Brevet FR2308868A1 — publié le 19761119

La présente invention est relative à un dispositif pour le chauffage ou la cuisson par générateur de chaleur à combustible gazeux. La présente invention est notamment applicable aux brQleurs à gaz de table de travail d'appareils domestiques pour le chauffage et la cuisson d'aliments, mais son domaine d'application s'étend aussi aux appareils de chauffage, en particulier les chaudières mixtes à gaz pour la fourniture d'eau chaude domestique et d'eau de chauffage, aux installations de cuisine industrielles et à des fours industriels, en particulier pour la cuisson ou le recuit de pièces. Dans le cas du chauffage ou de la cuisson d'aliments au moyen d'un appareil domestique, le transfert de chaleur entre un brûleur et le contenu d'un récipient dépend de la concentration, de la répartition calorifique sous le récipient, de la conductibilité thermique du matériau du récipient et de la diffusion de la chaleur du récipient à travers son contenu, ce dernier paramètre étant essentiellement fonction de la nature de ce contenu. Pour etre effectuée de façon satisfaisante, la cuisson d'aliments nécessite une répartition de température aussi uniforme que possible sur le fond du récipient et donc une bonne répartition calorifique sous ce récipient. La répartition calorifique est bien entendu fonction du type de braleur utilisé et de certaines caractéristiques du brûleur (angle de perçage des orifices de sortie du mélange combustible, concentration calorifique, distance du fond du récipient...), mais, d'une façon générale, cette répartition calorifique sera d'autant plu9 satisfaisante que le débit du brûleur sera plus élevé. Or, pour certaines opérations de cuisson, par exemple le mijotage de préparations culinaires ou la cuisson de préparations contenant des corps gras à température de décomposition peu élevée, le débit calorifique doit etre faible. La réduction du débit calorifique du brûleur et du taux d'aération primaire modifient la concentration calorifique à la tete du brûleur et les flammes prennent alors généralement l'aspect d'un panache localisé la plupart du temps en une zone réduite du fond du r- cipient. La répartition de température au fond du récipient n'est plus uniforme et le contenu du récipient situé près de cette zone du fond risque de "briller" et éventuellement d'attacher ;tu rond. La non-uniformité de la répartition de température et le risque de balaye sont d'autant plus grands que le matériau du récipient a une faible conductibilité thermique. Or les récipients usuels sont fait de matériaux de conductibilités très diverses ; ainsi, le verre "Pyrex" présente une conductibilité thermique environ 100 fois inférieure à celle de l'aluminium et environ 200 fois inférieure à celle du cuivre. De plus, avec des récipients dont le matériau présente une très faible conductibilité thermique, au risque de bradage des aliments s'ajoute le risque de destruction du récipient, destruction due à des différences de température trop grandes au sein du matériau. Diverses solutions ont déjà été proposées pour améliorer la répartition de température sur le fond des récipients, en particulier lorsque le débit calorifique du brûleur est faible Selon une première solution connue, on dispose un petit déflecteur sur la grille de support du récipient pour répartir le flux calorifique du bradeur. Selon une deuxième solution, on utilise un brûleur souple qui est disposé sous une plaque jouant le rible de diffuseur thermique et qui est doté d'un élément de réglage du débit instantané permettant d'obtenir des débits très faibles.Ces deux solutions présentent l'inconvénient de nécessiter l'interpositiind'nélément supplémentaire entre le br(lleur et le récipient, ce qui diminue la quantité de chaleur transmise au récipient. Selon une troisième solution connue, on utilise un bradeur à double couronne, les orifices pratiqués dans les couronnes ayant des angles de perçage différents. Un tel brûleur est relativement complexe et ne permet toutefois d'obtenir une bonne répartition calorifique que dans une zone limitée lorsqu'il fonctionne à faible débit. Enfin, selon une quatrième solution connue, on utilise un thermostat palpeur pour limiter la température maximale au fondu récipient. L'emploi d'un thermostat permet d'éviter d'atteindre des températures trop élevées au fond du récipient mais ne permet pas d'obtenir une répartition uniforme de température sur ce fond. La présente invention se propose de fournir un dispositif pour le chauffage ou la cuisson par générateur de chaleur à combustible gazeux qui permette notamment d'obtenir une bonne répartition calorifique sous un récipient ou un objet à chauffer, sans risque de surchauffe locale, meme à débit calorifique moyen faible, sans interposition de déflecteur ou diffuseur, et qui soit applicable à tout type de brûleur. Ce but est atteint par un dispositif pour le chauffage ou la cuisson comportant un générateur de chaleur à combustible gazeux relié à une conduite d'alimentation en combustible par un élément de réglage du débit instantané de combustible, ce dispositif comportant, en outre, conformément à l'invention, un organe de commande du fonctionnement du générateur de chaleur et des moyens susceptibles d'actionner ledit organe de commande pour déterminer des périodes alternées de fonctionnement et de non fonctionnement dudit générateur de chaleur selon in programme préétabli. L'utilisationu du générateur de chaleur avec des périodes successives de fonctionnement et de non fonctionnement permet, en réglant le rapport entre les durées des périodes de fonctionnement et de non fonctionnement d'obtenir un débit moyen prédéterminé lors d'une opération de chauffage ou de cuisson, avec un débit instantané, lors des périodes de fonctionnement supérieur à ce débit moyen. Ainsi le générateur de chaleur pouvant etre utilisé en période de fonctionnement avec un débit élevé meme lorsque la quantité moyenne de chaleur à transmettre est faible, on évite le risque ci-avant mentionné de surchauffe locale du récipient ou de l'objet chauffé, risque lié à un faible débit instantané d'un générateur de chaleur fonctionnant sans interruption.Par ailleurs , grace à ce fonctionnement intermittent, on peut obtenir une bonne répartition calorifique sous le récipient ou l'objet à chauffer en adaptant initialement le débit instantané du générateur de chaleur à la taille du récipient, le débit moyen étant ensuite choisi en fonction de la nature de l'opération de cuisson ou de chauffage. Enfin, l'existence de périodes de non fonctionnement permet une uniformisation des températures du récipient ou de l'objet chauffé, meme lorsque le matériau du récipient ou de cet objet a une faible conductibilité thermique, car la chaleur délivrée lors des périodes de fonctionnement a alors la possibilité de se répartir progressivement dans la masse du matériau. Le générateur de chaleur utilisé peut etre un brûleur d'un type connu utilisé dans les appareils de cuisine domestiques ou des bradeurs de sole ou de grilloir notamment d'appareils de cuisine industriels ou des bradeurs ou rampe de brûleurs de fours industriels. De préférence on utilise un brtleur à flammes stabilisées pour obtenir une meilleure concentration et répartition calorifique. Le fonctionnement du générateur de chaleur peut etre commandé par une vanne, par exemple une électrovanne insérée dans la conduite d'alimentation et commandant l'admission du gaz. L'inflammation du mélange combustible peut etre obtenu automatiquement par une électrode d'allumage disposée à proximité du générateur de chaleur. La commande du fonctionnement intermittent du générateur de valeur peut etre réalisée mécaniquement, électriquement ou électro-mécaniquement. D'autres particularités et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description d'un dispositif conforme à l'invention appliqué à un appareil de cuisine domestique, description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif en référence aux figures du dessin joint qui illustrentsiématiquement: - figure 1 : une vue schématique d'un dispositif de chauffage ou de cuisson conforme à l'invention - figure 2 : un premier mode de réalisation de moyens d'actionnement de l'organe de commande de fonctionnement du génE- rateur de chaleur ; et - figure 3 : un second mode de réalisation de moyens d'actionnement de l'organe de commande de fonctionnement du générateur de chaleur. Le dispositif illustré schématiquement par la figure 1 comporte un bradeur à flammes stabilisées 1 monté sur une table de travail 2 d'un apparail de cuisine domestique, cette table 2 portant des éléments 3 formant grille de support d'un récipient (non représenté). La chambre de répartition 4 du mélange gaz combustible-air primaire dans le brûleur 1 est reliée à une conduite d'alimentation 5 par un robinet de réglage 6 qui connecte la conduite 5 à un injecteur 7 débouchant à l'entrée d'un conduit d'admission 9 du mélange combustible dans la chambre 4. Le robinet 6 est représenté en position fermée (F). Sa plage de réglage porte plusieurs repères : un repère 0, pour lequel le robinet est: complè ement ouvert, ce qui correspond au débit instantané nominal du brQleur 1, et des repères A, B, C, D, correspondant par exernple à des débits instantanés respectivement égaux à 1/'lu, 17, 1/4 et 2/3 du débit nominal. Une électrode d'allumage 9 est disposée à proximité de la tête du bradeur 1 et est reliée à un boitier d'allumage et de réallumage 10 alimenté par le secteur 11 du réseau de distribution électrique. L'électrode d'allumage est mise sous tension par l'intermédiaire du bottier 10 ; elle peut aussi remplir la fonction de sonde d'ionisation pour la détection et la surveillance des flammes du fait de l'aptitude des gaz en combustion partiellement ionisés à conduire l'électricité. Sur la conduite d'alimentation 5 est montée une électrovanne 12 dont la bobine d'excitation 13 est branchée à la sortie d'un bottier de commande 14 de l'actionnement de l'électrovanne 12. Le bottier 14, ou séquenceur, est connecté au secteur 11 par l'intermédiaire d'un interrupteur 15 et comporte une manette de réglage 16 et un commutateur 17. La manette de réglage 16 est déplaçable le long d'une plage de réglage munie de repères, par exemple en nombre égal à dix, S1 à S10. Le séquenceur 14 peut commander l'ouverture et la fermeture successives de l'électrovanne 12 avec un rythme prédéterminé en fonction de la position de la manette de réglage 16. Le commutateur 17 est à deux positions, une position S pour laquelle l'électrovanne 12 est commandée par le séquenceur et une position N pour laquelle l'électrovanne 12 est constamment en position ouverte, l'admission de gaz au brûleur 1 étant alors uniquement commandée par le robinet 6. Lorsqu'il est actif, le séquenceur 14 délivre des sigaux de commande pour faire effectuer à l'électrovanne 12 des cycles successifs, chaque cycle comportant une période d'ouverture suivie d'une période de fermeture. La durée totale de chaque cycle peut etre constante ou non, la manette de réglage 16 permettant de faire varier la durée des périodes d'ouverture ou de fermeture de 1'électrovanne 12, ou le rapport entre ces durées. La durée totale d'un cycle est choisie de préférence entre 10 et 60 secondes pour éviter d'avoir des périodes de non fonctionnement du brûleur 1 trop courtes, ce qui pourrait empecher une bonne répartition de la chaleur dans la masse du récipient, ou trop longues, ce qui provoquerait un refroidissement trop important du contenu du récipient. A titre d'exemple, la durée totale d'un cycle est choisie égale à 30 secondes et les diverses positions S1 à S10 de la manette de réglage 16 correspondent à des périodes de fonctionnement de durée égale respectivement à 2, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, et 13 secondes. Avec un bradeur qui, au débit nominal du ro binet 6, délivre un débit calorifique instantané égal à 3200 mth/h (millithermies par heure ; une millithermie par heure correspond environ à une puissance de 1,16 W), on peut obtenir un débit calorifique moyen minimum du brûleur de 210 mth/h lorsque le robinet 6 est en position 0, et de 21 mth/h lorsque le robinet 6 est en position A. A titre indicatif, deux modes d'utilisation du dispositif ci-dessus décrit sont indiqués ci-après sous forme d'exemples. Exemple 1 : mijotage d'une préparation culinaire (civet) dans un récipient en aluminium. Le débit instantatéest réglé en particulier en fonction de la taille du récipient. Le robinet 6 est par exemple placé en position D (2/3 du débit nominal). Une opération de mijotage nécessitant un apport moyen de 200 à 300 mth/h, la manette de réglage est placée en position S2 (4 secondes de fonctionnement pour un cycle de 30 secondes, ce qui correspond à un débit ca lorifique moyen du bradeur 1 d'environ 280 mth/h). Exemple 2 : rissolage de pommes de terre avec beurre dans un récipient en fonte émaillée. Le robinet 6 est placé en position 0 (débit nominal) et la manette de réglage est placée en position S9. La température de décomposition du beurre (140 à 1500C) n'est pas atteinte, aussi le rissolage est de bonne qualité et le gout de la préparation est excellent. Aucun point de brûlage ou d'attache de la préparation n'est observé malgré l'utilisation d'un récipient de fonte émaillée qui a habituellement tendance à "attacher". Ce dernier exemple montre que le dispositif conforme à l'invention permet de maintenir une température de cuisson à une valeur désirée. On notera par ailleurs, que le débit calori fique moyen peut être modifié au cours d'une cuisson, si la nature de la préparation l'exige (par exemple mise en ébullition et maintien å température d'ébullition), par simple action sur la manette de réglage 16 du séquenceur, sans modifier le débit instantané du robinet 6. Les figures 2 et 3 illustrent schématiquement deux modes de réalisation du séquenceur 14. Tel que représenté sur la figure 2, le séquenceur J4 comprend une base de temps 20 qui délivre deg impulsions à une cadence constante, par exempleuneimpulsion par seconde. Ces impulsions sont appliquées à l'entrée de comptage d'un ensemble de comptage 21 possédant des sorties S'1 à S'10 et une sortie L'ensemble de comptage 21 peut par exemple être réalisé sous forme de compteurs binaires dont les sorties sont combinées pour qu'apparaisse une impulsion sur les sorties S'1 à S'1O et toutes les 2, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 et 30 impulsions délivrées par la base de temps 20.La manette de réglage 16 connecte, selon sa position, une des sorties S'1 à S'1O à l'entrée 22a d'une bascule bistable 22 dont une deuxième entrée 22b est reliée à la sortie S'0, laquelle est également reliée à l'entrée de remise à zéro RAZ de l'ensemble de comptage 21. La sortie 22c de la bascule 22 est reliée, par l'intermédiaire du commutateur 17, à l'entrée 23a d'un amplificateur 23 dont la sortie 23b alimente la bobine 24 d'un relais 25 qui commande la mise hors tension de la bobine d'excitation 13 de l'électrovanne 12. Lorsqu'une impulsion est appliquée à l'entrée 22a de la bascule 22, un niveau logique haut apparait sur sa sortie 22c et, le commutateur 17 étant en position S, la bobine 24 est excitée, la bobine d'excitation 13 est hors tension et l'électrovanne 12 se ferme. La bobine 24 reste excitée jusqu'à l'apparition d'une impulsion à l'entrée 22b de la bascule 22, la sortie 22c de cette dernière passant alors au niveau logique bas et la tension à l'entrée 23a de l'amplificateur 23 devenant nulle. Selon la position de la manette de réglage 16, la bascule 22 délivre des impulsions de commande de durées différentes qui déterminent des périodes de fermeture de l'électrovanne s'échelonnant de 17 à 28 secondes pendant des cycles consécutifs de 30 secondes, l'ensemble de comptage 21 étant remis à zéro toutes les 30 secondes. Lorsque le commutateur 17 est en position N, l'entrée de l'amplificateur 23 est connectée à la masse et l'électrovanne 12 reste constamment ouverte. On notera que la durée d'un cycle pourrait etre rendue ajustable en constituant la base de temps 20 sous forme d'un générateur d'impulsions à fréquence variable. La figure 3 illustre schématiquement un second mode de réalisation du séquenceur 14. Sur cette figure, on a représenté un élément bilame courbe 30 dont une extrémité est fixée à une paroi d'un bottier 31. La manette de réglage 16 est solidaire d'une vis de réglage 32 dont l'extrémité appuie sur la bilame 30 lorsque cetbe dernièreest froide.Une résistance 33, placée à proximité de l'élément bilame 30 a une de ses bornes reliée à une borne du secteur 11 par l'intermédiaire d'un interrupteur 34 et de l'interrupteur 15 et a son autre borne reliée à l'autre borne du secteur Il'par l'intermédiaire du commutateur 17. Enfin, la bobine 13 de l'électrovanne 12 est reliée au secteur 11 par l'intermédiaire de l'interrupteur 34 et de l'interrupteur 15.L'interrupteur 34 comporte un contact fixe 34a et un contact mobile 34b porté par un bras mobile 35. L'élément bilame 30 porte dans sa partie d'extrémité libre une tige 36 susceptible d'actionner le bras mobile 35 lorsque l'élément bilame 30 est courbé sous l'effet de la chaleur, la distance entre la tige 36 et le bras mobile 35, lorsque l'élément bilame 30 est froid, étant réglable par la manette de réglage 16. Lorsque le commutateur 17 est en position x, la résistance 33 n'est parcourue par aucun courant, l'élément bilame 30 est froid et l'interrupteur 34 est fermé. Ainsi, l'interrupteur 15 étant fermé, la bobine d'excitation 13 est alimentée par le secteur 11 et l'6lectrovanne 12 reste constamment ouverte. Lorsque le commutateur 17 est placé en position S, la résistance 33 est mise sous tension et commence à chauffer l'élément bilame 30 qui se courbe. Au bout d'un temps de chauffage fonction de la distance séparant la tige 36 du bras mobile 35, ce dernier est actionné par la tige 36 et l'interrupteur 34 est ouvert. L'ouverture de l'interrupteur 34 provoque la mise hors tension d'une part, de la bobine d'excitation 13, et 1'élec- trovanne 12 se ferme, et d'autre part, de la résistance 33. La résistance 33 n'étant plus sous tension, l'élément bilame 30 refroidit et se redresse, ce qui provoque au bout d'un certain temps la fermeture de l'interrupteur 34 et le début d'un nouveau cycle. Le deuxième mode de réalisation du séquenceur ci-avant décrit permet essentiellement, au moyen de la manette de réglage 16, de faire varier le rapport entre les durées de fonctionnement et de non-fonctionnement du brûleur 1, la durée de chaque cycle n'étant pas rigoureusement constante pour chaque position de la manette 16. Par contre, avec ce second mode de réalisation, on obtient un réglage continu et non pas un nombre limité de réglages possibles. Bien entendu, diverses modifications ou adjonctions pourront etre apportées au dispositif ci-dessus décrit sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, ainsi que déjà mentionné, la présente invention n'est pas limitée à son application aux appareils de cuisine domestiques mais peut également etre appliquée à des appareils de cuisine industrielle, de chauffage ou à des fours industriels. Pour ces diverses autres applications, le rythme de fonctionnement et non fonctionnement du générateur de chaleur ainsi que la durée de chaque cycle seront évidemment choisis en fonction du volume et de la nature de l'objet à traiter. REVENDICATIONS lDispositif pour le chauffage ou la cuisson comportant un générateur de chaleur à combustible gazeux relié à une conduite d'alimentation en combustible par un élément de réglage du débit instantané de cOmbustible, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe de commande du fonctionnement du générateur de chaleur et des moyens susceptibles d'actionner ledit organe de commande pour déterminer des périodes alternées de fonctionnement et de non-fonctionnement dudit générateur de chaleur selon un programme préétabli. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe de commande par tout ou rien du fonctionnement du générateur est une électrovanne montée sur ladite conduite d'alimentation. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement de l'organe de commande comportent un générateur d'impulsions de commande dont la durée est réglable, pour commander le fonctionnement du générateur de chaleur pendant une durée prédéterminée au cours de cycles successifs comportant chacun une période de fonctionnement et une période de non-fonctionnement du générateur de chaleur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit générateur' d'impulsions de commande comporte une base de temps, un ensemble de comptage relié à la base de temps et présentant plusieurs sorties, et un commutateur permettant de sélectionner une desdites sorties correspondant à ladite durée prédéterminée de fonctionnement du générateur de chaleur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement de l'organe de commande comportent un élément déformable sous l'effet de la chaleur, des moyens de chauffage de cet élément déformable, un élément à contacts qui comporte un contact mobile, actionnable par l ment déformable et relié auxdits moyens de chauffage et des moyens de réglage de la durée nécessaire au chauffage de l'élément déformable pour que ce dernier actionne ledit contact mobile. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément déformable est un élément bilame dont la courbure à l'état froid est réglable par lesdits moyens de réglage. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la somme des durées de deux périodes consécutives de fonctionnemeatetde non-fonctionnement du générateur de chaleur est comprise entre 10 et 60 secondes. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une électrode d'allumage susceptible d'etre mise sous tension est disposée à proximité du générateur de chaleur. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit générateur de chaleur est un brûleur à flammes stabilisées.