FR2791857A1

FR2791857A1 - ELECTRONICALLY CONTROLLED LIQUID HEATING ELECTRICAL APPLIANCE

Info

Publication number: FR2791857A1
Application number: FR9903999A
Authority: FR
Inventors: Jacques Imbeaud; Joseph Arthur Philippe Letorey
Original assignee: Moulinex SA
Current assignee: Moulinex SA
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-06
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: WO2000057760A1; FR2791857B1

Abstract

L'invention concerne un appareil électrique ménager de chauffage de liquide comportant un réservoir (2) destiné à contenir le liquide (3) à chauffer, un élément chauffant sérigraphié (4) présentant au moins une piste résistive (6) formée sur une plaque (7) électriquement isolante solidaire d'un support métallique (8), et un système de contrôle (5) de l'alimentation électrique de l'élément chauffant (4). Selon l'invention, le système de contrôle (5) comporte une thermistance (10), fixée sur la plaque isolante (7) au voisinage de la piste résistive (6), dont la résistance varie en fonction des variations de température de la piste résistive (6) et de la plaque isolante (7).The invention relates to a household electrical liquid heating device comprising a reservoir (2) for containing the liquid (3) to be heated, a screen-printed heating element (4) having at least one resistive track (6) formed on a plate ( 7) electrically insulating integral with a metal support (8), and a control system (5) of the power supply to the heating element (4). According to the invention, the control system (5) comprises a thermistor (10), fixed to the insulating plate (7) in the vicinity of the resistive track (6), the resistance of which varies according to the temperature variations of the track. resistive (6) and the insulating plate (7).

Description

APPAREIL ELECTRIQUE MENAGER DE CHAUFFAGE DE LIQUIDE CON-ELECTRIC HOUSEHOLD APPLIANCE FOR HEATING LIQUID CON-

TROLE ELECTRONIQUEMENTELECTRONIC TROLE

L'invention concerne un appareil électrique ménager de chauffage de liquide comportant un réservoir destiné à The invention relates to an electrical household appliance for heating liquid comprising a reservoir intended for

contenir le liquide à chauffer, un élément chauffant sé- contain the liquid to be heated, a heating element

rigraphié présentant au moins une piste résistive formée sur une plaque électriquement isolante solidaire d'un support métallique, et un système de contrôle de printed with at least one resistive track formed on an electrically insulating plate secured to a metal support, and a system for controlling

l'alimentation électrique de l'élément chauffant. the power supply to the heating element.

En particulier, l'invention se rapporte à des appa- In particular, the invention relates to devices

reils ménagers du type bouilloires ou friteuses électri- household reils such as electric kettles or deep fryers

ques.ques.

Les appareils connus dans ce domaine sont générale- ment équipés de systèmes de coupure d'alimentation élec- The devices known in this field are generally equipped with electrical power cut-off systems

trique, qui réagissent au dépassement d'un seuil de tem- pérature. La détection de la température et la coupure du20 circuit d'alimentation de l'élément chauffant sont réali- sées par un élément du type thermostat bimétallique placé that react when a temperature threshold is exceeded. The temperature detection and the shutdown of the heating element supply circuit are carried out by an element of the bimetallic thermostat type placed

au contact de la plaque isolante et de la piste résis- tive, ou encore par un détecteur de température disposé dans une partie interne de l'appareil non baignée par le25 liquide, de manière à réagir à la présence de vapeur gé- nérée dans l'appareil. in contact with the insulating plate and the resistive track, or else by a temperature detector arranged in an internal part of the apparatus not bathed by the liquid, so as to react to the presence of steam generated in the 'apparatus.

Ces systèmes de détection présentent une série d'inconvénients, qui tous, peuvent conduire à une dété- These detection systems have a series of drawbacks, all of which can lead to detection

rioration prématurée de l'appareil en cas d'utilisations anormales répétées. Les situations de fonctionnement di- premature improvement of the device in the event of repeated abnormal use. The operating situations di-

tes anormales, comprennent par exemple les cas o le ré- servoir de liquide est vide ou contient une très faible quantité de liquide, o l'appareil est incliné par rap-35 port à sa position normale de fonctionnement et contient une faible quantité de liquide, de telle sorte que abnormal, include for example cases where the liquid tank is empty or contains a very small amount of liquid, o the device is tilted relative to its normal operating position and contains a small amount of liquid , so that

l'élément chauffant soit partiellement découvert, ou en- the heating element is partially exposed, or

core dans le cas o le fond de l'appareil est excessive- core in case the bottom of the device is excessive-

ment entartré.mentally scaled.

On peut notamment citer les inconvénients suivants, comme insuffisances des techniques connues pour le type d'appareils visés par l'invention: compte tenu de l'inertie thermique relativement Mention may in particular be made of the following drawbacks, as inadequacies of the techniques known for the type of apparatus targeted by the invention: taking into account the relatively thermal inertia

importante des thermostats bimétalliques utilisés couram- important of the bimetallic thermostats commonly used

ment, la coupure d'alimentation intervient tardivement après le début d'un fonctionnement anormal ou d'une phase d'ébullition; - la phase d'ébullition n'est pas détectée si ment, the power cut occurs late after the start of abnormal operation or a boiling phase; - the boiling phase is not detected if

l'appareil est utilisé sous une pression ambiante infé- the device is used under low ambient pressure

rieure à celle prévue pour les utilisations les plus cou- lower than that intended for the most common uses

rantes, par exemple dans le cas d'utilisations en alti- rantes, for example in the case of alti-

tude; - dans le cas de détecteurs de vapeur, le système de coupure fonctionne mal ou ne fonctionne pas dès lors que le couvercle de l'appareil n'est pas en place.20 study; - in the case of steam detectors, the cut-off system malfunctions or does not work when the appliance cover is not in place.20

L'invention a pour principal objet de remédier aux inconvénients cidessus, c'est-à-dire de réaliser un ap- The main object of the invention is to remedy the above drawbacks, that is to say to provide an app

pareil électrique de chauffage de liquide du type décrit précédemment qui assure une coupure très rapide de25 l'alimentation électrique de l'élément chauffant dès l'apparition d'une phase de fonctionnement anormal, ou similar electric liquid heating of the type described above which ensures a very rapid cut of the electrical supply to the heating element as soon as an abnormal operating phase appears, or

dès que la température d'ébullition du liquide est at- teinte. as soon as the boiling temperature of the liquid is reached.

Ces buts sont atteints par l'invention, qui dispose que le système de contrôle comporte une thermistance, These objects are achieved by the invention, which provides that the control system includes a thermistor,

fixée sur la plaque isolante au voisinage de la piste ré- sistive, dont la résistance varie en fonction des varia- tions de température de la piste résistive et de la pla-35 que isolante. fixed on the insulating plate in the vicinity of the resistive track, the resistance of which varies as a function of the temperature variations of the resistive track and of the insulating plate.

La très faible inertie thermique d'un tel composant donne un accès quasiment en temps réel à une information The very low thermal inertia of such a component gives almost real-time access to information

significative de la température du liquide, ou d'un fonc- significant temperature of the liquid, or a function

tionnement anormal de l'appareil.abnormal operation of the device.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- Other characteristics and advantages of the invention

tion ressortiront de la description qui va suivre, donnée tion will emerge from the description which follows, given

à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique en élévation d'un appareil suivant l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective d'un élé- ment chauffant utilisé dans un appareil suivant by way of nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a schematic elevation of an apparatus according to the invention; - Figure 2 is a perspective view of a heating element used in a following device

l'invention.the invention.

A la figure 1, on a représenté un appareil électri- que ménager 1 de chauffage de liquide, plus précisément une bouilloire, comportant un réservoir 2 destiné à con-20 tenir le liquide 3 à chauffer, un élément chauffant 4, et un système de contrôle 5 de l'alimentation électrique de In Figure 1, there is shown an electrical household appliance 1 for heating liquid, more precisely a kettle, comprising a reservoir 2 intended to contain the liquid 3 to be heated, a heating element 4, and a system for control 5 of the power supply of

l'élément chauffant 4.the heating element 4.

Comme représenté à la figure 2, l'élément chauffant 4 est un élément chauffant de type sérigraphie présentant au moins une piste résistive 6 formée sur une plaque 7 As shown in FIG. 2, the heating element 4 is a screen-printing type heating element having at least one resistive track 6 formed on a plate 7

électriquement isolante et bonne conductrice thermique. Par exemple, la plaque 7 peut être constituée d'un ensem- electrically insulating and good thermal conductor. For example, the plate 7 may consist of a set of

ble de couches de matières émaillées ou vitrifiées. La30 plaque isolante 7 est solidaire d'un support métallique 8, de préférence en acier inoxydable, qui affecte la forme d'une coupelle et constitue le fond 9 du réservoir 2, de façon que la plaque isolante 7 et la coupelle 8 soient en contact thermique et que la piste résistive 6 ble of layers of enamelled or vitrified materials. La30 insulating plate 7 is integral with a metal support 8, preferably stainless steel, which takes the shape of a cup and constitutes the bottom 9 of the tank 2, so that the insulating plate 7 and the cup 8 are in contact thermal and that the resistive track 6

soit électriquement isolée de ladite coupelle 8. is electrically isolated from said cup 8.

Suivant l'invention, le système de contrôle 5 com- According to the invention, the control system 5 comprises

porte une thermistance 10, fixée sur la plaque isolante 7 au voisinage de la piste résistive 6, dont la résistance varie en fonction des variations de température de la piste résistive 6 et de la plaque isolante 7. En particulier, la piste résistive 6 s'étend sur l'une des deux faces 11, 12 de la plaque isolante 7, la thermistance 10 étant montée en surface sur la même face carries a thermistor 10, fixed on the insulating plate 7 in the vicinity of the resistive track 6, the resistance of which varies as a function of temperature variations of the resistive track 6 and of the insulating plate 7. In particular, the resistive track 6 s extends on one of the two faces 11, 12 of the insulating plate 7, the thermistor 10 being mounted on the surface on the same face

11 de la plaque isolante 7; ce type de montage de compo- 11 of the insulating plate 7; this type of assembly

sants est connu dans le domaine des circuits imprimés sants is known in the field of printed circuits

sous l'appellation CMS.under the name CMS.

Selon une caractéristique intéressante de According to an interesting characteristic of

l'invention, la thermistance 10 est de type résistance à coefficient de température négatif, appelée " CTN ". the invention, the thermistor 10 is of the resistance type with a negative temperature coefficient, called "CTN".

Le système de contrôle 5 comporte un élément de commutation, par exemple un triac, monté en surface sur la plaque isolante 7. Ledit élément de commutation est commandé par un signal de commande dépendant de la valeur de résistance de la thermistance 10, et réalise en ré- ponse l'ouverture ou la fermeture du circuit d'alimentation de l'élément chauffant 4. Un composant du25 type triac est parfaitement adapté à l'application, eu The control system 5 comprises a switching element, for example a triac, mounted on the surface on the insulating plate 7. Said switching element is controlled by a control signal dependent on the resistance value of the thermistor 10, and performs in response to the opening or closing of the heating element supply circuit 4. A triac type component is perfectly suited to the application, having

égard notamment aux critères d'encombrement, de tenue à la température et de coût. with particular regard to the dimensions of space, temperature resistance and cost.

Le système de contrôle 5 comporte également un or- The control system 5 also includes an or-

gane électronique, qui peut être à fonctionnement analo- gique ou numérique, de commande de l'élément de commuta- electronic gane, which can be analog or digital, for controlling the switching element

tion, et qui élabore un signal de commande de l'élément de commutation à partir d'un premier signal représentatif de la valeur de résistance de la thermistance 10. Dans le35 cas d'une électronique analogique, on peut prévoir par exemple que le système de contrôle comporte un triac com- tion, and which generates a control element control signal from a first signal representative of the resistance value of the thermistor 10. In the case of analog electronics, one can for example provide that the system control comprises a triac com-

mandé par un transistor ou un amplificateur opérationnel, ces composants étant montés en surface sur la plaque iso- lante 7. Alternativement, dans le cas d'une électronique numérique, on peut prévoir que le système de contrôle 5 comporte également un triac commandé, cette fois, par un microcontrôleur, ces composants étant montés en surface controlled by a transistor or an operational amplifier, these components being surface mounted on the insulating plate 7. Alternatively, in the case of digital electronics, it can be provided that the control system 5 also includes a controlled triac, this times, by a microcontroller, these components being mounted on the surface

sur la plaque isolante 7.on the insulating plate 7.

La technologie CMS ainsi appliquée, permet d'associer dans un encombrement très réduit l'élément chauffant 4 et l'électronique de contrôle et de commande, The CMS technology thus applied makes it possible to combine, in a very small footprint, the heating element 4 and the control and command electronics,

l'ensemble se définissant comme un module unique ne né- cessitant pas de câblage et de connectique supplémentai- res, qui sont une source de défaillance potentielle de ce15 type d'appareils électriques. the whole being defined as a single module not requiring additional cabling and connectors, which are a potential source of failure of this type of electrical apparatus.

La face 12 de la plaque isolante 7 qui coïncide avec la face externe du support métallique 8 en forme de coupelle est opposée à celle sur laquelle sont disposés20 la piste résistive 6 et les composants électroniques. La figure 2 présente l'ensemble constitué de la coupelle 8 The face 12 of the insulating plate 7 which coincides with the external face of the metal support 8 in the form of a cup is opposite to that on which the resistive track 6 and the electronic components are arranged. Figure 2 shows the assembly consisting of the cup 8

et de la plaque isolante 7 dans une configuration vue de dessous, la coupelle 8 étant montée dans l'appareil 1 de façon que sa face interne soit au contact du liquide 325 placé dans le réservoir 2. and of the insulating plate 7 in a configuration seen from below, the cup 8 being mounted in the device 1 so that its internal face is in contact with the liquid 325 placed in the reservoir 2.

Suivant une réalisation privilégiée de l'invention, le système de contrôle 5 comporte en outre des moyens de réglage, non représentés, d'une valeur de consigne, qui30 peuvent être simplement du type interrupteur à deux états marche / arrêt ou, de manière plus évoluée, soit du type potentiomètre permettant de régler une température de consigne, soit de type sélecteur permettant de sélection- ner un mode de fonctionnement; ces moyens de réglage dé-35 livrent un deuxième signal représentatif de la valeur de consigne, et élaborent, à partir des premier et deuxième According to a preferred embodiment of the invention, the control system 5 also comprises means for adjusting, not shown, a set value, which can be simply of the switch type with two on / off states or, more advanced, either of the potentiometer type for setting a set temperature, or of the selector type for selecting an operating mode; these de-35 adjustment means deliver a second signal representative of the set value, and develop, from the first and second

signaux, le signal de commande de l'élément de commuta- signals, the control signal of the switching element

tion. On peut ainsi prévoir, par exemple, que l'appareil comporte un sélecteur dont une position corresponde à un mode d'ébullition avec maintien en température du liquide 3, par réactivation cyclique de l'élément chauffant 4 tion. It is thus possible, for example, for the apparatus to include a selector, a position of which corresponds to a boiling mode with temperature maintenance of the liquid 3, by cyclic reactivation of the heating element 4

jusqu'au passage à une position d'arrêt. until passing to a stop position.

L'invention prévoit également que l'organe électro- The invention also provides that the electro-

nique de commande 13 élabore un signal d'avertissement à control 13 creates a warning signal to

partir des premier et deuxième signaux, représentant res- from the first and second signals, representing res-

pectivement l'état de la thermistance ou CTN 10, et la consigne. the state of the thermistor or CTN 10, and the setpoint.

Ce signal d'avertissement est destiné à être ex- ploité par des moyens sonores et/ou des moyens de visua- This warning signal is intended to be operated by audible and / or visual means.

lisation. A cette fin, l'appareil 1 comporte des organes de génération sonore commandés par le signal d'avertissement, et/ou des organes lumineux de visualisa- tion, comme un afficheur ou des témoins lumineux, également commandés par le signal d'avertissement.25 reading. To this end, the apparatus 1 comprises sound generation members controlled by the warning signal, and / or luminous display members, such as a display or indicator lights, also controlled by the warning signal. 25

L'appareil suivant l'invention est pourvu d'un sys- tème de sécurité agissant à partir des valeurs de résis- The apparatus according to the invention is provided with a safety system acting on the basis of resistance values.

tance de la thermistance 10, les variations desdites va- leurs étant significatives d'états de fonctionnement nor-30 maux ou anormaux de l'appareil. En effet, après la mise en marche de l'appareil, une variation rapide de la va- tance of the thermistor 10, the variations of said values being significant of normal or abnormal operating states of the device. Indeed, after switching on the appliance, a rapid variation in the value

leur de résistance de la thermistance 10 traduit un échauffement rapide de la plaque isolante 7 et de la piste résistive 6, phénomène qui peut s'expliquer par un entartrage excessif de la surface d'échange de chaleur entre l'élément chauffant 4 et le liquide 3; par l'absence ou l'insuffisance de liquide; ou encore par une inclinaison excessive de l'appareil doublée d'une quantité de liquide insuffisante, ce qui a pour effet de laisser une partie de l'élément chauffant 4 au- dessus du niveau du liquide. Pour mettre fin à un fonctionnement anormal du type précité, l'invention dispose que le signal de commande de l'élément de commutation est un signal de coupure, dès10 lors que, sur un intervalle de temps prédéterminé, la va- riation de la valeur de résistance de la thermistance 10 their resistance of the thermistor 10 reflects a rapid heating of the insulating plate 7 and the resistive track 6, phenomenon which can be explained by an excessive scaling of the heat exchange surface between the heating element 4 and the liquid 3; by the absence or insufficiency of liquid; or by an excessive inclination of the device doubled with an insufficient quantity of liquid, which has the effect of leaving a part of the heating element 4 above the level of the liquid. To end an abnormal operation of the aforementioned type, the invention provides that the control signal of the switching element is a cut-off signal, as soon as, over a predetermined time interval, the variation in the value resistance of thermistor 10

dépasse une valeur de seuil prédéterminée. exceeds a predetermined threshold value.

L'arrivée de la valeur de résistance de la thermis- The arrival of the resistance value of the thermis-

tance 10 à un pallier est, elle, significative de l'ébullition du liquide. Dans ce cas, suivant le mode sé- tance 10 to one level is significant for the boiling of the liquid. In this case, depending on the se-

lectionné par l'utilisateur, le microcontrôleur 13 émet par exemple un signal d'arrêt ou une séquence de signaux d'arrêt et de remise en marche pour maintien du liquide à20 température. Read by the user, the microcontroller 13 emits, for example, a stop signal or a sequence of stop and restart signals to maintain the liquid at temperature.

Il est important de noter que l'emploi d'une ther- mistance, en particulier de type CTN, comme moyen de dé- It is important to note that the use of a thermistor, in particular of the CTN type, as a means of

tection, permet d'obtenir une très grande rapidité dans25 l'interprétation d'un cas de fonctionnement anormal ou d'ébullition, ce grâce à la faible inertie thermique du composant comme cela a déjà été mentionné, et à la faible durée de l'intervalle de temps nécessaire à la discrimi- nation de tels cas: typiquement, la coupure de sécurité30 intervenant pour mettre fin à un fonctionnement anormal de l'appareil peut être réalisée de 3 à 4 secondes après tection, makes it possible to obtain a very high speed in the interpretation of a case of abnormal operation or boiling, this thanks to the low thermal inertia of the component as already mentioned, and to the short duration of the time interval necessary for the discrimination of such cases: typically, the safety cut-off30 intervening to put an end to an abnormal functioning of the device can be carried out from 3 to 4 seconds after

l'apparition réelle du phénomène. Le temps de réaction du système ainsi défini est considérablement réduit par rap- port aux systèmes de sécurité connus, avec pour consé-35 quence une fiabilité accrue de l'appareil. the actual appearance of the phenomenon. The reaction time of the system thus defined is considerably reduced compared to known security systems, with the consequence of increased reliability of the device.

L'invention permet de réaliser des appareils élec- The invention makes it possible to produce electrical apparatus

troménagers de type bouilloires ou friteuses, qui présen- domestic appliances such as kettles or deep fryers,

tent non seulement une fiabilité et une sécurité accrues, not only strive for increased reliability and security,

mais également une plus grande diversité de fonctions gé- but also a greater diversity of general functions

nératrice d'une grande facilité et d'une grande souplesse d'utilisation. very easy and flexible to use.

Claims

1. Household electric heating appliance

which comprises a reservoir (2) intended to contain the liquid (3) to be heated, a screen-printed heating element (4) having at least one resistive track (6) formed on an electrically insulating plate (7) secured to a metal support ( 8), and a control system (5) for the electrical supply of the heating element (4), characterized in that the control system (5) comprises a thermistor (10), fixed on the insulating plate (7 ) in the vicinity of the resistive track (6), the resistance of which varies as a function of the temperature variations of

I5 the resistive track (6) and the insulating plate (7).

2. Household electrical appliance according to claim 1, characterized in that the resistive track (6) extends over one of the two faces (11, 12) of the insulating plate (7), the thermistor (10) being surface mounted on the same

face (11) of the insulating plate (7).

3. Household electrical appliance according to the claim

tion 1 or 2, characterized in that the thermistor (10) is of the type

resistance with negative temperature coefficient.

4. Household electrical appliance according to one

conch of claims 1 to 3, characterized in that the control system (5) comprises

a switching element, mounted on the surface on the insulating plate (7), controlled by a control signal dependent on the resistance value of the thermistor (10), and which performs in response the opening or closing of the heating element supply circuit (4).

5. Household electrical appliance according to the claim

tion 4, characterized in that the control system (5) comprises an electronic control element for the switching element, which generates a control signal for the switching element from a first signal representative of

the resistance value of the thermistor (10).

6. Household electrical appliance according to the claim

tion 5, characterized in that the electronic control element of the switching element is an electronic analogue function, surface mounted on the plate

insulating (7).

7. Household electrical appliance according to claim 5,

characterized in that the electronic control member 20 of the switching element is a microcontroller, mounted on the surface on the insulating plate (7).

8. Household electrical appliance according to any one of claims 5 to 7,

characterized in that the control system (5) further comprises means for adjusting a set value,

which deliver a second signal representative of said set value, and elaborates, from the first and second signals, the control signal of the switching element.

9. Household electrical appliance according to claims 8,

characterized in that the electronic control unit 35 (13) generates a warning signal from the first and second signals.

10. Household electrical appliance according to claim 9, characterized in that it comprises

sound generation controlled by the warning signal.

11. Household electrical appliance according to claim 9,

characterized in that it comprises luminous display organs 10 controlled by the warning signal.

12. Household electrical appliance according to any one of claims 4 to 11,

characterized in that the control signal of the switching element is a cut-off signal, since, over a predetermined time interval, the variation in

the resistance value of the thermistor (10) exceeds a predetermined threshold value.

13. Household electrical appliance according to any one of claims 1 to 12,

characterized in that it consists of an electric kettle.

14. Household electrical appliance according to any one of claims 1 to 12,

characterized in that it consists of an electric fryer.