chauffé par une résistance, avec une plaque de cuisson en un support céramique électriquement isolant comme dissipateur de chaleur au côté inférieur duquel est disposée une structure de résistance en forme de méandre pour le chauffage électrique direct du support en céramique. La structure de résistance, dans ce mode de réalisation connu est soit métallisée sous vide soit pulvérisée sur le support en céramique, soit appliquée sous forme de feuille métallique découpée préfabriquée sur le support en céramique avec une plaque d'application. Le support en céramique est réalisé en céramique de nitrure de silicium ou en céramique de carbure de silicium.
Le document GB-A-2 079 119 décrit un champ de cuisson à induction avec une plaque en verre sur laquelle sont collées les trois bobines d'induction en un matériau électriquement conducteur.
Le document US-A-3 843 857 décrit un champ de cuisson à induction avec une plaque de champ de cuisson en céramique ou en verre sur le côté inférieur de laquelle est appliquée par pression ou collée une bobine d'induction. Il est appliqué à la bobine d'induction un courant continu pulsé d'un générateur correspondant.
Enfin, par le document US-A-5 369 249 on connaît un chauffage par induction pour un champ de cuisson par induction avec une plaque en céramique et une structure de bobine en cuivre appliquée sur la plaque en céramique et structurée par photolithographie, à laquelle sont appliqués deux raccordement d'un champ haute fréquence d'un générateur haute fréquence.
Or, l'invention a pour objet d'indiquer un dispositif de cuisson particulier et un procédé de fabrication d'un dispositif de cuisson particulier.
Cet objet est atteint conformément à l'invention par un dispositif de cuisson qui comporte:
a) au moins un corps de support,
b) au moins une structure d'induction disposée sur une surface du corps de support et réalisée sous forme de spirale ou de bobine avec au moins un enroulement
c) au moins une structure de résistance disposée sur la surface du corps de support et à une certaine distance de la structure d'induction,
d) un générateur de chauffage pouvant être relié électriquement à la structure de résistance pour produire une chaleur de perte de Joule pouvant être utilisée pour la cuisson dans la structure de résistance en appliquant une tension de chauffage électrique à la structure de résistance et
e) un générateur d'induction pouvant être relié électriquement à la structure d'induction pour produire un champ alternatif d'induction magnétique autour de la structure d'induction par l'application d'une tension alternative électrique à la structure d'induction.
a) au moins un corps de support,
b) au moins une structure d'induction disposée sur une surface du corps de support et réalisée sous forme de spirale ou de bobine avec au moins un enroulement
c) au moins une structure de résistance disposée sur la surface du corps de support et à une certaine distance de la structure d'induction,
d) un générateur de chauffage pouvant être relié électriquement à la structure de résistance pour produire une chaleur de perte de Joule pouvant être utilisée pour la cuisson dans la structure de résistance en appliquant une tension de chauffage électrique à la structure de résistance et
e) un générateur d'induction pouvant être relié électriquement à la structure d'induction pour produire un champ alternatif d'induction magnétique autour de la structure d'induction par l'application d'une tension alternative électrique à la structure d'induction.
Par dispositif de cuisson on comprend un dispositif pour cuire des produits de cuisson, comme des aliments et des mets. La cuisson comprend toutes les formes de la préparation thermique d'aliments et de mets, par exemple la cuisson, la cuisson au four, la cuisson rôtisserie, la cuisson à l'étuvée, la cuisson à l'étouffée, le séchage ou également la décongélation de mets, pour n'en citer que quelques unes. Par tension alternative électrique on comprend toute tension électrique modifiée dans le temps. Par champ alternatif d'induction magnétique, on comprend dans le contexte avec un dispositif de cuisson une induction magnétique (vectorielle) modifiable dans le temps et généralement dépendant d'un lieu qui peut produire dans un conducteur électrique, par exemple une casserole ou un autre support de aliment à cuire des courants tourbillonnaires par lesquels ce conducteur est chauffé. Le champ alternatif d'induction est produit lui-même par la tension alternative qui est appliquée à la structure d'induction de façon qu'un courant électrique modifiable dans le temps passe à travers la structure d'induction.
L'invention crée donc un dispositif de cuisson universel qui réunit les avantages de la cuisson par induction, notamment l'échauffement rapide et la cuisson fiable également dans le cas de mauvais fonds de support des aliments à cuire, et les avantages de la cuisson par résistance (échauffement électrique direct, chauffage par résistance), notamment le meilleur degré d'action de celle-ci dans le cas d'opérations de cuisson prolongées et la cuisson fiable également dans le cas de supports non ferromagnétiques pour les aliments à cuire. Ainsi, par exemple le chauffage par induction et le cas échéant en plus le chauffage par résistance peuvent être utilisés lorsque des puissances de chauffage élevées sont requises, par exemple au début d'une opération de cuisson en vue d'un chauffage plus rapide. D'autre part, au moins pendant une phase déterminée d'une opération de cuisson, seulement un type de chauffage peut être utilisé, par exemple lors d'une cuisson continue seulement le chauffage par résistance du point de vue de l'énergie plus efficace ou, pour des mauvais fonds des récipients des aliments à cuire, seulement le chauffage par induction.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif de cuisson conforme à l'invention qui est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à:
a) préparer un corps de support avec une surface,
b) appliquer une structure d'induction réalisée sous forme de spirale ou de bobine avec au moins un enroulement pour produire un champ d'induction magnétique sur la surface du corps de support,
c) appliquer une structure de résistance pour produire une chaleur Joule sur la surface du corps de support.
a) préparer un corps de support avec une surface,
b) appliquer une structure d'induction réalisée sous forme de spirale ou de bobine avec au moins un enroulement pour produire un champ d'induction magnétique sur la surface du corps de support,
c) appliquer une structure de résistance pour produire une chaleur Joule sur la surface du corps de support.
Le spectre des fréquences ou la fréquence de la tension alternative d'induction est de préférence plus élevé que celui ou celle de la tension de chauffage. Des spectres de fréquence préférés, pour la tension alternative d'induction, sont la zone de fréquence moyenne comprise en environ 20 kHz et environ 100 kHz et pour la tension de chauffage une plage de basse fréquence inférieure à 100 Hz, donc la plage de fréquence dans laquelle se situent habituellement les tensions du réseau (en général de 50 Hz ou 60 Hz) ou des tensions continues.
La structure de résistance est réalisée de préférence en méandre pour obtenir une résistance électrique plus élevée et un chauffage plus régulier.
La structure de résistance et la structure d'induction peuvent être formées par une couche ou feuille commune, structurée de manière correspondante ou respectivement par une couche ou feuille séparée, structurée.
De préférence, la structure de résistance etlou la structure d'induction sont réalisées respectivement fabriquées pour adhérer à la surface du corps de support, c'est-à-dire elles sont reliées au corps de support par adhésion (forces d'adhésion). A cette fin conviennent particulièrement la métallisation thermique sous vide, un procédé de pulvérisation ou également une gravure de la couche ainsi qu'une application ou un collage de la feuille, et de manière appropriée on utilisera pour toutes les structures la même technologie de procédé.
La structure de résistance eVou la structure d'induction peuvent également être retenues par une pression d'application prédéterminée à la surface du corps de support.
Selon un mode de réalisation avantageux du dispositif de cuisson, le corps de support est réalisé en un matériau conducteur de la chaleur et présente une surface supplémentaire éloignée de la surface précitée qui est réalisée directement en face de la structure de résistance et de la structure d'induction comme surface de pose pour placer des supports pour les aliments à cuire ou des récipients pour les aliments à cuire.
Le corps de support, selon un autre mode de réalisation, peut également être constitué de plusieurs corps de supports partiels qui portent respectivement une partie de la structure d'induction etlou de la structure de résistance. Les différentes parties de la structure d'induction respectivement de la structure de résistance sont alors reliées électriquement entre elles.
Selon un mode de réalisation particulier, la structure d'induction etlou la structure de résistance sont recouvertes d'une couche de protection. Les structures peuvent alors être disposées directement à la surface de pose du corps de support.
Le corps de support est réalisé de préférence au moins à la surface, sur laquelle sont disposées la structure d'induction et la structure de résistance, en un matériau électriquement isolant et notamment en verre, en vitrocéramique ou en céramique, en particulier en une céramique de nitrure de silicium ou une céramique de carbure de silicium.
Selon un développement ultérieur avantageux, des moyens additionnels sont prévus pour détecter des grandeurs du procédé de cuisson, comme la température ou la présence de supports pour les aliments à cuire. Selon un premier mode de réalisation, la structure d'induction etlou la structure de résistance, en une fonction double, est également utilisée comme capteur pour mesurer une grandeur de procédé de la cuisson. A cette fin, la structure est reliée de plus à une installation de mesure qui alimente la structure en une tension de mesure ou un courant de mesure et qui détermine à partir de l'impédance mesurée en même temps la grandeur de procédé recherchée. La tension de mesure se situe notamment dans une zone de haute fréquence audessus de 100 kHz, de préférence à environ 300 kHz. Selon un deuxième mode de réalisation il est disposé au moins une structure de mesure additionnelle sur la surface du corps de support à une certaine distance de la structure d'induction et la structure de résistance, et cette structure de mesure pour détecter une grandeur d'un procédé de cuisson est reliée à une installation de mesure qui applique une tension de mesure ou un courant de mesure à la structure de mesure et qui détermine l'impédance de la structure de mesure comme mesure de la grandeur de procédé. Par exemple,
I'inductance ou la capacité de la structure de mesure respectivement de la structure d'induction respectivement de la structure de résistance peut être utilisée comme mesure pour déterminer si un support pour des aliments à cuire ou un récipient pour des aliments à cuire se trouve au voisinage du corps de support ou non ou bien la résistance ohmique de la structure de mesure respectivement de la structure d'induction respectivement de la structure de résistance en tant que mesure d'une température au corps de support.
I'inductance ou la capacité de la structure de mesure respectivement de la structure d'induction respectivement de la structure de résistance peut être utilisée comme mesure pour déterminer si un support pour des aliments à cuire ou un récipient pour des aliments à cuire se trouve au voisinage du corps de support ou non ou bien la résistance ohmique de la structure de mesure respectivement de la structure d'induction respectivement de la structure de résistance en tant que mesure d'une température au corps de support.
Pour commander le procédé de cuisson, il est prévu en outre de préférence une installation de commande qui alimente en début de cuisson (échauffement) seulement la structure d'induction en tension alternative d'induction du générateur d'induction ou bien la structure d'induction et la structure de résistance en tension alternative d'induction du générateur d'induction respectivement en tension de chauffage du générateur de chauffage et qui alimente, lorsque le début de cuisson est terminé, en vue d'une cuisson continue, seulement la structure de résistance en tension de chauffage du générateur de chauffage. Ainsi, on tire avantageusement profit du temps plus court en début de cuisson (faible inertie thermique) du chauffage par induction en début de cuisson et des pertes plus réduites (degré d'action plus élevée) du chauffage par résistance lors de la poursuite de la cuisson.
L'installation de commande alimente, selon un développement ultérieur, la structure d'induction en tension alternative d'induction du générateur d'induction etlou la structure de résistance en tension de chauffage du générateur de chauffage seulement lorsque l'installation de mesure a détecté la présence d'un support pour des aliments à cuire ou d'un récipient pour des aliments à cuire.
Dans un mode de réalisation comme emplacement de cuisson à plusieurs zones, au moins une structure de résistance et au moins une structure d'induction sont disposées dans des zones partielles au moins approximativement concentriques les unes aux autres de la surface du corps de support. De préférence, il est disposé soit dans une zone intérieure une structure d'induction et dans une zone partielle extérieure entourant la zone intérieure, au moins une structure de résistance ou bien dans une zone partielle intérieure une première structure de résistance, dans une zone partielle extérieure une deuxième structure de résistance et dans une zone partielle centrale située entre celles-ci une structure d'induction. Dans les deux cas, la structure d'induction ne s'étend pas jusqu'au bord de la zone de cuisson de telle sorte que des champs de dispersion sont réduits.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celleci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant des modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels:
la FIG. 1 représente un dispositif de cuisson avec une zone intérieure chauffée par résistance et une zone extérieure chauffée par induction en une vue de dessus,
la FIG. 2 représente un dispositif de cuisson avec une zone intérieure et une zone extérieure chauffées par résistance et une zone intermédiaire chauffée par induction,
la FIG. 3 représente un dispositif de cuisson avec une zone intérieure chauffée par induction et une zone extérieure chauffée par résistance et avec une structure de mesure,
la FIG. 4 représente un dispositif de cuisson avec une structure d'induction structurée à partir d'une couche métallique et une structure de résistance sur un corps de support en section transversale et
la FIG. 5 représente un dispositif de cuisson avec une structure d'induction réalisée à partir d'une feuille métallique et une structure de résistance réalisée à partir d'une autre feuille métallique sur un corps de support, en une vue éclatée, en section transversale.
la FIG. 1 représente un dispositif de cuisson avec une zone intérieure chauffée par résistance et une zone extérieure chauffée par induction en une vue de dessus,
la FIG. 2 représente un dispositif de cuisson avec une zone intérieure et une zone extérieure chauffées par résistance et une zone intermédiaire chauffée par induction,
la FIG. 3 représente un dispositif de cuisson avec une zone intérieure chauffée par induction et une zone extérieure chauffée par résistance et avec une structure de mesure,
la FIG. 4 représente un dispositif de cuisson avec une structure d'induction structurée à partir d'une couche métallique et une structure de résistance sur un corps de support en section transversale et
la FIG. 5 représente un dispositif de cuisson avec une structure d'induction réalisée à partir d'une feuille métallique et une structure de résistance réalisée à partir d'une autre feuille métallique sur un corps de support, en une vue éclatée, en section transversale.
Des parties correspondantes portent sur les FIG. 1 à 5 les mêmes références numériques.
La FIG. 1 représente un exemple de réalisation d'un dispositif de cuisson avec un corps de support (substrat) 2 de préférence essentiellement en forme de plaque, sur la première surface 20 duquel est disposée dans une zone de chauffage intérieure une structure de résistance 4 et dans une zone de chauffage extérieure entourant la zone de chauffage intérieure par exemple d'une manière concentrique une structure d'induction 5. La zone de chauffage intérieure et la zone de chauffage extérieure constituent de préférence une zone de cuisson ou un emplacement de cuisson. En particulier, sur le corps de support 2 peuvent être réalisées plusieurs zones de cuisson pour placer des récipients de cuisson (creux de cuisson, champs de cuisson).
La structure de résistance (élément de résistance de chauffage) 4 est prévu pour le chauffage par résistance du corps de support 2 et présente à cette fin une voie conductrice avec deux raccordements 42 et 43 situés aux extrémités de celles-ci qui sont reliées ou peuvent être reliées électriquement à un générateur de chauffage 10' par des lignes électriques, par exemple par brasage. Lors de l'application d'une tension de chauffage UR du générateur de chauffage 10', de préférence d'une tension alternative de basse fréquence, notamment d'une tension de réseau de 50 Hz (230 V ou 400 V), la voie conductrice de la structure de résistance 4 est traversée par un courant de chauffage électrique IR = UR/R avec la résistance électrique (ohmique) R de la structure de résistance 4. Ce courant de chauffage IR provoque une perte électrique (puissance de perte Joule) R lR2 qui provoque un échauffement de la structure de résistance 4 et qui est utilisée pour cuire des aliments à cuire. La résistance R de la structure de résistance 4 est déterminée conformément à la relation R = p 1/A par la résistance spécifique p du matériau de la structure de résistance 4, la longueur I de la structure de résistance 4 entre les deux raccordements 42 et 43 et la section transversale A de la structure de résistance 4. Pour atteindre également sur une petite zone partielle de la surface 20 une puissance de chauffe suffisante, on peut donc prévoir pour un matériau donné la structure de résistance 4 et pour une tension de chauffage prédéterminée UR du générateur de chauffage 10' que la voie conductrice de la structure de résistance 4, par un serpentinement, ait une grande longueur I correspondante etlou que la section transversale de la voie conductrice ait une petite longueur I correspondante.
L'énergie thermique dégagée dans la structure de résistance 4 peut être transférée directement sur un support contenant un aliment à cuire lorsque la surface 20 du support 21 est prévue comme surface de pose sur le support pour les aliments à cuire. Le corps de support 2 est réalisé dans ce cas de préférence en un matériau mauvais conducteur thermique.
En général, il est prévu cependant comme surface de pose pour le support des aliments à cuire une surface du corps de support 2 éloignée de la surface 20. La chaleur transmise par la structure de résistance 4 dans le corps de support 2 couplé thermiquement à la structure de résistance 4 (en contact thermique direct) est transmise alors par le corps de support 2 à la surface de pose. Le corps de support 2, dans ce mode de réalisation, est réalisé en un matériau thermiquement conducteur (conduisant la chaleur).
La structure d'induction 5 dans la zone de chauffage extérieure est réalisée avec une voie conductrice qui entoure la structure de résistance 4 dans la zone de chauffage intérieure sous la forme d'une bobine plate ou spirale et qui présente à ses extrémités respectivement un raccordement électrique 52 respectivement 53. Pour l'isolation électrique de la structure d'induction 5 et de la structure de résistance 4, il est respecté entre celles-ci un écart suffisant et le corps de support 2 est réalisé en un matériau électriquement isolant. Aux deux raccordements 52 et 53 de la structure d'induction 5 sont raccordés des circuits électriques, par exemple par brasage, pour la liaison électrique de la structure d'induction 5 à un générateur d'induction et de mesure 11'. Le générateur d'induction et de mesure 11' produit en fonctionnement de chauffage une tension d'induction modifiable dans le temps U1 et lors d'un fonctionnement de mesure une tension de mesure
UM.
UM.
Lors de l'application de la tension d'induction U1 à la structure d'induction 5, il s'écoule dans celle-ci un courant modifiable dans le temps dépendant de l'impédance de la structure d'induction 5 qui produit à son tour autour de la structure d'induction 5 un flux magnétique modifiable dans le temps respectivement un champs d'induction magnétique B qui se modifie avec le temps qui dépend de l'inductance, notamment du nombre des enroulements de la structure d'induction 5, avec des fréquences correspondantes. Lorsqu'on amène maintenant dans ce champ d'induction B un support ferromagnétique, électriquement conducteur pour des aliments à cuire, comme par exemple un récipient de cuisson, des courants tourbillonnaires sont induits dans le support pour les aliments à cuire dont l'énergie est transformée en chaleur dans le support pour les aliments à cuire. Cette chaleur est amenée maintenant à l'aliment à cuire dans le support pour les aliments à cuire. L'énergie correspondante est retirée du générateur d'induction et de mesure Il'. La tension d'induction U1 est en particulier une tension alternative de fréquence moyenne, avec une fréquence comprise entre environ 20 kHz et environ 100 kHz, elle est de préférence d'au moins 25 kHz, qui peut présenter une polarité changeant périodiquement ou également des impulsions périodiques de la même polarité.
En fonctionnement de mesure, la structure d'induction 5 est utilisée comme capteur en ce qu'une tension de mesure UM du générateur d'induction et de mesure 11' est appliquée entre les deux raccordements 52 et 53 de la structure d'induction 5 et que l'impédance ou une modification de l'impédance de la structure d'induction 5 est mesurée (détectée), par exemple à l'aide d'une mesure quadripôle ou d'un circuit oscillateur de mesure. L'impédance de la structure 3 fournit dans ce cas des informations sur certaines grandeurs de procédé de cuisson. Ainsi, une modification de la résistance ohmique de la structure d'induction 5 peut servir de mesure pour une modification de la température au corps de support 2 et une modification de l'inductance de la structure d'induction 5 de mesure pour une approche ou un éloignement d'un support pour les aliments à cuire (reconnaissance de casserole). Notamment pour la reconnaissance d'une casserole, la structure d'induction 5 est alimentée en une tension de mesure haute fréquence UM supérieure à 100 kHz, de manière typique de 300 kHz. La structure d'induction 5 produit ainsi par induction autour d'elle-même un champ de mesure magnétique qui est modifié par l'amenée d'un support pour les aliments à cuire. Cette modification de champ peut être détectée comme une modification de l'inductance de la structure d'induction 3. Un détecteur de valeur seuil d'une installation de commande non représentée compare l'inductance mesurée à une valeur seuil prédéterminée et met en service, en fonction de la non atteinte ou du dépassement de la valeur seuil, le générateur de chauffage 10' etlou le générateur d'induction 11' ou le maintient dans un état raccordé à la structure de résistance 4 respectivement à la structure d'induction 4 lorsque respectivement aussi longtemps qu'un support pour les aliments à cuire se trouve sur l'emplacement de cuisson.
Lorsqu'on peut choisir maintenant en plus par un dispositif de sélection plusieurs niveaux de cuisson et qu'un niveau de début de cuisson peut être sélectionné ou réglé automatiquement, I'installation de commande, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, peut relier en vue d'un début de cuisson seulement le générateur d'induction 11' et le cas échéant en plus le générateur de chauffage 10' à la structure d'induction 5 respectivement à la structure de résistance 4 et, lorsque le début de cuisson est terminé, en vue de la cuisson continue selon le niveau de cuisson choisi, peut relier seulement le générateur de chauffage 10' à la structure de résistance 4. Ainsi, on tire avantageusement profit de la durée de début de cuisson plus courte (faible inertie thermique) du chauffage par induction en début de cuisson et des pertes plus réduites (degré d'action plus élevé) du chauffage par résistance lors de la cuisson continue.
Le dispositif de commande, dans un mode de réalisation particulier, relie le générateur de chauffage 10' etlou le générateur d'induction 11' seulement à la structure correspondante 4 respectivement 5 lorsque le générateur d'induction et de mesure 11', en tant qu'installation de mesure, à détecté la présence d'un support pour les aliments à cuire. La tension de mesure restera appliquée également pendant l'application de la tension alternative d'induction à la structure d'induction 5, pour surveiller les grandeurs de procédé également pendant la cuisson.
La FIG. 2 montre un développement ultérieur du mode de réalisation du dispositif de cuisson selon la FIG. 1 où il est disposé autour de la structure d'induction 5, dans une zone de chauffage additionnelle, une structure de résistance additionnelle 6 qui est réalisée par exemple en une forme annulaire simple (emplacement de cuisson ou zone de cuisson à trois zones ou à trois cercles). Un générateur de chauffage 10 alimente la deuxième structure de résistance 10 par l'application d'une tension de chauffage UR2 à deux raccordements 62 et 63 de la structure de résistance 6 en puissance de chauffage. La tension de chauffage du générateur de chauffage 10 pour la première structure de résistance 4 dans la zone de chauffage intérieure est désignée par URI. La structure d'induction 5 disposée entre les deux structures de résistance 4 et 6 est alimentée par un générateur d'induction 11 en tension d'induction U1.
Alors qu'il est disposé dans les exemples de réalisation selon la FIG. 1 et la FIG. 2 respectivement une structure de résistance au centre (zone de chauffage intérieure) de l'emplacement de cuisson, la FIG. 3 montre un mode de réalisation avec une structure d'induction 3 en forme de bobine plate dans une zone de chauffage intérieure de l'emplacement de cuisson et une structure de résistance 7 entourant la structure d'induction 3 dans une zone de chauffage extérieure (emplacement de cuisson à deux zones). Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux étant donné que les champs de dispersion de la structure d'induction 3 sont réduits. La structure d'induction 3 présente une voie conductrice en forme de spirale (les bords sont représentés respectivement par une ligne) avec deux raccordements 32 et 33, et la structure de résistance 8 une voie conductrice (représentée par une ligne simple) avec deux raccordements 82 et 83. La voie conductrice de la structure de résistance 8 s'étend sous la forme d'un anneau double presque fermé.
En plus des structures de chauffage 3 et 8, il est représenté sur la
FIG. 3 également une structure de mesure 7 avec deux raccordements de mesure 72 et 73. A cette structure de mesure 7 peut maintenant être appliquée, d'une manière analogue à l'exemple de réalisation décrit à l'aide de la FIG. 2, une tension de mesure d'une installation de mesure, et l'impédance de la structure de mesure peut être mesurée comme mesure de la température au corps de support 2 pendant la cuisson, par exemple en vue d'un réglage de la température ou une protection à l'encontre d'une température excessive, ou pour une détection de casserole. Bien évidemment, également des structures de mesure séparées avec des installations de mesure associées peuvent être prévues pour différentes grandeurs de procédé, comme la température ou la détection d'une casserole.
FIG. 3 également une structure de mesure 7 avec deux raccordements de mesure 72 et 73. A cette structure de mesure 7 peut maintenant être appliquée, d'une manière analogue à l'exemple de réalisation décrit à l'aide de la FIG. 2, une tension de mesure d'une installation de mesure, et l'impédance de la structure de mesure peut être mesurée comme mesure de la température au corps de support 2 pendant la cuisson, par exemple en vue d'un réglage de la température ou une protection à l'encontre d'une température excessive, ou pour une détection de casserole. Bien évidemment, également des structures de mesure séparées avec des installations de mesure associées peuvent être prévues pour différentes grandeurs de procédé, comme la température ou la détection d'une casserole.
Dans tous les modes de réalisation des structures d'induction en forme de bobine 3 et 5, également un seul enroulement peut être prévu.
Le dispositif de cuisson selon la FIG. 4 comporte un corps de support 2 avec une première surface 20 de préférence plate et une deuxième surface 21 orientée de préférence au moins approximativement parallèlement à la première surface 20 et éloignée de la première surface 20 comme surface de pose pour des supports pour des aliments à cuire ou des récipients pour des aliments à cuire. Il est disposé sur la première surface 20 du corps de support 2, en contact direct avec la première surface 20, dans une zone intérieure une structure de résistance 4' et dans une zone extérieure, à une certaine distance de la structure de résistance 4', une structure d'induction 5'. Les deux structures 4' et 5' sont réalisées respectivement avec une voie conductrice dont les sections transversales sont respectivement représentées par des hachures.
Selon un mode de réalisation, la structure de résistance 4' et la structure d'induction 5' peuvent être réalisées en une couche électriquement conductrice, notamment une couche métallique, appliquée selon une étape de procédé sur la surface 20 du corps de support 2 et sont réalisées dans ce cas dans le même matériau. Les impédances recherchées des structures 4' et 5' sont réglées alors par leurs dimensions géométriques.
Selon un autre mode de réalisation, en deux étapes de procédé séparées, respectivement une couche pour les deux structures 4' et 5' est appliquée sur la surface 20 du corps de support 2, et les structures 4' et 5', pour former la voie conductrice correspondante, sont structurées respectivement à partir de la couche associée. Dans ce mode de réalisation, éga de préférence avec respectivement une feuille métallique structurée préalablement, réalisée notamment par découpage qui présente respectivement deux contacts (raccordement). L'épaisseur des feuilles métalliques sera généralement comprise entre environ 0,8 pm et environ 5 mm et peut avoir une grandeur différente notamment pour la structure de résistance 4" et la structure d'induction 5", de préférence elle sera plus petite pour la structure de résistance 4".
Les feuilles métalliques préfabriquées de la structure de résistance 4" et de la structure d'induction 5", selon une première alternative, sont appliquées sur la surface 20 sous une pression mécanique de telle sorte que la feuille métallique adhère à cette surface 20 ou bien également sous une légère pression à l'aide de moyens d'application (non représentés), par exemple d'une plaque d'application, solidement à la surface 20. Dans le dernier cas, la liaison du corps de support 2 avec les structures 4" et 5" est relâchable. Selon un mode de réalisation préféré, les structures 4" et 5" sont collées à l'aide d'une colle sur la surface 20 du corps de support 2.
Le corps de support 2 est constitué dans tous les modes de réalisation de préférence d'une céramique et présente en général une épaisseur comprise entre approximativement 1 mm et approximativement 20 mm. Comme céramique convient particulièrement une céramique de nitrure de silicium ou également une céramique de carbure de silicium, de préférence électriquement isolante. En particulier, dans ces modes de réalisation, la structure d'induction 3 peut également être réalisée en un polysilicium électriquement conducteur (silicium polycristallin). Les céramiques précitées ont une conductivité thermique relativement grande.
Comme matériau pour les structures 3 à 8 selon les FIG. 1 à 5, notamment un métal élémentaire peut être utilisé comme, par exemple, le cuivre (Cu), le nickel (Ni), l'aluminium (Al), le titane (Ti), le molydène (Mo) ou le chrome (Cr) ou un alliage métallique à partir de deux composants métalliques ou plus, notamment des métaux précités. En outre, également un composé métallique peut être utilisé, de préférence d'un nitrure métallique par exemple en nitrure de titane, ou d'un carbure métallique, notamment un carbure de tungstène ou un carbure de tantale.
Sur la surface 20 du corps de support 2 peuvent être disposés de plus également des enroulements de compensation pour compenser des champs de dispersion d'induction.
Le dispositif de cuisson peut également comporter plusieurs corps de support ou corps partiels de support qui portent respectivement une ou plusieurs structures de résistance etlou d'induction ou des parties de telles structures. Les différentes parties d'une structure sont alors reliées électriquement entre elles, par exemple par brasage.
Dans un mode de réalisation non représenté, les structures d'induction et les structures de résistance peuvent également être recouvertes d'une couche de passivation pour les protéger contre des réactions chimiques avec l'environnement, notamment pour les protéger d'une oxydation. Une telle couche peut de plus être électriquement isolante lorsque les structures sont prévues sur la surface de pose et que les récipients de cuisson sont placés sur les structures.
En outre, également des arrêts ferriques non représentés pour guider le champ magnétique et pour empêcher des champs de dispersion peuvent être associés à la structure 3 lors du fonctionnement par induction.
Claims (34)
1. Dispositif de cuisson, caractérisé en ce qu'il comporte:
a) au moins un corps de support (2),
b) au moins une structure d'induction (3, 5, 5', 5") disposée sur une surface (20) du corps de support (2) et réalisée sous la forme d'une spirale ou bobine avec au moins un enroulement,
c) au moins une structure de résistance (8, 4, 4', 4") disposée sur la surface (20) du corps de support à une certaine distance de la structure d'induction,
d) un générateur de chauffage (10, 10') pouvant être relié électriquement à la structure de résistance pour produire une chaleur de perte Joule dans la structure de résistance par application d'une tension de chauffage électrique (UR) à la structure de résistance et
e) un générateur d'induction (li, 11') pouvant être relié électriquement à la structure d'induction pour produire un champ alternatif d'induction magnétique (B) autour de la structure d'induction par application d'une tension alternative électrique (U1) à la structure d'induction.
2. Dispositif de cuisson selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure de résistance précitée (4, 5) est réalisée en forme de méandre.
3. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la structure de résistance (4') et la structure d'induction (5') sont réalisées à partir d'une couche ou feuille commune, structurée de manière correspondante.
4. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la structure de résistance (4") et la structure d'induction (5") sont réalisées à partir de couches ou feuilles différentes, structurées respectivement séparément.
5. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure de résistance (4') etlou la structure d'induction (5') adhèrent à la surface (20) du corps de support (2).
6. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la structure de résistance (4") etlou la structure d'induction (5") sont retenues par une pression d'application prédéterminée à la surface (20) du corps de support (2).
7. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps de support (2) est réalisé en un matériau thermiquement conducteur et présente une surface additionnelle (21) éloignée de la surface précitée (20) qui est réalisée directement en face de la structure de résistance et de la structure d'induction comme surface de pose pour placer des supports pour des aliments à cuire ou des récipients pour des aliments à cuire.
8. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la structure d'induction etlou la structure de résistance sont recouvertes d'une couche de protection.
9. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps de support (2) est réalisé au moins à la surface (20) sur laquelle sont disposées la structure d'induction et la structure de résistance, en un matériau électriquement isolant.
10. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le corps de support (2) est réalisé en un verre, une vitrocéramique ou une céramique, notamment une céramique de nitrure de silicium ou une céramique de carbure de silicium.
11. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la tension alternative électrique (Ul) du générateur d'induction (11) a des composantes de fréquence plus élevées que la tension de chauffage électrique (UR) du générateur de chauffage (10).
12. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la tension de chauffage électrique (UR) du générateur de chauffage (10) présente des composantes de fréquence inférieures à 100 Hz, de préférence la fréquence du réseau prédéterminé d'un réseau d'alimentation.
13. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que les composants de fréquence de la tension alternative électrique (U1) du générateur d'induction (11) sont comprises entre approximativement 20 kHz et approximativement 100 kHz, et elles sont de préférence supérieures à environ 25 kHz.
14. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte une structure de mesure (7) disposée également sur la surface (20) du corps de support (2) et à une certaine distance de la structure d'induction (3) et de la structure de résistance (4, 5) et un dispositif de mesure (12) pouvant être relié électriquement à la structure de mesure (7) pour détecter une grandeur d'un procédé de cuisson par l'application d'une tension de mesure (UM) ou d'un courant de mesure à la structure de mesure (7) et en mesurant l'impédance de la structure de mesure (7) en tant que mesure de la grandeur de procédé.
15. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte une installation de mesure (11') pouvant être reliée électriquement à la structure d'induction (5) etlou la structure de résistance pour détecter une grandeur d'un procédé de cuisson en appliquant une tension de mesure (UM) ou un courant de mesure à la structure d'induction (5) respectivement la structure de résistance et en mesurant l'impédance de la structure d'induction (5) respectivement de la structure de résistance comme mesure de la grandeur de procédé.
16. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que l'installation de mesure (12) détecte à partir de l'inductance mesurée ou de la capacité de la structure de mesure (7) respectivement de la structure d'induction (3) respectivement de la structure de résistance si un support pour des aliments à cuire ou un récipient pour des aliments à cuire se trouve au voisinage du corps de support (2) ou non.
17. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (12) détecte la résistance ohmique de la structure de mesure (7) respectivement de la structure d'induction (3) respectivement de la structure de résistance comme mesure pour une température au corps de support (2).
18. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que la tension de mesure (UM) de l'installation de mesure (12) présente des composantes de fréquence supérieures à 100 kHz, de préférence d'environ 300 kHz.
19. Dispositif de cuisson, caractérisé en ce qu'il comporte une installation de commande pour commander le générateur de chauffage et le générateur d'induction etlou pour relier le générateur de chauffage à la structure de résistance et le générateur d'induction à la structure d'induction.
20. Dispositif de cuisson selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'installation de commande, en début de cuisson (échauffement) alimente seulement la structure d'induction en tension alternative d'induction du générateur d'induction ou bien la structure d'induction et la structure de résistance en tension alternative d'induction du générateur d'induction respectivement en tension de chauffage du générateur de chauffage et, à la fin du début de cuisson, en vue d'une cuisson continue alimente seulement la structure de résistance en tension de chauffage du générateur de chauffage.
21. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 17 à 20, caractérisé en ce que l'installation de commande alimente la structure d'induction en tension alternative d'induction du générateur d'induction eVou la structure de résistance en tension de chauffage du générateur de chauffage seulement lorsque l'installation de mesure (12) a détecté la présence d'un support pour des aliments à cuire ou d'un récipient pour des aliments à cuire.
22. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que le corps de support est constitué de plusieurs corps de support partiels qui présentent respectivement une partie de la structure d'induction etlou de la structure de résistance, les différentes parties de la structure d'induction respectivement de la structure de résistance sont reliées électriquement les unes aux autres.
23. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que la structure de résistance précitée et la structure d'induction précitée sont disposées dans des zones partielles au moins approximativement concentriques les unes aux autres de la surface (20) du corps de support.
24. Dispositif de cuisson selon la revendication 23, caractérisé en ce que sont disposées dans une zone partielle intérieure une structure d'induction (3) et dans une zone partielle extérieure au moins une structure de résistance (8).
25. Dispositif de cuisson selon l'une des revendications 23 ou 24, caractérisé en ce que sont disposées dans une zone partielle intérieure une première structure de résistance (4), dans une zone partielle extérieure une deuxième structure de résistance (6) et dans une zone partielle médiane située entre celles-ci une structure d'induction (5).
26. Procédé de fabrication d'un dispositif de cuisson, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à:
a) mise à disposition d'un corps de support (2),
b) appliquer une structure d'induction (3) réalisée sous la forme d'une spirale ou d'une bobine avec au moins un enroulement pour produire un champ d'induction magnétique (B) sur une surface (20) du corps de support (2),
c) appliquer une structure de résistance pour produire une chaleur Joule sur la surface (20) du corps de support.
27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que la structure d'induction (5') et la structure de résistance (4') sont appliquées sur la surface (20) du corps de support (2) de façon qu'elles adhèrent après application au corps de support (2).
28. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que la structure d'induction et la structure de résistance sont produites par l'application d'une couche commune ou respectivement d'une couche sur la surface (20) du corps de support (2) et par une structuration subséquente de cette couche.
29. Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce que chaque couche est appliquée par pulvérisation.
30. Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce que chaque couche est appliquée par métallisation sous vide.
31. Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce que chaque couche est appliquée par pression.
32. Procédé selon l'une des revendications 26 ou 27, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme structure d'induction etlou structure de résistance une feuille commune ou respectivement une feuille préfabriquée.
33. Procédé selon la revendication 32, caractérisé en ce que la feuille est appliquée par pression à la surface (20) du corps de support (2).
34. Procédé selon la revendication 33, caractérisé en ce que la feuille est collée sur la surface (20) du corps de support (2).
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