FR2744116A1 - Substrate used for cooking and/or temperature maintaining devices - Google Patents
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Abstract
Description
SUBSTRAT DESTINE A EQUIPER UN DISPOSITIF DE CUISSON
ET/OU DE MAINTIEN EN TEMPERATURE
L'invention concerne des dispositifs de cuisson et/ou de maintien en température constitué d'au moins une plaque vitrocéramique.SUBSTRATE FOR EQUIPPING A COOKING DEVICE
AND / OR HOLDING IN TEMPERATURE
The invention relates to cooking and / or temperature maintenance devices consisting of at least one glass-ceramic plate.
L'invention sera plus particulièrement décrite en référence à des plaques de cuisson, comportant par exemple plusieurs foyers, destinées à recevoir des ustensiles tels que casseroles ou poêles. Toutefois, celle-ci ne se limite pas à de telles applications mais concerne également d'autres applications telles que des plaques destinées à équiper des fours ou tout type d'appareils électroménagers dont la fonction est la cuisson, le chauffage ou le maintien en température ; il s'agit par exemple de grille-pain de chauffe-plats... The invention will be more particularly described with reference to cooking plates, comprising for example several homes for receiving utensils such as pots or pans. However, it is not limited to such applications but also relates to other applications such as plates for furnaces or any type of household appliances whose function is cooking, heating or maintaining temperature ; for example, it is a dish-warming toaster ...
Les tables de cuisson telles qu'elles sont habituellement réalisées se composent d'une plaque vitrocéramique couvrant un bâti métallique dans lequel sont fixés des éléments chauffants. Les éléments chauffants peuvent par exemple être des éléments radiants ou bien halogènes. Les plaques de cuisson ainsi réalisées présentent une épaisseur non négligeable. Cet inconvénient lié à l'épaisseur peut être au moins partiellement résolu lorsque la plaque doit être encastrée dans un plan de travail ; dans un tel cas, il est en effet possible de prévoir une épaisseur de plan de travail présentant une épaisseur équivalente à celle de la plaque de cuisson. Par contre, lorsque la plaque équipe un dispositif portable concu pour être déposé sur le plan de travail, I'épaisseur relativement importante de la table de cuisson ne peut être dissimulée et conduit inévitablement à un dispositif encombrant de par son épaisseur. The hobs as they are usually made consist of a ceramic hob covering a metal frame in which are attached heaters. The heating elements may for example be radiant or halogen elements. The cooking plates thus produced have a significant thickness. This disadvantage related to the thickness can be at least partially solved when the plate must be embedded in a worktop; in such a case, it is indeed possible to provide a thickness of working plane having a thickness equivalent to that of the cooking plate. On the other hand, when the plate equips a portable device designed to be placed on the worktop, the relatively large thickness of the hob can not be concealed and inevitably leads to a cumbersome device by its thickness.
Par ailleurs, les éléments chauffants sont disposés sur le fond du bâti métallique et sont donc placés à distance de la plaque vitrocéramique sur laquelle seront placés les éléments à cuire ou chauffer. Du fait de cette distance séparant les éléments chauffants de la plaque, la puissance dissipée par les éléments chauffants est atténuée par dissipation dans le volume d'air que le rayonnement traverse. Furthermore, the heating elements are arranged on the bottom of the metal frame and are therefore placed at a distance from the glass-ceramic plate on which the elements to be cooked or heated will be placed. Because of this distance separating the heating elements from the plate, the power dissipated by the heating elements is attenuated by dissipation in the volume of air that the radiation passes through.
L'invention a ainsi notamment pour but de réaliser des plaques de cuisson présentant un encombrement réduit et peu de pertes énergétiques. The invention thus particularly aims to achieve cooking plates having a small footprint and low energy losses.
Ce but est atteint selon l'invention par un substrat destiné à équiper un dispositif de cuisson et/ou de maintien en température constitué d'une plaque vitrocéramique, ladite plaque étant recouverte au moins partiellement sur l'une de ses faces d'une couche conductrice associée à des amenées de courant électrique. II s'avère qu'un tel substrat peut permettre d'atteindre des températures suffisantes en surface supérieure de la plaque vitrocéramique, c'est-à-dire sur la surface pouvant venir au contact des éléments chauffants, notamment pour chauffer et/ou maintenir en température des appareils tels que des casseroles. This object is achieved according to the invention by a substrate intended to equip a cooking and / or temperature maintenance device consisting of a glass-ceramic plate, said plate being covered at least partially on one of its faces with a layer. conductive associated with electric power supplies. It turns out that such a substrate can achieve sufficient temperatures on the upper surface of the glass-ceramic plate, that is to say on the surface that can come into contact with the heating elements, in particular to heat and / or maintain in temperature appliances such as pans.
Selon une réalisation préférée de l'invention, la couche conductrice couvre la face inférieure de la plaque vitrocéramique, c'est-à-dire la face qui n'est pas destinée à être en contact avec des éléments à cuire, chauffer et/ou maintenir en température. Une telle réalisation permet tout d'abord de prévenir tout risque de dégradation de la couche conductrice pouvant intervenir lors du nettoyage de la plaque ou bien par exemple lors du frottement d'une casserole dont le fond présente des aspérités. Par ailleurs, une telle couche conductrice est avantageusement alimentée par une tension de l'ordre de 230 volts ; sa réalisation sur la face qui ne peut être atteinte par l'utilisateur est préférable pour prévenir tout risque d'électrocution. According to a preferred embodiment of the invention, the conductive layer covers the lower face of the glass-ceramic plate, that is to say the face which is not intended to be in contact with elements to be cooked, heated and / or keep in temperature. Such an embodiment firstly makes it possible to prevent any risk of degradation of the conductive layer that may occur during cleaning of the plate or, for example, during the friction of a pan whose bottom has roughness. Moreover, such a conductive layer is advantageously powered by a voltage of the order of 230 volts; its realization on the face that can not be reached by the user is preferable to prevent any risk of electrocution.
Dans le cas d'une plaque vitrocéramique comportant une face picot, c'est-à-dire une face comportant des picots qui assurent notamment un renforcement des propriétés mécaniques telles que résistances aux chocs, aux frottements, ..., la couche conductrice est avantageusement réalisée sur cette face. In the case of a glass-ceramic plate having a pin face, that is to say a face having pins which in particular provide a strengthening of mechanical properties such as resistance to shocks, friction, ..., the conductive layer is advantageously carried out on this face.
Le substrat ainsi décrit selon l'invention permet de limiter les pertes énergétiques puisque la couche conductrice est directement au contact de la plaque vitrocéramique ; il ne se produit en effet que peu de perte énergétique lors du transfert de chaleur de l'élément chauffant, que constitue la couche conductrice, à la plaque vitrocéramique. Toutefois, pour limiter encore ces pertes, I'invention prévoit avantageusement le dépôt d'une couche basse émissive. II s'agit par exemple d'une couche du type ITO (Indium Tin oxyde) ou du type oxyde d'étain dopé fluor (SnO2:F). II peut également s'agir de couches métalliques telles que des couches d'aluminium, de cuivre, de tungstène, de molybdène. The substrate thus described according to the invention makes it possible to limit the energy losses since the conductive layer is directly in contact with the vitroceramic plate; in fact, there is little energy loss during the transfer of heat from the heating element, which constitutes the conductive layer, to the glass-ceramic plate. However, to further limit these losses, the invention advantageously provides for the deposition of a low emissive layer. It is for example a layer of the type ITO (Indium Tin oxide) or the type of tin oxide doped fluorine (SnO2: F). It may also be metal layers such as layers of aluminum, copper, tungsten, molybdenum.
De même, I'invention prévoit avantageusement de recouvrir la couche conductrice d'un isolant thermique et/ou un réflecteur, toujours pour diminuer les déperditions énergétiques, et également pour éviter notamment une élévation trop importante de la température du mobilier d'encastrement. Similarly, the invention advantageously provides to cover the conductive layer with a thermal insulator and / or a reflector, always to reduce energy losses, and also to avoid in particular an excessive rise in the temperature of the flush furniture.
De façon à satisfaire à certaines normes de sécurité pouvant être exigées pour certaines applications, I'invention prévoit avantageusement la présence d'une couche isolante électrique entre la couche conductrice et la plaque vitrocéramique. Une telle couche est par exemple une couche carbone diamant qui peut être réalisée sur la plaque vitrocéramique par dépôt chimique en phase vapeur ; il peut également s'agir d'une couche de zircone réalisée par pulvérisation cathodique à la surface de la plaque vitrocéramique. Une telle couche permet de garantir une isolation électrique pour des tensions de 3750 volts en tension continue. In order to meet certain safety standards that may be required for certain applications, the invention advantageously provides for the presence of an electrical insulating layer between the conductive layer and the vitroceramic plate. Such a layer is for example a diamond carbon layer which can be produced on the glass-ceramic plate by chemical vapor deposition; it may also be a zirconia layer produced by cathodic sputtering on the surface of the glass-ceramic plate. Such a layer makes it possible to guarantee electrical insulation for voltages of 3750 volts in DC voltage.
Selon une réalisation avantageuse de l'invention, les amenées de courant sont constituées d'un émail conducteur, par exemple à base de pâte d'argent. According to an advantageous embodiment of the invention, the current leads consist of a conductive enamel, for example based on silver paste.
De telles amenées de courant peuvent être réalisées par toutes méthodes connues de l'homme du métier et par exemple par dépôt au travers d'un écran de soie ou plus exactement par sérigraphie. Ces amenées de courant peuvent être disposées sous la couche conductrice, c'est-à-dire au contact de la plaque vitrocéramique ou bien de la couche intermédiaire isolante électrique et bien entendu de la couche conductrice. Such current leads can be made by any method known to those skilled in the art and for example by deposition through a silk screen or more precisely by screen printing. These current leads can be arranged under the conductive layer, that is to say in contact with the glass-ceramic plate or the electrical insulating intermediate layer and of course the conductive layer.
Selon une autre variante de réalisation, les amenées de courant sont déposées sur la couche conductrice. According to another embodiment, the current leads are deposited on the conductive layer.
Notamment dans le cas de la réalisation d'une plaque de cuisson, les zones chauffantes de la plaque vitrocéramique doivent être localisées de façon par exemple à correspondre aux zones sur lesquelles seront déposées les casseroles. Pour limiter la dissipation de chaleur à ces zones de chauffe,
I'invention propose, de préférence, une couche conductrice qui couvre des parties de la plaque vitrocéramique constituant lesdites zones de chauffe, lesdites zones étant isolées électriquement des zones restantes de la couche déposée à la surface de la plaque vitrocéramique. Une telle réalisation permet lorsque une ou plusieurs zones de chauffe sont alimentées en courant électrique, de ne pas alimenter les autres zones de la couche conductrice et donc de ne pas chauffer les zones correspondantes de la plaque vitrocéramique.Particularly in the case of the production of a hob, the heating zones of the glass-ceramic hob must be located in such a way as to correspond to the zones on which the pans will be placed. To limit the heat dissipation to these heating zones,
The invention preferably provides a conductive layer which covers portions of the glass-ceramic plate constituting said heating zones, said zones being electrically insulated from the remaining areas of the layer deposited on the surface of the glass-ceramic plate. Such an embodiment makes it possible, when one or more heating zones are supplied with electric current, not to supply the other zones of the conductive layer and thus not to heat the corresponding zones of the glass-ceramic plate.
L'invention propose également un procédé de fabrication d'un substrat tel que présenté précédemment. Selon l'invention, le procédé de fabrication d'un substrat destiné à équiper un dispositif de cuisson et/ou de maintien en température, constitué d'une plaque vitrocéramique consiste à déposer une couche conductrice sur une face de ladite plaque vitrocéramique et à déposer des amenées de courant au contact de ladite couche. The invention also proposes a method of manufacturing a substrate as presented above. According to the invention, the method of manufacturing a substrate intended to equip a cooking and / or temperature maintenance device, consisting of a glass-ceramic plate consists of depositing a conductive layer on one side of said glass-ceramic plate and to deposit current leads in contact with said layer.
Différentes techniques de dépôt sont envisageables. II s'agit par exemple des techniques de pyrolyse de poudre, de dépôt chimique en phase vapeur et de pulvérisation cathodique. L'invention propose également de réaliser le dépôt sous atmosphère réduite et/ou inerte. Ces techniques de dépôt permettent de réaliser des couches conductrices présentant une épaisseur homogène. Cet aspect des couches est indispensable pour les applications envisagées qui nécessitent une puissance de chauffe homogène sur la surface. Une technique telle que celle d'un dépôt de couche par pyrolyse liquide ne pourrait satisfaire ces exigences car elle conduit à un état de surface de la couche déposée non homogène et à des inégalités d'épaisseurs. Cette inhomogénéité est notamment due au procédé qui conduit à des agglomérats de gouttelettes qui génèrent des défauts. Different deposit techniques are possible. These are, for example, powder pyrolysis, chemical vapor deposition and sputtering techniques. The invention also proposes to perform the deposition under reduced atmosphere and / or inert. These deposition techniques make it possible to produce conducting layers having a homogeneous thickness. This aspect of the layers is essential for the envisaged applications which require a homogeneous heating power on the surface. A technique such as that of a liquid pyrolysis layer deposition could not meet these requirements because it leads to a surface state of the non-homogeneous deposited layer and unequal thicknesses. This inhomogeneity is due in particular to the process which leads to agglomerates of droplets which generate defects.
Plus particulièrement, dans le cas du dépôt de la couche conductrice sur la face picot d'une plaque vitrocéramique, I'invention préconise un dépôt selon une technique par voie chimique en phase gazeuse communément nommée
CVD (Chemical Vapor Deposition).More particularly, in the case of the deposition of the conductive layer on the picot side of a glass-ceramic plate, the invention recommends a deposition according to a technique commonly known as gaseous chemical method.
CVD (Chemical Vapor Deposition).
Selon une première variante de l'invention, le dépôt est réalisé par l'intermédiaire d'un masque définissant les zones de dépôt de la couche. De cette façon, il est possible de ne déposer la couche qu'aux endroits choisis pour constituer des zones chauffantes. Un tel masque est par exemple réaliser par dépôt par sérigraphie d'oxyde de fer, tel que celui utilisé dans les techniques anciennes de fabrication verrière pour polir le verre après l'étape de doucissage. Le masque est retiré ultérieurement. According to a first variant of the invention, the deposition is carried out via a mask defining the deposition zones of the layer. In this way, it is possible to deposit the layer only at the selected locations to form heating zones. Such a mask is for example made by silk screen deposition of iron oxide, such as that used in the ancient glass manufacturing techniques for polishing the glass after the step of grinding. The mask is removed later.
Selon une autre variante de l'invention, il est proposé de déposer la couche conductrice sur des surfaces supérieures à celles choisies pour constituer les zones chauffantes puis à éliminer une partie de ladite couche de façon à isoler électriquement les zones de chauffe des autres parties de la couche conductrice. Une technique couramment utilisée pour éliminer notamment des couches d'oxyde semi-conducteur consiste à traiter la couche avec de l'hydrogène naissant. Cette technique consiste à déposer par sérigraphie de la poudre de zinc à partir d'une suspension dans un solvant sur la zone à traiter. Après séchage, on pulvérise d'acide chlorhydrique le dépôt de zinc et l'hydrogène naissant détruit la couche. On obtient ainsi une bande isolante correspondant à la zone traitée. D'autres techniques permettant de réaliser une bande isolante peuvent être utilisées ; il s'agit notamment de techniques par gravure chimique, par laser, par électro-érosion, notamment décrite dans le brevet EP-154 572 B. According to another variant of the invention, it is proposed to deposit the conductive layer on surfaces greater than those chosen to constitute the heating zones and then to remove a portion of said layer so as to electrically isolate the heating zones of the other parts of the the conductive layer. A technique commonly used to eliminate in particular semiconductor oxide layers is to treat the layer with nascent hydrogen. This technique consists of serigraphically depositing zinc powder from a suspension in a solvent on the area to be treated. After drying, the deposition of zinc is sprayed with hydrochloric acid and the incipient hydrogen destroys the layer. This gives an insulating strip corresponding to the treated area. Other techniques for producing an insulating strip can be used; these include techniques by chemical etching, by laser, by electro-erosion, in particular described in patent EP-154 572 B.
D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortiront ci-après de la description d'essais réalisés conformément à l'invention. Other details and advantageous features of the invention will emerge below from the description of tests carried out in accordance with the invention.
Lors des essais, différents types de couches ont été déposés selon le procédé de l'invention. During the tests, different types of layers were deposited according to the method of the invention.
Le tableau ci-après présente quelques exemples de couches conductrices pouvant être déposées sur une plaque vitrocéramique. Ce tableau précise également la résistivité de ces couches ainsi que l'épaisseur souhaitée pour obtenir une résistance carrée de 35 Ohms. Une telle résistance carrée correspond à une densité de puissance comparable à celle de foyers
2 électriques qui est d'environ 7,7 w/cm2.
The table below shows some examples of conductive layers that can be deposited on a glass-ceramic plate. This table also specifies the resistivity of these layers as well as the desired thickness to obtain a square resistance of 35 Ohms. Such a square strength corresponds to a power density comparable to that of fireplaces
2 electric which is about 7.7 w / cm2.
<tb><Tb>
<SEP> COUCHE <SEP> RESISTIVITE <SEP> EPAISSEUR
<tb> <SEP> nm <SEP>
<tb> SnO2:F <SEP> 7.10-6 <SEP> 200
<tb> ITO <SEP> 2.10 <SEP> 60
<tb> Aluminium <SEP> 2,65 <SEP> 1
<tb> Cuivre <SEP> 1,678.10 <SEP> 1 <SEP>
<tb> Tungstène <SEP> 5 <SEP> , <SEP> 28. <SEP> 10- <SEP> 1,5
<tb> Molybdène <SEP> 5,34.1on8 <SEP> 1,5
<tb>
La réalisation de plaques vitrocéramiques comportant de telles couches permet d'atteindre en surface supérieure de la plaque vitrocéramique une température de l'ordre de 6000C pour une tension de courant de 230 volts.<SEP> LAYER <SEP> RESISTIVITY <SEP> THICKNESS
<tb><SEP> nm <SEP>
<tb> SnO2: F <SEP> 7.10-6 <SEP> 200
<tb> ITO <SEP> 2.10 <SEP> 60
<tb> Aluminum <SEP> 2.65 <SEP> 1
<tb> Copper <SEP> 1,678.10 <SEP> 1 <SEP>
<tb> Tungsten <SEP> 5 <SEP>, <SEP> 28. <SEP> 10- <SEP> 1.5
<tb> Molybdenum <SEP> 5.34.1on8 <SEP> 1.5
<Tb>
The production of glass-ceramic plates comprising such layers makes it possible to reach the upper surface of the vitroceramic plate a temperature of the order of 6000.degree. C. for a current voltage of 230 volts.
Une telle température permet donc d'utiliser la plaque obtenue comme plaque de cuisson, celle-ci présentant un faible encombrement. Cette plaque de cuisson peut bien entendu comporter différentes zones chauffantes réalisées selon les méthodes précédemment décrites, c'est-à-dire isolées électriquement les unes des autres et isolées des zones restantes de la couche couvrant la surface.Such a temperature thus makes it possible to use the plate obtained as a cooking plate, the latter having a small bulk. This cooking plate may of course comprise different heating zones made according to the previously described methods, that is to say electrically isolated from each other and isolated from the remaining areas of the layer covering the surface.
Lors des essais réalisés avec les plaques selon l'invention, il s'est avéré que celles-ci présentaient d'autres avantages. Tout d'abord, la résistance électrique de ces couches évoluent en fonction de la température, il est possible à tout moment lors de l'utilisation d'une plaque de cuisson de connaître la température directement en surface de la plaque par mesure de la résistance ; ladite mesure pouvant être effectuée par un dispositif électronique réalisable par l'homme du métier et peu encombrant. une telle connaissance peut notamment autoriser une régulation plus précise de la puissance délivrée par rapport aux techniques connues qui se base sur la mesure de la température du volume d'air confiné entre l'élément chauffant et la plaque vitrocéramique. In the tests carried out with the plates according to the invention, it was found that these had other advantages. First, the electrical resistance of these layers change depending on the temperature, it is possible at any time during the use of a hob to know the temperature directly on the surface of the plate by measuring the resistance ; said measurement can be performed by an electronic device achievable by those skilled in the art and space-saving. such knowledge can in particular allow a more precise regulation of the delivered power compared to known techniques which is based on the measurement of the temperature of the air volume confined between the heating element and the glass-ceramic plate.
D'autre part, selon le choix du matériau constituant la couche, il est possible de réaliser soit une couche transparente, soit une couche opaque. La réalisation d'une couche opaque qui peut être visible au travers de la plaque vitrocéramique, peut notamment être utilisée pour contribuer à la réalisation de la décoration de ladite plaque. Une couche transparente peut permettre quant à elle par exemple de placer des indicateurs lumineux de température directement sous la zone de chauffe ou à proximité. Un autre avantage lié à la réalisation d'une couche transparente est de pouvoir associer celle-ci à des éléments chauffants du type foyer halogène ou foyer radiant et d'obtenir ainsi des systèmes de chauffage mixtes. On the other hand, depending on the choice of the material constituting the layer, it is possible to produce either a transparent layer or an opaque layer. The production of an opaque layer that can be visible through the glass-ceramic plate may in particular be used to contribute to the realization of the decoration of said plate. For example, a transparent layer can be used to place temperature indicators directly below or near the heating zone. Another advantage related to the production of a transparent layer is to be able to associate it with heating elements of the halogen or radiant furnace type and thus to obtain mixed heating systems.
La plaque vitrocéramique sur laquelle est déposée une couche conductrice associée à des amenées de courant peut donc constituer à elle seule une plaque de cuisson. Toutefois, lors de sa réalisation, il est possible de prévoir un carter du type bâti métallique qui lui est associé. Cette association permettra notamment de faciliter l'installation d'une telle plaque de cuisson. Le carter utilisé est bien entendu d'une épaisseur restreinte notamment par rapport à des carters utilisés pour contenir des éléments chauffants tels que ceux utilisés habituellement. L'utilisation d'un tel carter permet également de prévenir tout risque de contact de la couche conductrice ou des amenées de courant par l'utilisateur, notamment lorsque celles-ci sont mises sous tension. The vitroceramic plate on which is deposited a conductive layer associated with current leads can therefore itself constitute a cooking plate. However, during its realization, it is possible to provide a casing of the metal frame type associated with it. This association will notably facilitate the installation of such a hob. The casing used is of course of limited thickness, particularly with respect to housings used to contain heating elements such as those used usually. The use of such a housing also prevents any risk of contact of the conductive layer or current leads by the user, especially when they are energized.
Une autre réalisation d'une telle plaque de cuisson prévoit simplement de recouvrir la couche chauffante d'une couche isolante électrique telle qu'une couche du type carbone diamant. Une telle réalisation conduit alors à un encombrement minimum. Another embodiment of such a hob simply provides for covering the heating layer with an electrical insulating layer such as a layer of the diamond carbon type. Such an embodiment then leads to a minimum space requirement.
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