<Desc/Clms Page number 1>
Elément tubulaire de chauffe à bobines multiples.
La présente invention est relative aux éléments tubulaires de chauffage électrique, et plus particulièrement au type d'élé- ment où un seul tube contient plus d'une bobine de résistances.
De tels éléments tubulaires à bobines multiples ont été fabriqués par le demandeur il y a environ 15 ans et furent alors employés pour les réchauffeurs d'eau et autres liquides lorsque le manque d'espace empêchait l'emploi d'éléments tubulaires du type épingle à cheveux.
Trois types de réchauffeurs à bobines multiples furent faits à l'époque, notamment un réchauffeur à deux bobines avec conducteur de retour ayant trois bornes à l'une des extrémités du tube ; réchauffeur à une bobine dans lequel la bobine présentait un coude de retour à l'intérieur du tube à 1' une des extrémités, qui était fermée, de sorte que les deux bornes se présentaient à l'autre extrémité du tube ; un réchauffeur à trois bobines pour courant triphasé dans lequel trois extrémi- tés des bobines étaient réunies ensemble à l'intérieur de 1' élément tubulaire à l'une des extrémités, qui était fermée, et les autres trois extrémités des bobines formaient des bornes à l'autre extrémité de l'élément tubulaire.
Ces éléments tubulai- res à bobines multiples étaient satisfaisants pour les réchauffe de liquide, c'est-à-dire pour des réchauffeurs à basse température mais pour le travail à haute température, tel que plaques tubu- laires de cuisson, les bobines de chauffe adjacentes se réchauf-
<Desc/Clms Page number 2>
feraient mutuellement jusqu'à une température extrêmement élevée, la durée de l'élément étant ainsi sérieusement réduite, et 1' élément serait très sensible aux surcharges. Néanmoins, les plaques de cuisson à un seul tube avec deux bobines de chauffe l'une à côté de l'autre, connectées à un fil de retour à l'inté- rieur du tube à l'une des extrémités, et ayant trois bornes à l'autre extrémité du tube, ont récemment fait leur apparition sur le marché.
Le grand avantage d'une telle construction est qu'elle est bon marché à produire par rapport aux plaques de cuisson à deux ou trois tubes.
Cependant, des éléments de chauffe tels que ceux proposés précédemment sont sujets à au moins deux inconvénients. L'un de ceux-ci est le fait mentionné ci-dessus que les deux bobines de chauffe atteignent une température très élevée dans la région où les bobines sont le plus près l'une de l'autre. L'autre inconvé nient très sérieux est que la chaleur est répartie sur toute la surface de la plaque même à charge moyenne. Cela signifie qu' avec de petits récipients de cuisson (de par exemple 4 à 6 pouces diamètre), environ la moitié de l'énergie est gaspillée. On doit reconnaitre comme une condition bien définie qu'une plaque de cuisson (excepté celles de dimensions très petites, par exemple d'un diamètre de 4 pouces) doivent avoir un "centre chaud" quand l'interrupteur est placé dans la position médiane.
Quand la char- ge médiane est répartie sur toute la plaque, cela n'est pratique- ment d'aucune utilité car la charge pleine est toujours requise pour amener le liquide au point d'ébullition, et ensuite la charge nécessaire pour "petit feu" est suffisante. En d'autres mots, la charge moyenne n'est utilisée que pour la cuisson rapide dans un récipient de petit diamètre, mais cela est requis fréquem- ment.
L'on se rendra compte de plus que la construction de la plaque de chauffe à un seul tube qui se trouve maintenant sur le marché, ne prévoit pas une plaque à trois bobines de chauffe, qui est requise dans presque tous les pays d'Europe pour arriver à une charge pour "petit feu" raisonnablement basse. Aux Etats
<Desc/Clms Page number 3>
Unis et au Canada la charge pour petit feu ("pour tenir chaud") est atteinte avec deux bobines de chauffe seulement en utilisant deux voltages sur la même plaque de cuisson (115V et 230V). Cette disposition n'existe dans aucun pays d'Europe, et la charge de petit feu (100 à 200 watts) ne peut être atteinte qu'en prévoyant trois éléments à bobines en série.
La présente invention tend à éviter ces inconvénients, et l'un des objets de l'invention est de prévoir un élément tubulaire de chauffe bon marché ayant au moins deux bobines de chauffe dispo- sées de telle manière à l'intérieur d'un tube ou fourreau que l'une des bobines chauffera une partie du tube et une autre bobine chauffera la partie restante. Un autre objet de l'invention est de prévoir un tube de chauffe à bobines multiples dans lequel le tube ou fourreau suit le contour transversal de chaque bobine sur la plus grande partie de celle-ci, de telle sorte que la chaleur des bobines soit dissipée à travers le tube avec réduction résul- tante substantielle du chauffage mutuel"per se'des bobines entr' elles.
L'invention comprend un élément tubulaire de chauffe ayant à l'intérieur deux ou plusieurs bobines de chauffe, et qui est caractérisé en ce que les bobines sont disposées de telle manière à l'intérieur du tube que l'une des bobines chauffera une partie du tube et une autre bobine cuaffera une autre partie du tube.
L'invention envisage la prévision d'un tube de xxx chauffe ayant à l'intérieur une pluralité de bobines de résistance, l'une des dites bobines ayant une partie s'étendant de l'une des extrémi- tés du tube jusqu'à un point intermédiaire situé entre les extrémi- tés du tube et une partie de retour s'étendant depuis le dit point intermédiaire jusqu'à la dite extrémité du tube, et une autre des dites bobines ayant une partie s'étendant depuis l'autre extrémité du tube jusqu'à un point adjacent du point intermédiaire et une partie de retour s'étendant depuis le dit point adjacent jusqu'à la dite autre extrémité du tube.
En d'autres mots, l'invention comprend un élément tubulaire de chauffe ayant un tube dont les extrémités sont adjacentes, et
<Desc/Clms Page number 4>
au moins deux bobines de chauffe à coude de retour à l'intérieur du tube, l'une des bobines ayant deux extrémités s'étendant jusqu' à l'une des extrémités du tube, une autre bobine ayant ses deux extrémités s'étendant jusqu'à l'autre extrémité du tube, le coude de retour dans chaque bobine étant adjacent l'un à l'autre dans le tube.
L'invention sera décrite ci-après en se reportant aux dessins ci-joints dans lesquels:
Fig. 1 est une vue en plan d'une plaque de cuisson suivant l'invention,
Fig. 2 est une coupe transversale de la plaque de cuisson montrés dans la fig. 1,
Fig. 3 est une vue en plan d'un autre mode de construction de plaque de cuisson,
Figs. 4 à 8 inclusivement sont des coupes transversales à plus grande échelle de diverses formes alternatives d'éléments tubulaires de chauffe suivant l'invention,
Fig. 9 est une coupe transversale d'un élément tubulaire de chauffe proposé précédemment,
Fig. 10 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation de plaque de cuisson suivant l'invention,
Fig. 11 est une élévation en coupe de la plaque de cuisson montrée dans la fig. 10,
Fig. 12 est une élévation sectionnelle longitudinale du tube de chauffe montré dans la fig. 8,
Fig.
13 est une vue en plan d'une plaque de chauffe suivant un autre mode de réalisation de l'invention,
Fig.l3a est une élévation sectionnelle partielle de la plaque montrée dans la fig. 13,
Fig. 14 est une vue en plan d'un réchauffeur d'eau, et
Fig. 15 est une élévation sectionnelle du réchauffeur d'eau montré dans la fig. 14.
En se reportant aux figs. 1, 2 et 4, le chiffre 1 indique une plaque de cuisson ayant un seul élément tubulaire 2 supporté par un croisillon 3. L'élément 2 est prévu avec une pluralité de
<Desc/Clms Page number 5>
spires substantiellement concentriques 4 et les extrémités de l'élément s'étendent latéralement depuis la plaque dans le même plan pour être connectées à une boîte terminale. L'élément comprend un tube externe ou fourreau 5 contenant deux bobines de résistance 6 et 7 immergées dans un isolement approprié 8. La bobine 6 s'étend depuis l'une des extrémités du tube à travers la spire externe de l'élément jusqu'à un point 9 où la bobine présente un coude de retour, et revient en arrière à travers la même portion du tube.
Les(' deux extrémités de la bobine 6 s'étendent ainsi jusqu'à la même extrémité du tube où elles sont prévues avec des chevilles terminales 10. La bobine 7 s'étend depuis l'autre extrémité du tube à travers les spires internes de l'élément jusqu'à un point 11, très voisin du point 9, où la bobine présente un coude de retour et revient en arrière à travers la même portion du tube.
Les deux extrémités de la bobine 7 s'étendent ainsi jusqu'à 1' autre extrémité du tube, où elles sont prévues avec des chevilles terminales 12. Les sections d'aller et de retour de chaque bobine sont espacées latéralement dans le tube ainsi qu'il est clairement montré dans la figure 4. Dans la plaque de cuisson montrée, avec les deux bobines 6 et 7 sur forte charge, le chauffage maximum est prévu, réparti sur toute la plaque. Sur charge moyenne la bobine 7 seule peut recevoir le courant pour fournir le "centre chaud" désiré. Avec les deux bobines en série, la charge pour "petit feu" sera répartie sur toute la plaque, ce qui constitue la distribution désirée pour le chauffage à petit feu.
Une construction alternative de tube à deux bobines est montrée dans la figure 5, cette construction permettant l'emploi d'un tube plus long pour un diamètre spécifié de la plque de cuisson. Le tube 13 contient deux xxxx bobines 14, dont chacune a sa section de retour 14' située en-dessous de la section primaire et se trouve ainsi éloignée de l'ustensile de cuisson.
Il est dési- rable, dans ce mode de réalisation, que la section de retour soit "étirée" plus que la section primaire, par exemple en la prévoyant avec moins de spires par pouce, de sorte que la chaleur libérée à la partie inférieure du tube ne dépassera pas, par exemple un quart
<Desc/Clms Page number 6>
ou un tiers de la quantité de chaleur engendrée dans la section supérieure (primaire) de la bobine. L'en comprendra que lorsque le courant dans la section de retour de la bobine n'est que de 20 ou 25% de la quantité totale d'énergie de la bobine, le chauffage de la section primaire par la section de retour ne sera que très léger et ne produira aucune température excessive nuisible dans la bobine.
En se reportant aux figures 3 et 6, une plaque de cuisson à un seul tube avec trois bobines de chauffage a été montrée, cette plaque étant adaptée à être employée dans les pays où deux voltages ne sont pas disponibles. Le tube 15 contient deux bobines de chauf- fage principales 16 et 17 disposées d'une manière similaire à celle décrite en se reportant à la fig.l. Ainsi, chaque bobine présente un coude de retour, 16'ou 17'., ayant des bornes respec- tives 18 et 18' aux extrémités du tube de sorte que les spires internes de l'élément puissent être chauffées séparément par la spire externe. Le tube contient également une troisième bobine 19, ou bobine de petit feu, qui s'étend sur toute la longueur du tube avec une borne 20 à chaqu'extrémité du tube.
La bobine 19 a un wattage beaucoup plus faible, par exemple 100 à 300, de moins que les bobines principales 16 et 17. Pour atteindre la chaleur la plus basse (la chaleur pour "tenir chaud"), les trois bobines de chauffe sont connectées 'en série (avec un interrupteur standard 9-chaleurs, 7-chaleurs ou 4-chaleurs) et la chaleur est alors répartie sur toute la surface de la pleque, ce qui convient pour le "petit feu" et pour tenir les plats chauds. Les trois bobines peuvent être disposées en relation espacée latéralement comme montré dans la fig. 6, ou bien elles peuvent être disposées avec la bobine de petit feu 19 en-dessous des bobines principales 16 et 17, ainsi que montré dans la fig. 7, ce dernier arrangement nécessitant un tube 21 de forme différente.
L'une des plus grosses difficultés dans la production de plaques de chauffe tubulaires à trois tubes de chauffe (dont l'un doit avoir un très faible wattage pour produire une charge de petit feu ne dépassant pas 150 ou 170 watts), a été la manipulation du
<Desc/Clms Page number 7>
fil de résistance extrêmement fin requis pour un élément de 200 à 300 watts pour 230 volts ou plus, plus particulièrement parce que le tube à faible wattage doit toujours avoir une très faible lon- gueur, car il n'y a pas de place pour un tube long. On comprendra facilement que la durée d'un tel fil fin sera probablement courte.
Le tube de petit feu dans la plaque de chauffe à trois tubes a toujours été par conséquent le point le plus faible dans le type de plaque à trois tubes. Cette difficulté a été évitée dans l'élément de tube à trois bobines suivant la présente invention, puisque la bobine de petit feu s'étend dans ce tube sur toute sa longueur, ce qui fournit l'espace pour un fil relativement grand, même si la charge n'est que de 200 ou 150 watts, et xx le voltage peut être 250.
En se reportant aux figs. 10 et 11, une plaque de cuisson 22 y est montrée qui peut avoir un diamètre extrêmement petit, par exemple 3 à 31/2 pouce, en disposant l'élément tubulaire, qui est similairé à l'élément 2, avec son tube 23 placé au bord. Ainsi que montré, les sections de chaque bobine 24 se trouveront ainsi en relation espacée verticalement.
Il y a toujours eu une grande néces- sité pour une telle plaque de faible diamètre pour la cuisson rapide de récipients de faible diamètre, tels que des percolateurs de café, pour lesquels même la plaque standard de six pouces est trop grande et trop lente; alors qu'il aurait été possible jusqu'ici de fabriquer une telle plaque avec une seule bobine de chauffe, cette solution n'est pas satisfaisante, car au moins une, ou de préférence deux charges de petit feu sont requises pour continuer l'opération de cuisson après que le point d'ébullition a été atteint. En employant une section de bobine de par exemple 1000 watts, au bord supérieur du tube, et une autre section de par exemple 200 watts au bord infé- rieur, on peut obtenir des charges de 1200,200 et 167 watts, avec l'interrupteur ordinaire série-parallèle à 3 chaleurs.
Cela donne un réglage très satisfaisant pour une plaque si petite, et la plaque fera bouiller des liquides dans un récipient de par exemple 4 pouces diamètre, environ deux fois aussi vite que les autres plaques de cuisson proposées jusqu'à présent. @
<Desc/Clms Page number 8>
Fig. 8 montre un dispositif d'élément tubulaire à quatre bobines, dans lequel trois bobines principales 25,26 et 27 et une bobine à basse température 28 sont disposées à l'intérieur d'un fourreau 29.
Fig. 12 montre un dispositif dans lequel un fourreau tubulaire 30 est similaire en coupe transversale au fourreau 29 et contient une bobine 31 de basse température s'étendant d'une extrémité à l'autre du tube et connectée aux bornes 32 à chaque extrémité du tube, une deuxième bobine 33 s'étendant d'une extré- mité à l'autre du tube mais ayant une partie 33' substantielle- ment "droite", en chauffant ainsi seulement la partie 34 du tube, et une troisième bobine 35 s'étendant d'une extrémité à l'autre du tube mais ayant une partie 35' substantiellement droite où elle chauffe seulement la partie 36 du tube. La bobine 35 est con- nectée à la borne 32 à l'une des extrémités du tube et à la borne 37 à l'autre extrémité. La bobine 33 est connectée à l'autre borne 32 et à la borne 33 à l'autre extrémité du tube.
On compren- dra ainsi que la construction "centre chaud" de la plaque de cuisson peut être obtenue avec l'élément montré dans la fig.12, quoique les bobines passent sur toute la longueur du fourreau.
Figs. 13 et 13a montrent une plaque de cuisson 39, qui utilise un élément tubulaire similaire à 15, mais dans lequel les bornes 40 et 41 sont disposées au centre de la plaque. La construc tion Européenne standard de plaque de cuisson présente au centre les chevilles de la borne de prise de courant disposées en-dessous de la plaque, ce qui rend l'emploi d'éléments tubulaires extrême- ment difficile dans ces plaques, à cause du manque de place (hauteur libre) dans la construction standardisée. Il a été jusqu' ici extrêmement difficile ou impossible d'atteindre dans les pla des charges de petit feu très basses. Ce problème peut être main- tenant résolu avec le type d'éléments tubulaires décrit ici.
La plaque 39 peut avoir une bobine de petit feu de 200 watts, une bobine interne de 900 watts ou plus, et une bobine externe de 900 watts ou plus, qui avec un interrupteur multiple, fournira plusieurs charges basses, dont la plus basse sera de 137 watts.
<Desc/Clms Page number 9>
Ainsi que montré, l'une des extrémités du tube s'étend vers le bas vers la borne 40 depuis le plan de la plaque, et l'autre extrémité du tube, qui présente une portion 48 s'étendant en-dessous des spires de l'élément vers le centre de la plaque, s'étend vers le haut vers le plan de la plaque, comme montré en 49, et ensuite vers le bas vers la borne 41.
Une construction similaire du tube peut être employée avec un tube à deux bobines ayant une grosse bobine de par exemple 1800 watts, et une bobine de petit feu de 200 watts. Ces deux bobines devront alors s'étendre sur toute la longueur du tube. Avec un tel dispositif, le trait caractéristique du "centre chaud" ne peut pas être obtenu, mais des charges satisfaisantes pour petit feu peuvent être obtenues avec l'interrupteur standard série-parallèle à trois chaleurs.
Fig. 9 montre en coupe transversale une construction de tube à bobines multiples proposée jusqu'à présent. Un tube 42 présen te deux bobines 43 disposées latéralement de même wattage, l'extré- mité interne de chaque bobine étant connectée à un fil de retour 44.
Le tube ou fourreau 42 "entoure" seulement environ 60% de la cir- conférence de chaque bobine. Les parties internes de la circonfé- rence des deux bobines se chauffent mutuellement, et la chaleur ne peut être transmise facilement au fourreau à travers l'isolement lourd qui recouvre les parties internes des circonférences des bobines. Il a été dit que la bobine de chauffe elle-même transmettra la chaleur depuis sa moitié interne à la moitié externe de sa cir- conférence, mais cette affirmation n'est vraie qu'en partie, ainsi qu'un simple calcul du transfert de chaleur dans la bobine de résistance le prouvera.
Le fait reste que les moitiés internes (plus ou moins) des circonférences des bobines travailleront à charge pleine à une température tellement plus élevée que les moitiés externes qu'elles font descendre la capacité de surcharge de la plaque (exprimée en % de la charge normale) jusqu'à une fraction de ce qu'elle serait dans un élément tubulaire avec une bobine de chauffe située centralement, chauffé à température uniforme.
L'on notera que chacun des tubes ou fourreaux montrés dans
<Desc/Clms Page number 10>
les figs. 4 à 7 inclusivement ont en coupe transversale une forme s'adaptant autant que possible au contour de la bobine enfermée.
Ainsi, ces tubes externes "entourent" la bobine beaucoup plus qu'il n'est la cas par rapport au fourreau 42 de la fig. 9. Alors que dans cette dernière construction pas plus que environ 60% de la circonférence de la bobine est "entourée" par le fourreau, plus de 80% de la circonférence des bobines est "entourée" dans les modes de réalisation suivant la présente invention.Cela établit une différence décisive dans la température maximum de la bobine de chauffe.
En se reportant aux figs. 14 et 15, un réchauffeur d'eau à un seul tube de forme en épingle de cheveux a été illustré, ayant un fourreau 45 contenant deux bobines de chauffe 46 s' étendant d'une extrémité à l'autre du tube et connecté aux bornes 47 à chaque extrémité. Le fourreau présente la même section que celle montrée dans la fig.4. Les deux bobines de chauffe peuvent avoir le même wattage ou, dans le cas où on désire avoir une charge très basse "pour tenir chaud",l'une des bobinespeut avoir un wattage beaucoup plus bas que l'autre.
Il est évident que l'invention peut s'appliquer aux tubes de chauffage de chambres, ayant des formes diverses, où un seul tube peut contenir deux bobines de chauffe, chacune allant seulement jusqu'au centre du tube et revenant à la même extrémité du tube, de sorte que de la chaleur rayonnage à température pleine pourra être obtenue d'une moitié du tube, quand l'interrupteur est placé pour la chaleur moyenne.
L'invention peut également s'appliquer à d'autres moyens de chauffage électrique, tels que éléments pour bouilloires, réchauf feurs d'huile et autres éléments industriels de chauffage dans lesquels il est désirable d'obtenir un réglage de la chaleur dans une pluralité d'étapes sans l'emploi de plus d'un seul élément tubulaire.
L'isolement électrique requis dans tous les éléments tubulaires décrits peut être formé autour des bobiner de rsistances de toute maniére appropriée.
<Desc/Clms Page number 11>