EP1843101B1

EP1843101B1 - Dispositif d'échangeur thermique de brûleur à gaz

Info

Publication number: EP1843101B1
Application number: EP20070105523
Authority: EP
Inventors: Dominique Michaud; Yves Lubrina
Original assignee: Thirode Grandes Cuisines Poligny SAS
Current assignee: Thirode Grandes Cuisines Poligny SAS
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: FR2899317A1; EP1843101A3; EP1843101A2

Description

L'invention concerne le domaine des échangeurs thermiques, plus particulièrement les échangeurs thermiques disposés en aval d'un brûleur à gaz.
Dans les applications de fours de cuisson de produits alimentaires, on connaît le document EP 0 103 526 qui décrit un four à convection comprenant un compartiment de chauffe, un brûleur à gaz, des échangeurs de chaleur pour conduire des produits de combustion provenant du brûleur à gaz, un ventilateur de convection pour souffler de l'air sur les échangeurs de chaleur et jusque dans le compartiment de chauffe. Le ventilateur aspire de l'air hors du compartiment de chauffe, en vue de sa recirculation en passant sur l'échangeur de chaleur jusque dans le compartiment de chauffe. L'échangeur de chaleur comprend un tuyau pour conduire la flamme et les produits de combustion du brûleur vers l'aval. L'échangeur de chaleur est disposé entre le compartiment de chauffe et le ventilateur.
Un tel four s'avère relativement encombrant en profondeur. Le diamètre du tuyau de l'échangeur de chaleur doit être calculé en fonction de la puissance du brûleur et augmenter en cas d'utilisation d'un brûleur plus puissant.
On connaît également le document EP 0 519 303 , qui décrit un échangeur de chaleur pour air chaud constitué de plusieurs pièces boulonnées ensemble, notamment une chambre extérieure, une chambre préliminaire, une base, deux tubes droits d'échange de chaleur débouchant dans un tube d'échappement par l'intermédiaire de joints d'étanchéité de graphite. Un tel échangeur présente les mêmes inconvénients que ceux du document précédent et s'avère en outre particulièrement compliqué et onéreux à fabriquer, tout en offrant une surface d'échange de chaleur relativement faible.
Le document EP 0 856 705 décrit un échangeur thermique monotube. Les pertes de charge sont élevées et la température peu homogène.
Le document US 5,301,654 décrit un échangeur thermique en forme de S. La température est peu homogène. L'encombrement est élevé. Les documents US-A5,301,654 , EP-A1-0 856 705 et EP-A2-0 103 526 décrivent des échangeurs thermiques.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus.
La présente invention propose un échangeur de chaleur permettant une architecture de four particulièrement compacte, adaptable à des fours de différentes puissances et de différentes dimensions avec des éléments standards assurant une bonne répartition de la chaleur et pouvant être fabriqués de façon relativement économique.
Le dispositif d'échangeur thermique de brûleur à gaz de four de cuisine comprend une partie tubulaire de grand diamètre formant chambre de combustion, deux conduites de petit diamètre disposées au moins en partie parallèlement l'une à l'autre et un tronc biconique de raccordement entre la partie tubulaire de grand diamètre et les conduites de petit diamètre. Le tronc biconique de raccordement est fixé à la partie tubulaire de grand diamètre et aux conduites de petit diamètre. La partie tubulaire de grand diamètre, le tronc biconique de raccordement et au moins une conduite de petit diamètre forment un anneau ouvert, laissant libre un espace central délimité au moins par une face longitudinale de la partie tubulaire de grand diamètre et au moins une face longitudinale d'au moins une conduite de petit diamètre.
On dispose ainsi de cet espace central dans lequel peuvent être montées des pièces distinctes de l'échangeur thermique, par exemple une soufflante ou un ventilateur pour la circulation de l'air chaud dans une enceinte thermique, en particulier un four de cuisine. Le fait de séparer le flux de gaz en deux conduites permet un meilleur échange thermique, une homogénéité accrue des températures et une réduction du bruit et des phénomènes de résonance.
La forme d'anneau ouvert est particulièrement avantageuse en termes de réduction des effets de la dilatation thermique. Les dimensions de l'échangeur thermique sont légèrement accrues entre l'état de repos et l'état de fonctionnement. Il pourrait en résulter des contraintes excessives sur des supports de l'échangeur thermique et/ou sur le bâti du four avec un risque de déformation et de rupture. La forme en anneau ouvert avec des extrémités amont et aval proches l'une de l'autre permet de réduire très fortement ces risques. En effet, l'échangeur thermique peut comprendre une portion de conduite de petit diamètre parallèle à la partie tubulaire de grand diamètre et de longueur sensiblement égale, d'où un allongement sensiblement égal lors du fonctionnement. De même, deux portions de conduite de petit diamètre sensiblement perpendiculaires à la partie tubulaire de grand diamètre peuvent présenter des longueurs sensiblement égales, d'où un allongement sensiblement égal lors du fonctionnement. En outre, la forme en anneau ouvert et la présence de portions de conduite de petit diamètre permet une certaine élasticité de l'échangeur thermique dans la direction de l'ouverture de l'anneau, d'où des efforts réduits exercés par l'échangeur thermique sur ses supports.
Avantageusement, la partie tubulaire de grand diamètre et le tronc biconique de raccordement sont symétriques par rapport à deux plans perpendiculaires passant par l'axe géométrique de la partie tubulaire de grand diamètre. Les plans perpendiculaires peuvent être respectivement vertical et horizontal. Les conduites de petit diamètre peuvent être superposées ou juxtaposées à proximité du tronc biconique de raccordement. On peut réaliser des versions distinctes comprenant des pièces identiques et raccordées de façon différente.
Dans un mode de réalisation, la partie tubulaire présente un diamètre compris entre 2 et 2,5 fois le diamètre des conduites de petit diamètre. Ainsi, la partie tubulaire de grand diamètre permet une combustion efficace, tandis que les conduites de petit diamètre permettent un échange thermique élevé dans la mesure où le rapport de leur circonférence sur leur section est plus élevé que celui de la partie tubulaire de grand diamètre. On favorise ainsi un échange thermique plus homogène le long de l'échangeur thermique, dans la mesure où la température des gaz dans la partie tubulaire de grand diamètre est plus élevée que dans les conduites de petit diamètre disposées en aval.
Dans un mode de réalisation, les conduites de petit diamètre comprennent au moins un coude de rayon de courbure compris entre 3 et 5 fois le diamètre des conduites de petit diamètre. Un tel rayon de courbure permet un mélange satisfaisant des gaz au sein des conduites de petit diamètre et donc un échange thermique de qualité tout en laissant libre un espace central suffisant.
Dans un mode de réalisation, au moins une conduite de petit diamètre comprend une première portion droite disposée dans le prolongement de la partie tubulaire de grand diamètre, un premier coude, une deuxième portion droite, un deuxième coude, une troisième portion droite sensiblement parallèle à la partie tubulaire de grand diamètre, un troisième coude et une quatrième portion droite. La deuxième portion droite peut être sensiblement perpendiculaire à la portion tubulaire de grand diamètre. La quatrième portion droite peut présenter un angle compris entre 70 et 85° par rapport à la partie tubulaire de grand diamètre. Les premier et second coudes peuvent être sensiblement à 90°. La première portion droite peut présenter une longueur faible, par exemple inférieure à 10% de la longueur de la partie tubulaire de grand diamètre ou encore de l'ordre de 5 à 20% de la longueur de la troisième portion droite.
Dans un mode de réalisation, le premier coude d'une conduite de petit diamètre et le premier coude de l'autre conduite de petit diamètre sont orientés dans des directions opposées, les conduites de petit diamètre étant sensiblement identiques. En d'autres termes, l'échangeur thermique présente une forme de 8 de chiffre avec la partie tubulaire de grand diamètre disposée sensiblement au centre et les conduites de petit diamètre s'étendant l'une vers le haut et l'autre vers le bas à partir du tronc biconique de raccordement disposé dans le prolongement de la partie tubulaire de grand diamètre. On favorise ainsi une bonne répartition de la chaleur. On peut prévoir deux soufflantes pour un échangeur thermique.
Dans un mode de réalisation, la partie tubulaire et le tronc biconique de raccordement sont symétriques par rapport à deux plans perpendiculaires passant par l'axe géométrique de la partie tubulaire.
Dans un mode de réalisation, les conduites de petit diamètre sont symétriques par rapport à l'un desdits deux plans.
Dans un mode de réalisation, les deuxièmes portions droites des conduites de petit diamètre sont de longueurs différentes pour dégager deux espaces centraux.
Dans un autre mode de réalisation, les conduites de petit diamètre sont sensiblement parallèles et débouchent dans un collecteur commun. Les conduites de petit diamètre peuvent être supportées par des supports communs. Cette disposition est bien adaptée à des fours de petites dimensions.
Dans un mode de réalisation, au moins une conduite de petit diamètre comprend une extrémité aval disposée à proximité de la partie tubulaire de grand diamètre. L'échangeur thermique forme ainsi une boucle ouverte autour d'un espace central laissé libre.
Dans un mode de réalisation, un cercle inscrit dans ledit espace central présente un diamètre supérieur à 2 fois, de préférence 2,5 fois, le diamètre de la partie tubulaire de grand diamètre. On peut ainsi mettre à profit ledit espace central.
Le four à gaz comprend une enceinte thermique, l'échangeur thermique disposé dans l'enceinte thermique et une soufflante également disposée dans l'enceinte thermique. L'échangeur thermique est disposé autour de la soufflante et comprend une partie tubulaire de grand diamètre formant chambre de combustion, deux conduites de petit diamètre disposées au moins en partie parallèlement l'une à l'autre et un tronc biconique de raccordement entre la partie tubulaire de grand diamètre et les conduites de petit diamètre. Le tronc biconique de raccordement est fixé à la partie tubulaire de grand diamètre et au conduit de petit diamètre. La partie tubulaire de grand diamètre, le tronc biconique de raccordement, et au moins une conduite de petit diamètre forment un anneau ouvert disposé autour de la soufflante, au moins une face longitudinale de la partie tubulaire de grand diamètre et au moins une face longitudinale d'au moins une conduite de petit diamètre faisant face à ladite soufflante. Le four peut être particulièrement compact dans le sens de la profondeur, dans la mesure où l'échangeur thermique et la soufflante sont disposés dans la même enveloppe géométrique dans le sens de l'épaisseur du four.
Selon différents modes de réalisation, le four peut comprendre:

une soufflante et un échangeur thermique,
deux soufflantes et un échangeur thermique,
deux soufflantes et deux échangeurs thermiques,
trois soufflantes et deux, voire trois, échangeurs thermiques.

La puissance d'un brûleur pouvant aller de 8 à 40 kW, on peut prévoir une gamme de four très large, par exemple de 8 à 80 voire 120 kW en utilisant des échangeurs thermiques soit identiques, soit comprenant de nombreuses pièces communes, d'où une standardisation permettant des économies d'échelle.
La variante à trois soufflantes et deux échangeurs thermiques est intéressante pour un four de forte puissance. Les parties tubulaires de grand diamètre peuvent être disposée aux extrémités haute et basse de l'enceinte. Chaque échangeur thermique peut comprendre une conduite de petit diamètre passant entre les soufflantes basse et moyenne et une conduite de petit diamètre passant entre les soufflantes haute et moyenne. Les deux échangeurs thermiques peuvent être identiques et montés tête-bêche.
Dans un mode de réalisation, l'enceinte thermique comprend une chambre de cuisson, une chambre de chauffe et une paroi de séparation munie d'ouvertures. La soufflante et l'échangeur thermique sont disposés dans la chambre de chauffe. Les ouvertures de la paroi de séparation permettent de laisser passer les gaz chauffés par l'échangeur thermique et mis en circulation par la soufflante.
Grâce à l'invention, on peut disposer un échangeur thermique dans le même encombrement que des résistances électriques montées dans le cas d'un four électrique. Un four électrique et un four à gaz peuvent ainsi bénéficier d'un nombre accrû de pièces communes, en particulier de pièces mécaniques, telles que le bâti, les parois latérales, les parois inférieure et supérieure, ce qui permet une meilleure standardisation et par conséquent une diminution des coûts unitaires. En outre, l'utilisation d'un four à gaz est facilitée, notamment dans le cas d'une cuisine où l'espace disponible est faible, ce qui s'avère avantageux dans la mesure où le gaz est généralement l'énergie moins onéreuse que l'électricité. On permet ainsi à l'utilisateur de faire de substantielles économies.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur thermique ;
la figure 2 est une vue en perspective d'un échangeur thermique associé à une turbine ;
la figure 3 est un éclaté correspondant à la figure 2;
la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un four pour produits alimentaires ;
la figure 5 est une vue schématique en élévation d'un échangeur thermique associé à deux turbines ;
la figure 6 est une vue schématique en élévation d'un double échangeur thermique associé à trois turbines ;
la figure 7 est une vue de côté en élévation correspondant à la figure 6
la figure 8 est une vue en perspective d'un échangeur thermique pouvant être associé à deux turbines.

Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, l'échangeur thermique 1 comprend une partie tubulaire de grand diamètre 2, un tronc biconique de raccordement 3 et deux conduites de petit diamètre 4 et 5. La partie tubulaire 2 est cylindrique et fixée, par exemple par soudure, au tronc de raccordement 3. Alternativement, la partie tubulaire 2 et le tronc de raccordement 3 sont monoblocs. Le tronc de raccordement 3 comprend une extrémité comprenant une ouverture circulaire reliée à la partie tubulaire 2 et une extrémité opposée comprenant deux ouvertures circulaires de petit diamètre reliées respectivement aux conduites 4 et 5. La fixation mutuelle du tronc de raccordement 3 et des conduites 4 et 5 peut être effectuée par soudure. La partie tubulaire 2 et le tronc biconique de raccordement 3 sont symétriques par rapport à deux plans perpendiculaires passant l'axe géométrique de la partie tubulaire 2. L'un des plans passe par les axes géométriques des conduites 4 et 5. Ce plan est ici horizontal. L'autre plan passe entre les conduites 4 et 5. Dans ce qui suit, les termes « amont » et « aval » seront utilisés dans le sens d'écoulement des gaz dans l'échangeur thermique 1 lors de son fonctionnement.
A l'extrémité amont de la partie tubulaire 2, l'échangeur thermique 1 comprend une platine 6 radiale et pourvue d'une pluralité de trous permettant de loger des vis 7 en vue de la fixation de l'échangeur thermique 1 sur un support, par exemple un bâti de four ou un brûleur. L'échange thermique 1 est prévu pour être monté en aval d'un brûleur à gaz. La flamme du brûleur peut s'étendre dans la chambre de combustion formée par la partie tubulaire 2.
L'extrémité aval de la partie tubulaire 2 débouche dans l'extrémité amont du tronc de raccordement 3. L'extrémité aval du tronc de raccordement 3 débouche dans l'extrémité amont des conduites 4 et 5. A l'extrémité aval des conduites 4 et 5, l'échangeur thermique 1 comprend un collecteur d'échappement commun 8 d'axe perpendiculaire à la partie tubulaire 2 tout en étant disposé à proximité, par exemple à une distance inférieure au diamètre de ladite partie tubulaire 2. Le collecteur 8 est également perpendiculaire à l'extrémité aval des conduites 4 et 5. Le collecteur 8 comprend une courte portion tubulaire ouverte à une extrémité et fermée à l'autre extrémité, la partie ouverte étant munie d'une platine 9 permettant la fixation sur un support, par exemple le bâti du four. Le collecteur 8 et la platine 9 peuvent être soudés ensemble. De même, le collecteur 8 et les conduites 4 et 5 peuvent être soudés ensemble.
Dans ce mode de réalisation, les deux conduites 4 et 5 sont identiques et comprennent des tubes parallèles disposés, l'un en avant et l'autre en arrière, par rapport à l'axe du collecteur 8. D'avant en aval, chaque conduite 4, 5 comprend une première portion droite 4a, 5a, de faible longueur, dont l'extrémité amont est fixée à l'extrémité aval du tronc de raccordement 3, par exemple par soudure, un premier coude 4b, 5b présentant un angle de l'ordre de 90°, une deuxième portion droite 4c, 5c nettement plus longue que la première portion droite 4a, 5a, un deuxième coude 4d, 5d, une deuxième portion droite 4e, 5e parallèle à la portion tubulaire 2, un troisième coude 4f, 5f, par exemple présentant un angle de l'ordre de 70 à 85°, et une quatrième portion droite 4g, 5g dont l'extrémité aval débouche dans le collecteur 8. Le coude 4d, 5d présente également un angle de l'ordre de 90°. La longueur de la deuxième portion droite 4c, 5c et de la troisième portion droite 4e, 5e est sensiblement égale à la longueur de la partie tubulaire 2. La longueur de la quatrième portion droite 4g, 5g est nettement plus faible, par exemple de l'ordre de 50 à 75% de la longueur de la partie tubulaire 2.
L'échangeur thermique se complète par une ou plusieurs entretoises 10, disposées entre les conduites 4 et 5, et permettant de maintenir leur espacement, notamment au cours de manipulations précédent le montage définitif dans un four. L'échangeur thermique 1 comprend également une patte d'attache 11 permettant de fixer l'échangeur thermique 1 sur un support, en particulier au niveau des conduites 4, 5.
Dans la position illustrée sur la figure 1, les gaz s'écoulent horizontalement dans un sens dans la partie tubulaire 2, puis dans le tronc de raccordement 3, puis dans la première portion droite 4a, 5a, en se répartissant entre les deux conduites 4 et 5. Les gaz passent ensuite dans le premier coude 4b, puis descendent dans la deuxième portion droite 4c, passent dans le deuxième coude 4d, circulent sensiblement horizontalement dans la troisième portion droite 4e, mais dans un sens opposé à celui de l'écoulement dans la partie tubulaire 2, passent dans le troisième coude 4f, 5f, puis remontent dans la quatrième portion droite 4g, 5g, et enfin s'évacuent par le collecteur 8. Les gaz effectuent donc une trajectoire dans le sens anti-horaire.
L'échangeur thermique 1 est généralement formé de parties mécano-soudées. Les conduites 4 et 5 peuvent elles-mêmes être formées de parties mécano-soudées ou d'un tube cintré aux angles désirés. L'échangeur thermique 1 présente la forme d'un anneau ouvert laissant un espace libre central important, ce qui s'avère très intéressant en termes de compacité. Le collecteur 8 est disposé proche de l'extrémité amont de la partie tubulaire 2, d'où une longueur totale importante qui permet un échange thermique élevé et d'où un faible effet de la dilatation thermique qui provoque peu de contraintes sur le support de l'échangeur thermique, notamment par l'intermédiaire des platines 6 et 9 en raison de la dilatation sensiblement identique en longueur et en hauteur des différents composants de l'échangeur thermique. Plus précisément, la dilatation de la partie tubulaire 2, du tronc de raccordement 3 et de la première portion droite 4a est sensiblement identique à la dilatation de la troisième portion droite 4e, 5e.
De même, dans le sens vertical sur la figure 1, la dilatation de la deuxième portion droite 4c est relativement proche de celle de la quatrième portion droite 4g. En outre, la forme d'anneau ouvert confère à l'échangeur thermique 1 une certaine élasticité, en ce sens que la distance entre les platines 6 et 9 peut légèrement varier à l'état non monté illustré sur la figure 1. En termes de dilatation à l'état monté, ceci se traduit par de faibles efforts exercés par les platines 6 et 9 sur le bâti.
Comme illustré sur la figure 2, une soufflante 12 ou une turbine de diamètre relativement élevé, peut être montée dans l'espace central laissé libre par l'échangeur thermique. La soufflante 12 peut être de type centrifuge, aspirant l'air par son centre et le refoulant par sa périphérie et forçant ainsi l'air à passer autour de la partie tubulaire 2 ou des conduites 4 et 5.
Sur la figure 3, le tronc de raccordement 3 est mieux visible. Le tronc de raccordement 3 comprend une entrée amont de même axe que la partie tubulaire 2 et deux sorties aval 3a et 3b, d'axes parallèles à l'axe de la partie tubulaire 2. Le tronc de raccordement 3 peut être obtenu par pincement de l'extrémité d'une portion de tube. Les sorties 3a et 3b du tronc de raccordement 3 sont séparées radialement par un faible espace obturé par le pincement de la tôle formant le tube et le rapprochement et la soudure de deux extrémités diamétralement opposées pour former une zone de jonction 13. Pour faciliter la formation du tronc de raccordement 3, on peut prévoir une partie tubulaire de diamètre compris entre 2 et 2,5 fois le diamètre des conduites de petit diamètre. De préférence, on choisira un diamètre de la partie tubulaire supérieur d'au moins quelques pour cents à deux fois le diamètre des conduites de petit diamètre 4 et 5.
En variante, on pourrait prévoir des conduites 4 et 5 dont la forme serait plus proche de celle d'un tore. Toutefois, pour un échange thermique satisfaisant, il est intéressant de favoriser un mélange des filets de gaz au sein des conduites 4 et 5. Un tel mélange peut être obtenu par la succession de coudes et de portions droites, tel qu'illustré sur les figures 1 à 3. On peut prévoir des coudes dont le rayon de courbure est compris entre 3 et 5 fois le diamètre des conduites de petit diamètre 4 et 5. Les deuxième et troisième portions droites peuvent présenter une longueur du même ordre de grandeur que la longueur de la partie tubulaire 2. On obtient ainsi un espace central libre suffisamment important, par exemple supérieur à 2 fois, de préférence 2,5 fois le diamètre de la partie tubulaire 2.
Comme illustré sur la figure 4, un four 14 de cuisson de produits alimentaires, par exemple un four de grande cuisine, comprend un bâti 15 fermé sur cinq côtés et une porte 16 permettant d'ouvrir ou de fermer le sixième côté pour définir une enceinte 17. L'enceinte 17 est divisée en une chambre de cuisson 18 disposée à proximité de la porte 16 et une chambre de chauffe 19 disposée du côté opposé, au fond de l'enceinte 17. Les chambres de cuisson 18 et de chauffe 19 sont séparées par une paroi 20, amovible, par exemple en tôle de faible épaisseur, et percée d'ouvertures en son centre et à ses extrémités. Dans la chambre de cuisson 18, peuvent être disposés une pluralité de supports 21, ou encore un chariot, permettant de supporter les aliments à cuire 22.
Le four 14 comprend, disposé dans la chambre de chauffe 19, un échangeur thermique 1. Sont visibles sur la figure 4, la partie tubulaire 2 de l'échangeur thermique 1 en partie haute et les conduites 4 et 5 en partie basse. Dans l'espace central 23 laissé libre par l'échangeur thermique 1, est disposée une soufflante 12 qui peut être entraînée par un moteur 24 disposé en arrière de la chambre de chauffe 19, par exemple dans le bâti 15. La soufflante 12, de type centrifuge, est capable d'aspirer l'air par au moins une ouverture centrale prévue dans la paroi 20, puis de le refouler radialement vers l'échangeur thermique 1. L'air réchauffé passe ensuite dans la chambre de cuisson 18 par des ouvertures d'extrémité de la paroi 20. On obtient ainsi une circulation d'air chaud dans l'enceinte 17, qui permet une montée en température très rapide du four 14.
Grâce à la disposition concentrique et sensiblement coplanaire de la soufflante 12 et de l'échangeur thermique 1, l'encombrement de la chambre de chauffe 19 est particulièrement faible et on peut ainsi réaliser un four 14 de profondeur réduite tout en conservant une chambre de cuisson 18 de profondeur inchangée. On diminue ainsi l'encombrement du four, ce qui s'avère particulièrement intéressant dans le cas de cuisines de faible surface.
Grâce à cette disposition, il est possible de monter l'échangeur thermique 1 en lieu et place de résistances électriques, ce qui permet de construire un four électrique et un four à gaz présentant de nombreuses pièces mécaniques communes, notamment le bâti, la soufflante, etc. On bénéficie ainsi d'économies d'échelle plus importantes.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, l'échangeur thermique 1 présente une forme globale de 8 de chiffre. La partie tubulaire 2 et le tronc de raccordement 3 sont semblables à ceux des modes de réalisation précédents. La conduite 4 comprend des portions droites 4a, 4c, 4e et 4g et des coudes 4b, 4d et 4f semblables à ceux des modes de réalisation précédents, à ceci près que le troisième coude 4f est sensiblement à 90°. La portion droite 4g est sensiblement parallèle à la portion droite 4c et débouche dans un collecteur commun 25. La partie tubulaire 2, le tronc de raccordement 3 et la conduite 4 ferment l'espace central dans lequel est disposée la soufflante 12 à l'exception d'un faible espace entre le collecteur 25 et la partie tubulaire 2.
La conduite 5 comprend une première portion droite 5a et un premier coude 5b, identiques à ceux des modes de réalisation précédents et cachés sur la figure par les portions correspondantes de la conduite 4. La conduite 5 comprend également une deuxième portion droite 5c de grande longueur, par exemple de l'ordre du double de la longueur de la deuxième portion droite 4c de la conduite 4, un deuxième coude 5d, une troisième portion droite 5e, un troisième coude 5f et une quatrième portion droite 5g débouchant dans le collecteur commun 25. Le deuxième coude 5d et la troisième portion droite 5e peuvent être identiques à ceux des modes de réalisation précédents. Le troisième coude 5f présente un angle de l'ordre de 90°. La quatrième portion droite 5g est sensiblement parallèle à la deuxième portion droite 5c et s'étend en direction de la platine 6 à partir de l'extrémité aval du troisième coude 5f. La longueur de la quatrième portion droite 5g est environ égale à la longueur de la deuxième portion droite 5c. Ainsi, les portions droites 5c, 5e et 5g et les coudes 5d et 5f de la conduite 5, et la troisième portion droite 4e de la conduite 4, délimitent un espace central supplémentaire de forme globalement rectangulaire, dans laquelle est disposée une turbine supplémentaire 26.
La conduite 5 présentant une longueur nettement supérieure à celle des modes de réalisation précédents, la surface totale d'échange thermique de l'échangeur 1 est accrue, ce qui permet d'associer l'échangeur thermique 1 à un brûleur de plus forte puissance, par exemple de l'ordre de 15 à 40 kW, alors que l'échangeur thermique 1 des modes de réalisation précédents peut être associé à un brûleur d'une puissance de l'ordre de 8 à 20 kW.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 6 et 7, il est prévu un double échangeur thermique pour un four de grande capacité, comprenant un échangeur thermique 1 qui peut être identique à celui illustré sur la figure 5 et un échangeur thermique supplémentaire 27 qui peut être identique au précédent tout en étant monté tête-bêche. Plus précisément, les platines 6 des deux échangeurs thermiques 1 et 27 sont coplanaires. Les collecteurs 25 sont disposés du même côté, à savoir celui des platines 6. L'encombrement de l'ensemble dans le sens de l'axe des turbines est conservé, et ce grâce au fait que chaque échangeur thermique 1, 27 comporte une seule conduite à proximité de la turbine 26. L'échangeur thermique 27 dégage un espace central à proximité de la partie tubulaire 2, permettant de loger une troisième turbine 28. La turbine 26, qui se trouve en position centrale, entre les turbines 12 et 28, est entourée par deux boucles, une première boucle formée par la troisième portion droite 4e de la conduite 4, l'extrémité inférieure de la deuxième portion droite 5c, le deuxième coude 5d, la troisième portion droite 5e, le troisième coude 5f et l'extrémité inférieure de la quatrième portion droite 5g de la conduite 5 de l'échangeur thermique 1 et les mêmes parties de l'échangeur thermique supplémentaire 27.
Pour permettre le montage compact des échangeurs thermiques 1 et 27 dans un encombrement identique à celui d'un échangeur thermique unique dans le sens de la profondeur du four, la conduite 5 de l'échangeur thermique 1 est montée en arrière et la conduite 5 de l'échangeur thermique 27 est montée en avant permettant un décalage dans le sens de la profondeur, comme cela est visible sur la figure 7.
En d'autres termes, la conduite 4 de l'échangeur thermique 1 est disposée du côté avant du four, tandis que la conduite 4 de l'échangeur thermique 27 est disposée du côté arrière.
Ce mode de réalisation est parfaitement adapté pour des fours de grandes dimensions, par exemple à vingt niveaux et de forte puissance, par exemple de 40 à 80 kW.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 8, l'échangeur thermique 1 comprend les mêmes pièces que l'échangeur des figures 1 à 4. La description qui suit peut se compléter par celle relative aux figures 1 à 4. Ces pièces sont assemblées de sorte à former deux anneaux ouverts pour pouvoir y loger une ou deux turbines non représentées.
L'échangeur thermique 1 comprend la partie tubulaire de grand diamètre 2, le tronc biconique de raccordement 3 et les deux conduites de petit diamètre 4 et 5. La partie tubulaire 2 est cylindrique de révolution et fixée, par exemple par soudure, au tronc de raccordement 3. Alternativement, la partie tubulaire 2 et le tronc de raccordement 3 sont monoblocs. Le tronc de raccordement 3 comprend une extrémité comprenant une ouverture circulaire reliée à la partie tubulaire 2 et une extrémité opposée comprenant deux ouvertures circulaires de petit diamètre reliées respectivement aux conduites 4 et 5. Les axes géométriques des deux ouvertures circulaires de petit diamètre et l'axe géométrique de la partie tubulaire 2 sont parallèles et/ou coplanaires.
La fixation mutuelle du tronc de raccordement 3 et des conduites 4 et 5 peut être effectuée par soudure. Les deux ouvertures circulaires de petit diamètre du tronc de raccordement 3 sont alignées verticalement. En d'autres termes, les axes géométriques des deux ouvertures circulaires de petit diamètre sont disposés dans un plan vertical.
L'extrémité aval de la partie tubulaire 2 débouche dans l'extrémité amont du tronc de raccordement 3. L'extrémité aval du tronc de raccordement 3 débouche dans l'extrémité amont des conduites 4 et 5. A l'extrémité aval de chaque conduite 4, 5, l'échangeur thermique 1 comprend un collecteur d'échappement 8 d'axe perpendiculaire à la partie tubulaire 2 tout en en étant disposé à proximité, par exemple à une distance inférieure au diamètre de ladite partie tubulaire 2. Les collecteurs 8 sont perpendiculaires à l'extrémité aval des conduites 4 et 5. Le collecteur 8 et la conduite 4, 5 correspondante peuvent être soudés ensemble.
Dans ce mode de réalisation, les deux conduites 4 et 5 sont identiques et symétriques par rapport à un plan horizontal passant par l'axe géométrique de la portion tubulaire 2. Cette disposition permet une standardisation des pièces et du montage. La conduite 4 est disposée en position haute et la conduite 5 est disposée en position basse.
D'amont en aval, la conduite 4 comprend une première portion droite 4a de faible longueur, dont l'extrémité amont est fixée à l'extrémité aval du tronc de raccordement 3, par exemple par soudure, un premier coude 4b présentant un angle de l'ordre de 90°, une deuxième portion droite 4c dirigée vers le haut, un deuxième coude 4d, une deuxième portion droite 4e parallèle à la portion tubulaire 2, un troisième coude 4f par exemple présentant un angle de l'ordre de 70 à 85°, et une quatrième portion droite 4g dirigée vers le bas et dont l'extrémité aval débouche dans le collecteur 8. La conduite 4 définit un espace central supérieur.
D'amont en aval, la conduite 5 comprend une première portion droite 5a dont l'extrémité amont est fixée à l'extrémité aval du tronc de raccordement 3, un premier coude 5b, une deuxième portion droite 5c dirigée vers le bas, un deuxième coude 5d, une deuxième portion droite 5e, un troisième coude 5f, et une quatrième portion droite 5g dirigée vers le haut et dont l'extrémité aval débouche dans le collecteur 8. La conduite 5 définit un espace central inférieur. On bénéficie d'une excellente répartition de la chaleur dans le four. Les pertes de charge théoriques sont égales dans les conduites 4 et 5, d'où des débits sensiblement égaux.
Les collecteurs 8 des conduites 4 et 5 sont disposés à faible distance l'un de l'autre ce qui permet de les raccorder aisément à une évacuation commune.
Grâce aux échangeurs thermiques des modes de réalisation des figures 1 à 3, de la figure 5 et des figures 6 et 7, il est possible d'équiper une gamme complète de fours tout en bénéficiant de nombreuses pièces communes. En effet, les deux échangeurs thermiques du mode de réalisation des figures 6 et 7 sont identiques entre eux et identiques à celui du mode de réalisation de la figure 5. Les platines 6 et 9, les parties tubulaires de grand diamètre 2, les troncs de raccordement 3, les premières parties droites 4a, 5a, les premiers coudes 4b, 5b, sont communs à tous les modes de réalisation. Il en va de même des deuxièmes coudes 4d, 5d, des troisièmes portions droites 4e, 5e. Les troisièmes coudes 5f des conduites 5 sont également identiques aux précédents et les deuxièmes portions droites 4c des conduites 4 des modes de réalisation des figures 5 à 7 sont également identiques à celles du mode de réalisation des figures 1 à 3.
On peut donc fabriquer les échangeurs thermiques en bénéficiant de séries plus longues, d'où une réduction des prix de revient unitaires. Le fait de bénéficier de deux conduites distinctes 4 et 5 permet une répartition plus homogène de la chaleur, notamment en comparaison d'un échangeur thermique monotube, de longueur égale à la somme des longueurs des conduites 4 et 5. Il a également été constaté que le fait de disposer de deux conduites distinctes formées en parallèle au sens de l'écoulement des gaz, permet une réduction du bruit de fonctionnement de l'échangeur thermique et un abaissement des phénomènes de résonance. Le four ainsi obtenu est particulièrement silencieux.

Claims

Dispositif d'échangeur thermique (1) de brûleur à gaz de four de cuisine, comprenant une partie tubulaire (2) de grand diamètre formant chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend en outre deux conduites de petit diamètre (4, 5) disposées au moins en partie parallèlement l'une à l'autre et un tronc biconique de raccordement (3) entre la partie tubulaire (2) de grand diamètre et les conduites de petit diamètre (4, 5), ledit tronc biconique de raccordement étant fixé à une extrémité aval de la partie tubulaire de grand diamètre et à des extrémités amont des conduites de petit diamètre, la partie tubulaire de grand diamètre, le tronc biconique de raccordement, et au moins une conduite de petit diamètre formant un anneau ouvert laissant libre un espace central délimité au moins par la partie tubulaire de grand diamètre et au moins une conduite de petit diamètre, les conduites de petit diamètre étant reliées à leurs extrémités aval à au moins un collecteur (8) proche de l'extrémité amont de la partie tubulaire de grand diamètre.
Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la partie tubulaire (2) présente un diamètre compris entre 2 et 2,5 fois le diamètre des conduites de petit diamètre (4,5).
Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les conduites de petit diamètre (4, 5) comprennent au moins un coude (4b, 5b) de rayon de courbure compris entre 3 et 5 fois le diamètre desdits conduites de petit diamètre.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une conduite de petit diamètre (4) comprend une première portion droite (4a) disposée dans le prolongement de la partie tubulaire de grand diamètre, un premier coude (4b), une deuxième portion droite (4c), un deuxième coude (4d), une troisième portion droite (4e) sensiblement parallèle à la partie tubulaire de grand diamètre, un troisième coude (4f) et une quatrième portion droite (4g).
Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la deuxième portion droite (4c) est sensiblement perpendiculaire à la portion tubulaire (2) de grand diamètre.
Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la quatrième portion droite (4g) présente un angle compris entre 70 et 85° par rapport à la partie tubulaire de grand diamètre.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie tubulaire (2) et le tronc biconique de raccordement (3) sont symétriques par rapport à deux plans perpendiculaires passant par l'axe géométrique de la partie tubulaire (2).
Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les conduites de petit diamètre (4, 5) sont symétriques par rapport à l'un desdits deux plans.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la deuxième portion droite d'une conduite de petit diamètre et la deuxième portion droite de l'autre conduite de petit diamètre présentent des longueurs différentes pour dégager deux espaces centraux.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel le premier coude d'une conduite de petit diamètre (4) et le premier coude de l'autre conduite de petit diamètre (5) sont orientés dans des directions opposées, les conduites de petit diamètre étant sensiblement identiques
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les conduites de petit diamètre sont sensiblement parallèles et débouchent dans un collecteur commun (8).
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une conduite de petit diamètre comprend une extrémité aval disposée à proximité de la partie tubulaire de grand diamètre.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un cercle inscrit dans ledit espace central présente un diamètre supérieur à 2 fois, de préférence 2,5 fois, le diamètre de la partie tubulaire de grand diamètre.
Four à gaz (14) comprenant une enceinte thermique (17), un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes disposé dans ladite enceinte thermique, et une soufflante (12) disposée dans ladite enceinte thermique, ledit dispositif étant disposé autour de la soufflante.
Four selon la revendication 14, dans lequel l'enceinte thermique comprend une chambre de cuisson (18), une chambre de chauffe (19) et une paroi de séparation (20) munie d'ouvertures, la soufflante (12) et le dispositif d'échangeur thermique (1) étant disposés dans la chambre de chauffe (19).
Four selon la revendication 14 ou 15, comprenant deux dispositifs d'échangeurs thermiques et trois soufflantes.
Four selon la revendication 14 ou 15, comprenant un dispositif d'échangeur thermique et deux soufflantes.