Brevet FR2095268A1 — publié le 19720211

La présente invention se rapporte aux échangeurs de chaleur et concerne, plus particulièrement, un échangeur de chaleur destiné à être incorporé à un four à gaz autodécapant. la présente invention a été mise au point lors de l'étude de 5 modèles perfectionnés de fours de cuisson à gaz autodécapants à pyrolyse ou à haute température, dans lesquels les souillures d'aliments et les éclaboussures de graisse adhérant aux parois intérieures de la cavité de cuisson du four sont décomposées en produits gazeux qui sont complètement oxydés avant d'être rejetés dans l'at-10 mosphère de la cuisine. Dans un tel four autodécapant, la température s'élève à plus de 4002C et peut même atteindre 5002C environ ; elle est maintenue pendant un temps suffisant pour achever la transformation en une à trois heures. Dans un four à gaz, le pouvoir calorifique du gaz consommé n'est utilisé qu'à raison de 50 i<> environ 15 pour chauffer le four. Le reste est représenté, d'une part, par la chaleur d'échappement et, d'autre part, par les pertes catorifi-ques par rayonnement vers l'extérieur à partir des parois de l'enveloppe du four. En conséquence, s'il est nécessaire de porter la température des parois formant la cavité de cuisson du four dans la 20 gamme d'auto-décrassage, il est par contre impératif d'éviter le refoulement d'une grande quantité de gaz brûlés chauds dans l'atmosphère de la cuisine. En outre, il est extrêmement désirable, du point de vue de la sécurité des personnes, de maintenir la température d'échappement des gaz brûlés au-dessous d'une limite maximale 25 de l'ordre de 2852C pour toute opération de cuisson. Cette même limite de température est également désirable pour la fonction de décapage automatique du four. Dans le brevet des Etats-Unis n2 3.507.265, on a décrit un échangeur de chaleur qui est utilisé, en combinaison avec le four, 30 tant pour abaisser la température des gaz brûlés que pour réchauffer l'air secondaire destiné au brûleur à gaz. L'invention a pour but de créer un échangeur de chaleur comportant, comme élément constituant principal, un panneau unique formant deux séries imbriquées de conduits, les conduits alternés 35 qui forment l'une de ces séries transportant les gaz brûlés chauds, tandis que les conduits alternés formant l'autre série transportent de l'air ambiant, l'ensemble assurant le transfert d'une partie de la chaleur des gaz brûlés à l'air ambiant. >1 21585 2 2095268 Un autre but de l'invention est de créer un échangeur de chaleur, constitué par un panneau ondulé resserré dans son propre plan de manière à former une face avant chaude tournée vers la source de chaleur et une face arrière froide, afin de réduire les pertes ca-5 lorifiques vers l'extérieur. Un autre but de l'invention est de munir un échangeur de chaleur du type décrit de moyens d'obturation étanches à son sommet et à sa base et de pratiquer des orifices d'entrée et de sortie dans ses faces avant et arrière pour créer les diagrammes d'écoulement 10 appropriés. L'invention vise, sous l'une de ses formes, un échangeur de chaleur comportant deux séries imbriquées de conduits formés par un panneau ondulé en tôle resserré latéralement de manière à fermer les ondulations et à former des faces avant et arrière sensiblement pla-15 nés. Des moyens de serrage maintiennent les ondulations fermées, de manière à déterminer une première série de conduits alternés destinés a transporter les gaz chauds et une seconde série de conduits alternés destinés à transporter des gaz relativement froids, de manière à assurer le transfert d'une partie de la chaleur des gaz 2Q chauds aux gaz froids. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et à l'examen des dessins annexés dans lesquels : la fig.l est une vue en élévation, partiellement en coupe 25 transversale, de la partie arrière d'un four à gaz muni d'un échangeur de chaleur suivant l'invention ; cette figure représente un système à contre-courant dans lequel les gaz brûlés*chauds s'écoulent vers le haut comme dans une cheminée, tandis que de l'air ambiant circule de haut en bas et parvient dans un foyer, dans le-30 quel est dispoéé un brûleur à gaz qui, lorsqu'il est allumé, a pour effet de créer un tirage qui aspire l'air ambiant vers le bas à travers 1*échangeur de chaleur, tout en refoulant les gaz brûlés chauds vers le haut, également à travers 1'échangeur de chaleur ; la fig.2 est une vue arrière en élévation de 1'échangeur de 35 chaleur de la fig.l, représentant la face froide de celui-ci qui est destinée à être tournée vers l'extérieur du four de manière à réduire les pertes calorifiques vers l'extérieur ; la fig-3 est une vue en pian, avec coupe horizontale partielle bad original 71 21585 3 209526Ô dans un plan général passant par les orifices d'entrée d'air et par les orifices de sortie des gaz brûlés ; cette vue est prise directement au-dessus des conduits dans lesquels s'effectue le transfert de chaleur entre les gaz chauds et l'air froid, et montre également 5 le matériau d'étanchéité souple utilisé pour obturer les extrémités des conduits j la fig.4 est une vue partielle en plan d'une coupe horizontale à une échelle légèrement plus grande, d'un panneau en tôle mince présentant des ondulations à profil rectangulaire qui est utilisé 10 pour fabriquer 1'échangeur de chaleur suivant l'invention et qui doit être façonné pour obtenir la configuration finale. La fig.4 est également dessinée dans un plan passant par les orifices d'entrée d'air et par les orifices de sortie des gaz brûlés situés sur les faces avant et arrière de 1'échangeur de chaleur, respectivement. 15 La fig.5 est une vue en coupe horizontale analogue à la fig.4, mais après compression latérale du panneau représenté sur celle-ci, dans son propre plan, cette compression ayant pour but de fermer les ondulations et de les maintenir fermées pour former deux séries imbriquées de conduits de section triangulaire, les conduits alter-20 nés qui forment l'une de ces séries trânsportant les gaz brûlés chauds de bas en haut, tandis que les conduits alternés qui forment l'autre série transportent de l'air ambiant de haut en bas, de manière à établir un écoulement à contre-courant, et la fig.6 est une vue en perspective partielle du panneau ondu-25 lé resserré de 1'échangeur de chaleur suivant l'invention, montrant que les ondulations ne sont ni soudées ni brasées, mais simplement fermées et maintenues appliquées les unes contre les autres par un effort de compression exercé sur les côtés opposés du panneau ondulé, dans son propre plan. 30 On va maintenant examiner les dessins, et tout d'abord la fig.l, sur laquelle est représenté un échangeur de chaleur à contre-courant 10, destiné à être monté contre le côté arrière d'un four de cuisson à gaz autodécapant. La partie inférieure de la fii.l représente d'ailleurs une partie de la structure d'un four à gaz, pour 35 mettre en évidence l'environnement dans lequel 1'échangeur suivant l'invention peut être avantageusement placé et utilisé. La paroi inférieure de l'enveloppe du four est représentée sous la forme d'une plaque ou sole 12. Un foyer 14 est prévu dans la partie inférieure 71 21585 / 2095268 du four j il est agencé de manière à pouvoir contenir un brûleur à gaz de cuisson 16. Un écran 18 est disposé sous le brûleur à gaz 16 au-dessous duquel il forme une canalisation d'air 20. Cet écran 18 présente une série de fentes oblongues 22 disposées directement au-5 dessous du brûleur 16, pour assurer une circulation d'air secondaire autour de l'extérieur dudit brûleur pendant le fonctionnement de ce dernier. Une cornière 21 est montée transversalement à l'arrière de l'enveloppe ou habillage du four, de manière à former un support pour l'arrière d'un garnissage de four en forme de caisson 23. La 10 paroi inférieure 24 du garnissage de four constitue en même temps la paroi supérieure du foyer 14. On comprendra mieux l'agencement de 1'échangeur de chaleur 10 en suivant les divers stades de sa fabrication. On examinera tout d'abord la fig.4 qui représente une vue en plan d'une coupe hori-15 zontale d'un panneau 25 présentant des ondulations à profil rectangulaire. Ce panneau peut avoir une hauteur égale à celle du garnissage de four auquel 1*échangeur de chaleur doit être associé, bien que cette hauteur puisse varier en fonction des dimensions du four, du rendement calorifique des brûleurs et des gammes de température 20 entrant en jeu, sans qu'on s'écarte ]aour cela du domaine de l'invention. Ce profil ondulé particulier présente des arêtes arrondies à rayon de courbure assez faible 27, 28 et 29, 30, et, comme déjà mentionné, présente -une forme générale rectangulaire. Ce panneau 25 est en tôle mince, par exemple d'aluminium ou d'acier inoxydable, 25 et ce matériau métallique mince a normalement tendance à se resserrer et à prendre la configuration fermée représentée sur la fig.5. On remarquera que les arêtes 28 s'appliquent contre1 les arêtes opposées 27, cependant que les arêtes 30 s'appliquent contre les arêtes 29 en formant une face avant 32 et une face arrière 34 qui peu-30 vent être considérées comme étant séparées par une âme creuse constituée par deux séries imbriquées de conduits de section triangulaire 40 et 50. Les conduits alternés 40 de l'une des séries transportent les gaz brûlés chauds, tandis que les conduits alternés 50 de l'autre série transportent de l'air ambiant. Ce panneau ondulé 35 resserré 25 est maintenu comprimé dans cette configuration par une ceinture de frettage 36, clairement représentée sur la fig.2, disposée autour du panneau, au milieu de sa hauteur, de façon que les ondulations ne puissent pas s'ouvrir. 71 21585 5 2095268 En revenant à la fig.l, on peut remarquer que les extrémités supérieures et inférieures des conduits 40 et 50 de 1'échangeur de chaleur sont obturées de façon étanche par un tampon souple 38, par exemple en fibre de verre ou analogues. Ce moyen d'obturation tend 5 à empêcher tout mélange entre les gaz brûlés présents dans les conduits 40 et l'air ambiant présent dans les conduits 50. Ces conduits 40 et 50 forment ainsi de véritables tuyaux séparés et d'autres moyens doivent être prévus pour permettre à l'air et aux gaz de pénétrer dans ces tuyaux et de s'en échapper. La face avant 32 10 de 1'échangeur de chaleur est destinée à être tournée vers le côté arrière du four, tandis que sa face arrière 34 sera tournée vers l'extérieur. Dans cette face arrière 34 et, plus précisément, dans sa partie supérieure, sont pratiqués une série d'orifices d'entrée d'air espacés 42, qui communiquent avec les conduits ou tuyaux al-15 ternés 50, comme on le voit clairement sur la fig.6. "One tubulure de distribution 44 est montée de manière à recouvrir tous les orifices d'entrée d'air 42 comme on peut le voir sur les fig.l et 2. L'air ambiant peut pénétrer librement dans les extrémités opposées de la tubulure 44 qui restent ouvertes. Cette tubulure tend, en ou-20 tre, à maintenir 1'échangeur de chaleur 10 espacé d'un mur de cuisine quelconque contre lequel le four pourrait être placé, de façon que ce mur ne tende pas à gêner la circulation de l'air à travers 1'échangeur de chaleur. Cette tubulure 44 peut être fixée par des éléments filetés tels que des vis, qui traversent des trous prati-25 qués dans son rebord inférieur et qui se vissent dans la face arrière 34 de l1échangeur de chaleur. La partie supérieure 48 de la tubulure.44 est agencée de manière à s'adapter sur le tampon souple 38 à la façon d'une plaque de recouvrement pour maintenir en place ledit tampon. Des orifices de sortie d'air analogues 52 sont 30 pratiqués à la base des tuyaux 50, comme représenté également sur la vue en perspective de la fig.6. Un collecteur allongé 54 est monté en regard des orifices de sortie d'air 52 pour recevoir l'air s'échappant du bas de 1'échangeur de chaleur 10. Ce collecteur 54 alimente la canalisation d'air 35 inférieure 20 d'où l'air s'élève à travers les fentes 22 de l'écran 18 pour venir lécher le brûleur à gaz 16 en tant qu'air secondaire réchauffé. Les gaz brûlés chauds dégagés par le brûleur 16 sont capables 71 21585 ' J09526a d'élever la température de la cavité de cuisson du four (non représentée). Ensuite, les gaz doivent normalement être rejetés â l'atmosphère. Toutefois, suivant l'invention, les gaz brûlés circulent au préalable à travers 1'échangeur de chaleur 10. Cette circulation 5 peut s'effectuer parallèlement à celle de l'air ambiant ou à contre courant de celle-ci. Dans le cas d'une circulation en parallèle, l'air et les gaz brûlés pourraient pénétrer dans 1'échangeur de chaleur à son extrémité supérieure, tandis que l'air réchauffé et les gaz brûlés refroidis s'échapperaient à sa base. Cette disposition 10 pourrait exiger un tirage forcé des gaz brûlés à travers 1'échangeur de chaleur. Sur le dessin, c'est le système à contre-courant qui a été représenté. Des orifices d'entrée des gaz brûlés 58 sont pratiqués dans la partie inférieure de la face avant ou frontale 32 de 1'échangeur de chaleur, de manière à communiquer avec les tuyaux 15 alternés 40, tandis que des orifices de sortie des gaz brûlés 60 sont pratiqués dans la partie supérieure des tuyaux alternés 40, où les gaz sont transférés dans un conduit d'évacuation incliné 62 qui aboutit sous le "pare-graisse" arrière (non représenté) d'une cuisinière à gaz dans laquelle le four est monté, d'où ils sont rejetés 20 dans l'atmosphère de la cuisine. La figure 1 représente un modèle de four à moufle, dans lequel les gaz brûlés, en quittant le foyer 14, passent autour de l'extérieur du garnissage 23 du four, puis redescendent à l'arrière de celui-ci pour pénétrer dans la série d'orifices d'admission de gaz brûlés espacés 58. Bien entendu, un sys-25 tëme de chauffage par air chaud à circulation naturelle pourrait ê-galement utiliser 1'échangeur de chaleur suivant L'invention. D'après la description ci-dessus de 1'échangeur de chaleur suivant l'invention, de construction simplifiée, à un prix de revient peu élevé et à grand rendement, qui peut être fabriqué prati-30 quement d'une seule pièce, les spécialistes de cette technique cons tateront aisément que l'invention permet de réaliser une structure d'échangeur de chaleur dont l'une des faces, la face frontale 32, est portée à une température élevée et est disposée en regard de la source des gaz brûlés chauds, c'est à dire du garnissage 23 du four 35 tandis que la face opposée, ou face arrière, 34 de 1'échangeur de chaleur est une face froide tournée vers l'extérieur du four. Cette relation tend à réduire les pertes calorifiques vers l'extérieur de 1'échangeur de chaleur et, par conséquent, vers l'extérieur de la cuisinière ou du four. Elle tend, en outre, à maintenir la paroi 71 21585 7 2095268 arrière du garnissage 23 du four à des températures élevées et sensiblement uniformes, de manière à ne pas créer à l'arrière du four des points "froids" qui pourraient exiger une consommation de gaz plus grande pour porter les températures minimales du four au niveau 5 nécessaire. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit j elle est susceptible de nombreuses variantes, selon les applications envisagées, sans qu'on s'écarte pour cela du domaine de l'invention. 71 21585 8 2095268 REVENDICATIONS 1 - Echangeur de chaleur destiné à être incorporé au système d'échappement des gaz brûlés d'un four à gaz autodécapant, ledit échangeur de chaleur étant caractérisé en ce qu'il comprend un pan- 5 neau ondulé resserré latéralement de manière à former deux séries imbriquées de conduits de section triangulaire, les conduits alternés qui forment l'une de ces séries étant destinés à transporter de l'air ambiant, tandis que les conduits alternés formant l'autre série sont destinés à transporter les gaz brûlés chauds, moyennant 10 quoi l'une des faces de 1'échangeur de chaleur est une face relativement froide, tandis que sa face opposée est une face chaude, des moyens d'étanchéité prévus aux deux extrémités de 1'échangeur de chaleur, pour obturer les extrémités des conduits et empêcher le mélange entre l'air et les gaz, respectivement présents dans les 15 deux séries de conduits, des orifices d'entrée et de sortie d'air pratiqués aux extrémités opposées des conduits sur la face froide et des orifices d'entrée et de sortie des gaz brûlés pratiqués aux extrémités opposées des conduits sur la face chaude. 2 - Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comprend 20 deux séries imbriquées de conduits de- section triangulaire formés par un panneau qui présente des ondulations à profil rectangulaire et qui est resserré de manière à former une face frontale et une face arrière, une première série de conduits alternés capables de transporter des gaz chauds et une seconde série de conduits alter-25 nés capables de transporter de l'air ambiant, des moyens d'étanchéité disposés aux deux extrémités de 1'échangeur de chaleur, pour ob- « turer les extrémités des conduits et empêcher le mélange entre l'air et les gaz, la face frontale de 1'échangeur de chaleur présentant des orifices d'entrée de gaz à l'une de ses extrémités et des ori-30 fices de sortie de gaz au voisinage immédiat de son extrémité opposée, l'arrière de 1'échangeur de chaleur présentant des orifices d'entrée d'air à l'une de ses extrémités et des orifices de sortie d'air au voisinage immédiat de son extrémité opposée. 3 - Echangeur de chaleur suivant la revendication 2, carac-35 térisé en ce qu'il comporte un système de circulation à contre- courant dans lequel les orifices d'entrée des gaz et les orifices d'entrée d'air sont, respectivement, disposés aux extrémités opposées de 1'échangeur de chaleur, tandis que les orifices de sortie 71 21585 9 2095268 dès.gaz sont adjacents aux orifices d'entrée d'air et que les orifices de sortie d'air sont adjacents aux orifices d'entrée des gaz. 4 - iichangeur de chaleur suivant la revendication 3» caractérisé en ce qu'il est agencé de manière à pouvoir être disposé ver- 5 ticalement, avec ses orifices d'entrée des gaz au voisinage immédiat de son extrémité inférieure, pour créer un effet de cheminée grâce auquel les gaz chauds s'élèvent à travers 1'échangeur de chaleur, tandis que les orifices d'entrée d'air sont disposés au voisinage immédiat de l'extrémité supérieure de 1'échangeur de cha-10 leur, l'air pouvant s'écouler de haut en bas à travers 1'échangeur de chaleur sous l'effet d'une succion créée en aval des orifices de sortie d'air. 5 - Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend deux séries imbriquées de conduits formés par un panneau en tôle 15 mince présentant des ondulations à profil rectangulaire et qui est resserré latéralement de manière à fermer les ondulations et à former des faces avant et arrière sensiblement planes, des moyens de serrage pour maintenir les ondulations fermées, l'une des séries de conduits alternés ainsi formés assurant le transport de gaz chauds, 20 tandis que l'autre série de conduits alternés assure le transport de gaz relativement froids pour transférer une partie de la chaleur des gaz chauds aux gaz froids. 6 - Echangeur de chaleur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens d'étanchéité obturent les extrémités 25 opposées des conduits, des orifices d'entrée des gaz chauds étant pratiqués à travers la partie inférieure de la face frontale, tandis que des orifices de sortie des gaz chauds sont pratiqués à travers sa partie supérieure, moyennant quoi ladite face frontale est portée à une température relativement élevée, cependant que des ori-30 fices d'entrée des gaz froids sont pratiqués à travers la partie supérieure de la face arrière et que des orifices de sortie de ces gaz sont prévus dans la partie inférieure de ladite face arrière, moyennant quoi celle-ci est maintenue à une température relativement basse. 35 7 - ^changeur de chaleur à contre-courant destiné à être uti lisé dans le système d'échappement des gaz brûlés d'un four à gaz autodécapant, ledit échangeur de chaleur étant caractérisé en ce qu'il comprend un panneau ondulé en tôle mince resserré transver— 71 21585 10 2095268 salement dans son propre plan pour fermer ses ondulations et pour former deux séries imbriquées de conduits assurant, respectivement, le transport des gaz brûlés chauds et le transport d'air ambiant pour transférer une partie de la chaleur des gaz brûlés à l'air am-5 biant et des moyens de serrage pour maintenir les ondulations fermées, la face frontale de 1'échangeur de chaleur étant adjacente aux conduits de gaz brûlés, de sorte qu'elle est portée à une température relativement élevée, tandis que la face arrière de 1'echangeur de chaleur est adjacente aux conduits d'air ambiant et, par consé-10 quent, est maintenue relativement froide, la face frontale étant tournée vers la source de gaz brûlés chauds, tandis que la face arrière est tournée vers l'extérieur. 8 - Echangeur de chaleur à contre-courant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le panneau ondulé présente des on-15 dulations à profil rectangulaire qui, lorsqu'elles sont resserrées dans le plan du panneau, forment deux séries imbriquées de conduits de section triangulaire, la série de conduits avant étant destinée à transporter les gaz brûlés chauds, tandis que la série de conduits arrière est destinée à transporter de l'air ambiant. 20 - 9 - Echangeur de chaleur à contre-courant suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'étanchéité disposés aux extrémités opposées des conduits pour obturer ceux-ci, des orifices d'entrée.de gaz pratiqués dans sa face frontale au voisinage immédiat de sa partie inférieure, des orifices de sortie de 25 gaz pratiqués dans sa face frontale au voisinage immédiat de sa partie supérieure, des orifices d'entrée d'air pratiqués dans sa face arrière au voisinage immédiat de sa partie supérieure et des orifices de sortie d'air pratiqués dans sa face arrière au voisinage immédiat de sa partie inférieure, et des moyens de succion agen-30 cés de manière à pouvoir être mis en communication avec les orifices de sortie d'air pour aspirer de l'air ambiant de haut en bas à travers 1'échangeur de chaleur.