FR2796199A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A HEATING ELEMENT FOR A HEATING OR COOKING APPARATUS, A HEATING ELEMENT THUS OBTAINED AND APPARATUS THUS EQUIPPED - Google Patents
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Abstract
- L'objet de l'invention un est procédé de fabrication d'un élément chauffant pour appareil de chauffage ou cuisson, du type comprenant un moyen calorifique associé à un dissipateur thermique, caractérisé en ce qu'il consiste à placer dans un moule (M1, M2) un moyen calorifique (1) faisant office de noyau, ledit moyen ainsi que la paroi interne du moule étant conformés aux formes et dimensions de l'élément chauffant à réaliser, ledit moyen calorifique (1) comportant au moins une enveloppe en matériau fusible et à couler dans le moule un matériau fondu constitué d'un alliage notamment ferreux à température de fusion sensiblement équivalente à celle de ladite enveloppe du moyen calorifique, cette enveloppe présentant une épaisseur et une inertie thermique suffisantes pour permettre une fusion superficielle de l'enveloppe sans la détériorer.- Application aux appareils de chauffage ou cuisson.- The object of the invention is a method of manufacturing a heating element for a heating or cooking appliance, of the type comprising a heating means associated with a heat sink, characterized in that it consists in placing in a mold ( M1, M2) a heating means (1) acting as a core, said means as well as the internal wall of the mold being conformed to the shapes and dimensions of the heating element to be produced, said heating means (1) comprising at least one casing in meltable material and to be poured in the mold a molten material consisting of a particularly ferrous alloy at a melting temperature substantially equivalent to that of said envelope of the heating medium, this envelope having a thickness and thermal inertia sufficient to allow surface melting of the envelope without damaging it.- Application to heating or cooking appliances.
Description
PROCÉDÉ DE FABRICATION D'ÉLÉMENT CHAUFFANT POUR APPAREILMETHOD FOR MANUFACTURING HEATING ELEMENT FOR APPARATUS
DE CHAUFFAGE OU CUISSON, ÉLÉMENT CHAUFFANT AINSI OBTENU ET FOR HEATING OR COOKING, A HEATING ELEMENT THUS OBTAINED AND
APPAREILS AINSI ÉQUIPÉSEQUIPMENT AND EQUIPPED
La présente invention a trait à la fabrication d'éléments chauffants destinés à des appareils de chauffage par rayonnement, convection ou accumulation ainsi qu'à des appareils de cuisson tels que par exemple des grills. Le but de l'invention est de réaliser des éléments du type comprenant, d'une part, un moyen générant de la chaleur, tel qu'une résistance électrique enfermée dans une gaine métallique ou autre matériau approprié ou un fluide caloporteur circulant dans une gaine appropriée et, d'autre part, un dissipateur thermique associé étroitement audit moyen calorifique et plus précisément de proposer une technique de fabrication de tels éléments rendant plus efficaces The present invention relates to the manufacture of heating elements intended for radiant, convection or accumulation heating appliances as well as for cooking appliances such as for example grills. The object of the invention is to produce elements of the type comprising, on the one hand, a means generating heat, such as an electrical resistance enclosed in a metal sheath or other suitable material or a heat transfer fluid circulating in a sheath appropriate and, on the other hand, a heat sink closely associated with said heat means and more specifically to propose a technique for manufacturing such elements making it more efficient
les transferts thermiques entre source calorique et dissipateur. heat transfers between heat source and dissipator.
A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un élément chauffant pour appareil de chauffage ou cuisson, du type comprenant un moyen calorifique associé à un dissipateur thermique, caractérisé en ce qu'il consiste à placer dans un moule un moyen calorifique faisant office de noyau, ledit moyen ainsi que la paroi interne du moule étant conformés aux formes et dimensions de l'élément chauffant à réaliser, ledit moyen calorifique comportant au moins une enveloppe en matériau fusible et à couler dans le moule un matériau fondu constitué d'un alliage notamment ferreux à température de fusion sensiblement équivalente à celle de ladite enveloppe du moyen calorifique, cette enveloppe présentant une épaisseur et une inertie thermique suffisantes pour permettre une fusion superficielle de l'enveloppe To this end, the invention relates to a method of manufacturing a heating element for a heating or cooking appliance, of the type comprising a heat means associated with a heat sink, characterized in that it consists in placing in a mold a heat means acting as a core, said means as well as the internal wall of the mold being shaped to the shapes and dimensions of the heating element to be produced, said heat means comprising at least one envelope made of fusible material and of pouring material into the mold molten material consisting of a particularly ferrous alloy with a melting temperature substantially equivalent to that of said envelope of the heat medium, this envelope having a thickness and a thermal inertia sufficient to allow a surface fusion of the envelope
sans la détériorer.without damaging it.
On obtient ainsi un élément chauffant formé d'un moyen calorifique tel que par exemple une résistance électrique enfermée dans une enveloppe métallique ou un tube de produit verrier sous halogène, noyée dans la masse d'un matériau en alliage ferreux tel qu'une fonte grise par exemple, la fusion superficielle de l'enveloppe de la résistance au contact dudit alliage lors du moulage, assurant une liaison intime entre les matériaux procurant une One thus obtains a heating element formed of a calorific means such as for example an electrical resistance enclosed in a metal casing or a tube of glass product under halogen, embedded in the mass of a ferrous alloy material such as gray cast iron for example, the surface melting of the envelope of the resistance in contact with said alloy during molding, ensuring an intimate bond between the materials providing a
efficacité optimale des transferts thermiques. optimal efficiency of heat transfers.
Tout écran tels qu'interstices ou lame d'air entre la résistance et son dissipateur formé par l'alliage noyant la résistance, est supprimé et la qualité de la liaison entraîne une plus grande longévité de l'élément chauffant ainsi que la suppression des dilatations différentielles, sources de bruit et de Any screen such as gaps or air gap between the resistor and its dissipator formed by the alloy embedding the resistor, is eliminated and the quality of the connection leads to a longer life of the heating element as well as the elimination of expansions. differentials, sources of noise and
contraintes, entre résistance et diffuseur thermique. constraints, between resistance and thermal diffuser.
Le moyen calorifique peut être constitué, outre les résistances blindées ou à enveloppe en produit verrier, par un fluide caloporteur circulant dans une enveloppe en matériau approprié, ou encore par la combinaison dans un même élément chauffant de deux sources différentes, par exemple une résistance The heating means can be constituted, in addition to the shielded resistances or with an envelope made of glass product, by a heat transfer fluid circulating in an envelope made of an appropriate material, or also by the combination in the same heating element of two different sources, for example a resistance
électrique blindée et un fluide caloporteur tel que de l'eau. shielded electrical system and a heat transfer fluid such as water.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui Other characteristics and advantages will emerge from the description which
va suivre de modes de mise en oeuvre de l'invention, description donnée à titre will follow modes of implementation of the invention, description given as
d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective d'un élément chauffant conforme à l'invention; - La figure la représente la seule résistance électrique de l'élément chauffant de la figure 1; - La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-Il de l'élément chauffant de la figure 1; - La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de l'élément chauffant de la figure 1; - La figure 4 est une vue schématique d'un appareil de chauffage rayonnant équipé d'un élément chauffant selon l'invention; - La figure 5 est une vue schématique d'un appareil de chauffage convectif équipé d'un élément chauffant selon l'invention; - La figure 6 est une vue schématique d'un appareil de chauffage convectif à accumulation équipé d'éléments chauffants selon l'invention; - La figure 7 est une vue schématique d'un appareil de chauffage convectif à accumulation équipé d'un élément chauffant selon l'invention, et - La figure 8 est une vue schématique d'un grill électrique équipé by way of example only and with reference to the appended drawings in which: - Figure 1 is a perspective view of a heating element according to the invention; - Figure la shows the only electrical resistance of the heating element of Figure 1; - Figure 2 is a sectional view along line II-II of the heating element of Figure 1; - Figure 3 is a sectional view along line III-III of the heating element of Figure 1; - Figure 4 is a schematic view of a radiant heating device equipped with a heating element according to the invention; - Figure 5 is a schematic view of a convective heating device equipped with a heating element according to the invention; - Figure 6 is a schematic view of a convective storage heater equipped with heating elements according to the invention; - Figure 7 is a schematic view of a convective storage heater equipped with a heating element according to the invention, and - Figure 8 is a schematic view of an electric grill equipped
d'un élément chauffant selon l'invention. a heating element according to the invention.
Sur les figures 1 à 3, on a représenté un élément chauffant réalisé In Figures 1 to 3, there is shown a heating element made
conformément au procédé de l'invention. according to the method of the invention.
Cet élément est constitué d'une résistance électrique blindée 1 noyée dans une plaque 2 en alliage ferreux, pourvue de cannelures 3 sur ses deux This element consists of an armored electrical resistance 1 embedded in a plate 2 of ferrous alloy, provided with grooves 3 on its two
faces.faces.
La plaque 2 a une forme générale rectangulaire, est munie d'un côté, dans ses quatre angles, de plots 4 destinés à la fixation de l'élément chauffant The plate 2 has a generally rectangular shape, is provided on one side, in its four angles, with studs 4 intended for fixing the heating element
sur le bâti de l'appareil récepteur. on the frame of the receiving device.
La résistance électrique 1, qui est par exemple une résistance blindée conventionnelle comprenant un conducteur électrique noyé dans de la magnésie comprimée enfermée dans une gaine ou enveloppe métallique, est The electrical resistance 1, which is for example a conventional shielded resistance comprising an electrical conductor embedded in compressed magnesia enclosed in a metal sheath or envelope, is
disposée selon un trajet sinueux dans l'épaisseur de la plaque 2. arranged along a winding path in the thickness of the plate 2.
La résistance 1 est représentée seule et en trait plein sur la figure la et en tiretés, noyée dans la plaque 2 sur la figure 1, les seules extrémités la, 1 b émergeant de la plaque dans une large encoche 5 ménagée dans l'un des Resistor 1 is shown alone and in solid lines in FIG. 1a and in dashed lines, embedded in the plate 2 in FIG. 1, the only ends 1a, 1b emerging from the plate in a large notch 5 formed in one of the
bords longitudinaux de ladite plaque 2. longitudinal edges of said plate 2.
Lesdites extrémités l a, l b sont en regard et laissent apparaître les extrémités dénudées de la résistance électrique 6 pour leur raccordement au Said ends l a, l b are opposite and reveal the stripped ends of the electrical resistance 6 for their connection to the
circuit d'alimentation électrique de l'appareil. the appliance's power supply circuit.
La résistance 1 est cintrée et s'étend dans un plan qui coïncide Resistor 1 is curved and extends in a coincident plane
(figure 2) avec le plan de symétrie de la plaque 2. (Figure 2) with the plane of symmetry of the plate 2.
Au droit de la résistance 1, la plaque 2 présente un renflement tubulaire In line with the resistor 1, the plate 2 has a tubular bulge
7 correspondant au tracé de la résistance. 7 corresponding to the resistance plot.
Le procédé de fabrication de l'élément chauffant 1-2 de la figure 1, consiste, conformément à l'invention, à conformer la résistance 1 comme illustré par la figure la et à munir la zone des extrémités la, lb, d'un noyau The method of manufacturing the heating element 1-2 of FIG. 1 consists, in accordance with the invention, in forming the resistance 1 as illustrated in FIG. La and in providing the zone of the ends la, lb, with a core
protecteur 8 recouvrant lesdites extrémités. protector 8 covering said ends.
Ce noyau 8 est par exemple en sable, en céramique, en polystyrène ou tout autre matériau approprié. Il est destiné à protéger des extrémités la, 1 b This core 8 is for example made of sand, ceramic, polystyrene or any other suitable material. It is intended to protect the ends 1a, 1b
et à délimiter l'encoche 5 de la plaque 2. and delimit the notch 5 of the plate 2.
L'ensemble 1,8 est alors mis en place dans un moule en deux parties M1, M2 (figure 2) dont la paroi interne est conformée en fonction des forme et dimensions de la plaque 2. Ledit ensemble 1,8 peut être fixé en position correcte par tous moyens appropriés, tel que collage par exemple. L'ensemble 1,8 forme ainsi un noyau à l'intérieur du moule M1, M2, qui va être complètement noyé dans un alliage notamment ferreux liquide acheminé de préférence à la partie inférieure du moule par un conduit 9 (coulée en source), le liquide remplissant peu à peu tout le moule en s'élevant à l'intérieur de ce The assembly 1.8 is then placed in a two-part mold M1, M2 (FIG. 2), the internal wall of which is shaped as a function of the shape and dimensions of the plate 2. Said assembly 1.8 can be fixed in correct position by all appropriate means, such as gluing for example. The assembly 1.8 thus forms a core inside the mold M1, M2, which will be completely embedded in an alloy, in particular a ferrous liquid, preferably conveyed to the lower part of the mold by a conduit 9 (source pouring), the liquid gradually filling the entire mold by rising inside this
dernier, des évents étant bien entendu prévus aux endroits appropriés. last, vents being of course provided in the appropriate places.
L'alliage ferreux utilisé, par exemple une fonte grise, est choisi ou déterminé de façon à présenter une température de fusion voisine de celle de la gaine ou enveloppe de la résistance 1. Cette dernière présente par ailleurs une épaisseur et une inertie thermique minimale, afin que le contact entre le liquide de coulée et ladite gaine ou enveloppe entraîne seulement une fusion superficielle de la "peau" de la gaine, sans provoquer de détérioration de cette The ferrous alloy used, for example gray cast iron, is chosen or determined so as to have a melting temperature close to that of the sheath or envelope of the resistance 1. The latter also has a thickness and a minimum thermal inertia, so that the contact between the pouring liquid and said sheath or envelope only causes a surface fusion of the "skin" of the sheath, without causing deterioration of this
dernière.last.
On obtient ainsi une liaison intime entre les matériaux de la gaine ou An intimate connection is thus obtained between the materials of the sheath or
enveloppe de la résistance 1 et de la plaque de coulée 2. shell of the resistor 1 and of the casting plate 2.
Après refroidissement, démoulage et retrait du noyau protecteur 8, on After cooling, demolding and removal of the protective core 8, we
obtient l'élément chauffant de la figure 1. obtains the heating element of figure 1.
Ladite liaison intime entre les matériaux confère une efficacité optimale aux transferts thermiques entre la résistance 1 et la plaque 2 faisant office de dissipateur ou diffuseur thermique. Ceci a pour conséquence un accroissement de la longévité de l'élément chauffant, ainsi que la suppression des dilatations différentielles, sources de bruit et de contraintes, entre la résistance 1 et le Said intimate connection between the materials gives optimum efficiency to the heat transfers between the resistor 1 and the plate 2 acting as a heat sink or diffuser. This results in an increase in the longevity of the heating element, as well as the elimination of differential expansions, sources of noise and stress, between the resistance 1 and the
dissipateur 2.heatsink 2.
La conduite de la coulée doit être menée de façon à ne pas créer de zones de surchauffe de la gaine de la résistance 1 à l'intérieur du moule. D'autres techniques de coulée que la coulée en source peuvent être utilisées dans la mesure o l'on respecte l'impératif d'absence de surchauffe The conduction of the casting must be carried out so as not to create zones of overheating of the sheath of the resistance 1 inside the mold. Other casting techniques than source casting can be used as long as the imperative of absence of overheating is respected
rappelé ci-dessus.recalled above.
L'élément chauffant (1, 2) de la figure 1 peut équiper divers types d'appareils de chauffage électrique. Les figures 4 et 5 illustrent un appareil de chauffage par rayonnement et un appareil de chauffage convectif The heating element (1, 2) of Figure 1 can equip various types of electric heating devices. Figures 4 and 5 illustrate a radiation heater and a convective heater
respectivement, incorporant chacun un élément chauffant (1, 2). respectively, each incorporating a heating element (1, 2).
La figure 6 représente schématiquement un appareil de chauffage convectif du type à accumulation, comprenant trois éléments chauffants selon I'invention, respectivement 10, 1 1 et 12, formés d'une plaque disposée sur la tranche et enveloppant chacune une résistance électrique blindée 1. Les trois plaques 10, 11, 12 sont placées en chicane pour contraindre le flux d'air à lécher le maximum de surface des plaques qui, par ailleurs, présentent, sur FIG. 6 schematically represents a convective heating device of the storage type, comprising three heating elements according to the invention, respectively 10, 11 and 12, formed of a plate placed on the edge and each enveloping an armored electrical resistance 1. The three plates 10, 11, 12 are placed in a baffle to force the air flow to lick the maximum surface area of the plates which, moreover, have, on
leurs faces en regard, des nervures verticales 13 de canalisation de l'air. their opposite faces, vertical ribs 13 for air channeling.
La figure 7 représente un appareil de chauffage convectif comportant un élément chauffant de forme cylindrique constitué d'une résistance électrique 1 en hélice noyée dans un dissipateur tubulaire 14 muni intérieurement de FIG. 7 represents a convective heating device comprising a heating element of cylindrical shape consisting of an electrical resistance 1 in a helix embedded in a tubular dissipator 14 provided internally with
cannelures verticales 14 et recouvert extérieurement d'un manchon isolant 16. vertical grooves 14 and externally covered with an insulating sleeve 16.
L'ensemble forme une cheminée chauffante à convection naturelle (ou forcée). The whole forms a heating chimney with natural (or forced) convection.
La figure 8 représente une plaque de grill constituée d'un élément chauffant comprenant une résistance électrique blindée 1 noyée dans une plaque 17, par exemple de fonte grise, munie de cannelures 18 sur sa face supérieure. Les éléments chauffants (10,11,12; 1,14; 1,17) des figures 6 à 8 sont réalisés conformément au procédé de l'invention. Les formes et dimensions de la résistance 1 et de la plaque ou analogue (2, 10 à 12, 14, 17) formant FIG. 8 represents a grill plate made up of a heating element comprising an armored electrical resistance 1 embedded in a plate 17, for example of gray cast iron, provided with grooves 18 on its upper face. The heating elements (10,11,12; 1,14; 1,17) of Figures 6 to 8 are produced according to the method of the invention. The shapes and dimensions of the resistor 1 and of the plate or the like (2, 10 to 12, 14, 17) forming
dissipateur sont variables en fonction du type d'appareils à équiper. heatsink are variable depending on the type of devices to be fitted.
Il est à noter que la surface émettrice du dissipateur (surface cannelée ou nervurée) peut subir un traitement pour lui conférer des propriétés It should be noted that the emitting surface of the dissipator (grooved or ribbed surface) can undergo a treatment to give it properties.
thermiques améliorées ou particulières. improved or specific thermal.
C'est ainsi que cette surface peut être traitée mécaniquement ou chimiquement ou revêtue d'une peinture noire, mate ou réfléchissante pour lui conférer un état améliorant les échanges thermiques par rayonnement ou This is how this surface can be treated mechanically or chemically or coated with a black, matt or reflective paint to give it a state that improves heat exchange by radiation or
convection ou privilégiant un mode d'échange plutôt que l'autre. convection or favoring one mode of exchange over the other.
De même, avant la coulée du matériau d'enrobage de la gaine ou enveloppe de la résistance 1, on peut mettre en oeuvre un poteyage de ladite gaine ou enveloppe, à l'aide d'un liquide ou d'une poudre contenant des produits réfractaires ou isolants, dans le but d'éviter l'attaque par l'alliage coulé, de réduire les chocs thermiques subis par la résistance, d'ajuster la Likewise, before casting the coating material of the sheath or envelope of the resistor 1, it is possible to use a coating of said sheath or envelope, using a liquid or a powder containing products refractory or insulating, in order to avoid attack by the cast alloy, to reduce the thermal shocks undergone by the resistance, to adjust the
température de fusion ou de modifier les propriétés thermiques du dissipateur. melting temperature or change the thermal properties of the heat sink.
D'une manière générale, on fera en sorte, par le choix ou la i15 détermination du matériau de la gaine ou enveloppe de la résistance ou analogue et/ou du matériau de l'alliage de coulée, d'avoir des températures de fusion desdits matériaux voisines, cette adaptation ou adéquation des températures de fusion des deux matériaux en présence pouvant également Generally speaking, the selection or determination of the material of the sheath or envelope of the resistor or the like and / or of the material of the casting alloy will result in melting temperatures of the said materials. neighboring materials, this adaptation or adequacy of the melting temperatures of the two materials present may also
être atteinte par toute technique, telle que le poteyage entre autres. be affected by any technique, such as poteyage among others.
La résistance 1 peut être d'un autre type que les résistances blindées traditionnelles et par exemple être constituée par un filament sous halogène enfermé dans un tube en verre, quartz ou analogue, dont la température de Resistor 1 can be of another type than traditional armored resistors and for example be constituted by a halogen filament enclosed in a glass, quartz or similar tube, the temperature of which
fusion est voisine de celle de l'alliage que l'on envisage d'utiliser. fusion is close to that of the alloy which we plan to use.
La gaine métallique de la résistance 1 peut comporter éventuellement The metallic sheath of resistance 1 may optionally include
des ailettes diffusantes.diffusing fins.
Il est à noter que dans les divers exemples de réalisation indiqués cidessus une même plaque ou analogue (2, 10 à 12, 14, 16) peut inclure It should be noted that in the various embodiments indicated above, the same plate or the like (2, 10 to 12, 14, 16) may include
plusieurs résistances 1 en parallèle. several resistors 1 in parallel.
En variante, on peut également envisager comme moyen calorifique, aux lieu et place de la résistance électrique 1, un fluide caloporteur, tel que de l'eau ou un autre fluide, circulant dans une enveloppe métallique noyée dans un matériau en alliage notamment ferreux conformément à la présente invention. Un élément chauffant selon l'invention peut aussi être constitué de deux sources calorifiques distinctes et de nature différente, par exemple une association d'une résistance électrique blindée et d'un fluide caloporteur, les enveloppes des deux sources étant soit juxtaposées, soit solidaires l'une de l'autre, les deux enveloppes pouvant éventuellement faire partie d'un même ensemble monobloc. Ces deux enveloppes sont bien entendu traitées comme As a variant, it is also possible to envisage as a heat medium, instead of the electrical resistance 1, a heat-transfer fluid, such as water or another fluid, circulating in a metal casing embedded in a material, in particular a ferrous alloy in accordance to the present invention. A heating element according to the invention may also consist of two distinct heat sources and of different nature, for example a combination of an armored electrical resistance and a heat transfer fluid, the envelopes of the two sources being either juxtaposed or integral l 'from one another, the two envelopes possibly being part of the same monobloc assembly. These two envelopes are of course treated as
une enveloppe unique et noyée dans un matériau coulé. a single envelope embedded in a cast material.
Enfin, I'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne les formes et dimensions du ou des moyens calorifiques, du dissipateur constitué par le matériau coulé autour desdits moyens calorifiques. La surface du dissipateur peut être revêtue de tout matériau (émail, téflon, peinture) propre à l'application envisagée, et / ou présenter des formes favorisant l'échange thermique, telles que picots, ailettes, etc. Finally, the invention is obviously not limited to the embodiments shown and described above, but on the contrary covers all variants thereof, in particular as regards the shapes and dimensions of the heat means or means, of the dissipator constituted by the material poured around said heat means. The surface of the dissipator can be coated with any material (enamel, Teflon, paint) specific to the envisaged application, and / or have shapes favoring heat exchange, such as pins, fins, etc.
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