Brevet FR2476291A1 — publié le 19810821

- 1 - Four de cuisson multizone à chauffage indirect et à transpotu La présente invention concerne un four de cuisson multizone à chauffage indirect et à transporteur, ce four pou- vant être utilisé pour des produits de boulangerie tels que le pain, des g9teaux ou des confiseries (c'est-k-dire de petits gàteaux, des tartes, etc.) ou encore pour des biscuits* Le terme "multizonen signifie que la température, c'est-à-dire la chaleur appliquées n'est pas uniforme sur toute la longueur du four. Par exemple, pour cuire le pain, on appli- que une chaleur élevée à la base de la première zone du four en vue de la levée de la pàte du pain tandis qu'il faut appliquer une chaleur très faible, voire nulle, au sommet pour maintenir la température de surface aussi faible que possible et empêcher la formation d'une croûte afin que dilatation puisse se pro- duire k une allure rapide sans scission du pain (les moules de cuisson ou le transporteur empochant la scission du dessous du pain); dans la seconde zone, on applique une chaleur un peu plus faible k la base et la chaleur au sommet est inférieure à celle régnant à la base mais supérieure à celle régnant au sommet dans la première zone, cela pour sécher le pain; dans la troisième ou dernière zone, il faut une chaleur encore plus faible à la base tandis que la chaleur au sommet est un peu plus élevée, k peu près égale k la chaleur k la base, cela pour caraméliser ou brunir la crofte du pain. Grosso modo, chaque zone peut s'étendre sur un tiers de la longueur du four mais il se produit un chevauchement des zones et des processus spécifiques qui s'y déroulent. Le même type de réglage de cha- leur ou de température est nécessaire pour la majorité des produits de boulangerie mais pas pour tous ces produits. Par exemple, dans la fabrication de certains biscuits, on applique une chaleur élevée au sommet de la première zone et une chaleur faible à la base de cette zone. Dans le chauffage indirect, on utilise habituelle- ment un système de chauffage k circulation de gaz en circuit 2476P91 - 2 - fermé chauffé par un élément de chauffage qui, d'une façon générale, peut être de n'importe quel type approprié, y compris des éléments de chauffage électrique ou une combinaison d'élé- ments de chauffage électrique et de brûleurs mais qui, dans la pratique, est habituellement un élément de chauffage à gaz ou à mazout ou à gaz/mazout; avec un tel brûleur, les gaz de combustion pénètrent dans le circuit et, habituellement aussi- t8t avant que les gaz soient renvoyés au brûleur, il se produit une décharge d'environ 10 % (en masse) du flux de gaz, ce sys- tème étant connu comme étant le système "cyclotherm". Un four à transporteur comporte un moyen pour faire passer les produits à cuire à travers le four depuis l'extré- mité d'entrée jusqu'h l'extrémité de sortie, ce moyen se pré- sentant habituellement sous la forme d'un transporteur qui transporte les produits soit directement soit dans des moules ou réceptacles de cuisson. La chambre de four peut être très large, cette chambre pouvant avoir, par exemple, environ 30 mètres de long et 4 mètres de large. Un four de cuisson multizone à transporteur et à chauffage indirect par brûleur comportant un système de chauf- fage à circulation de gaz en circuit fermé qui chauffe la majeure partie de la longueur du four est décrit dans la demande de brevet britannique n0 382 266. On estime que ce four n'a pas donné des résultats satisfaisants et qu'il présente un rendement thermique relativement faible. La présente invention permet d'obtenir un four multi- zone à chauffage indirect et à transporteur comportant un sys- tème de chauffage à circulation de gaz en circuit fermé qui chauffe au moins la majeure partie de la longueur du four et qui a pour première caractéristique que le système de chauffage comprend au moins deux éléments de chauffage espacés l'un de l'autre dans la direction d'écoulement de gaz du système de chauffage, le gaz s'écoulant le long de la base du four jus- qu'en un point adjacent à l'extrémité de sortie puis revenant le long du sommet du four, la température diminuant d'une - 3 - façon générale tout au long du circuit de sorte que la chaleur maximale à la base se trouve en un point adjacent à l'extrémité d'entrée du four et la chaleur maximale au sommet se trouve en un point adjacent à l'extrémité de sortie du four. Suivant une seconde caractéristique, le premier élément de chauffage du système est adjacent à l'extrémité d'entrée du four et a une capacité thermique beaucoup plus grande que l'autre élément de chauffage ou chacun des autres éléments de chauffage. Suivant une troisième caractéristique, le four com- prend une pluralité d'autres éléments de chauffage qui tous ont sensiblement la même capacité thermique. - Suivant une quatrième caractéristique de ce four, tous les écoulements de gaz dans le système de chauffage sont sensiblement longitudinaux, sur la totalité de la longueur du four ou sur la partie chauffée par le système de chauffage, sauf à l'endroit des coudes à au moins une des extrémités du four ainsi qu'aux parties divergentes adjacentes aux éléments de chauffage. - Suivant une cinquième caractéristique de ce four, le gaz s'écoule dans le système de chauffage le long de tubes longitudinaux sur lequel des soufflantes de circulation font circuler l'atmosphère du four. Suivant une sixième caractéristique de ce four, le système de chauffage ne comprend qu'un seul élément de décharge ou de purge. Suivant une septième caractéristique, ce four com- prend un premier élément de chauffage situé en un point adja- cent à l'extrémité d'entrée du four et au moins un autre élé- ment de chauffage à quelque distance en aval du premier élément de chauffage, cet autre ou ces autres éléments de chauffage comportant un ou plusieurs brfileurs disposés immédiatement sur le c8té de la zone de cuisson ainsi qu'au-dessus et au-dessous de cette zone en pénétrant,transversalement au trajet de dé- placement des produits à travers le fourdans les gaz de -4 - circulation du système de chauffage, le ou chaque brleur pénétrant dans un cylindre de distribution perforé s'étendant transversalement au droit du trajet d'écoulement du gaz dans le système de chauffage. Suivant une huitième caractéristique de ce four, une zone du four peut être partiellement ou complètement contournée. Suivant une neuvième caractéristique de ce four, aucun registre n'est utilisé pour régler l'écoulement du gaz dans le système de chauffage. Les deuxième à neuvième caractéristiques mention- nées ci-dessus sont les caractéristiques préférées de l'inven- tiono Le four de la présente invention peut présenter les avantages suivants: (a) ce four procure le modèle de chauffage normale- ment nécessaire pour le pain et pour de nombreux autres produits de boulangerie, à savoir une température diminuant le long de la base du four et une température s'élevant le long du sommet de ce four. Comme le système de chauffage de gaz unique fonc- tionne avec une température qui diminue d'une façon générale tout le long du circuit et comme l'extrémité de sortie du sys- tème de chauffage se trouve dans une zone du four *i une tempéra- ture faible est nécessaire, les gaz de retour se trouvent à une tem- pérature faible et la purge de gaz ne prélève pas au système une énergie trop grande. Le four permet donc une bonne utilisa- tion de l'énergie ainsi qu'une économie en énergie d'environ % par rapport à un four moderne "Turboradiant" (décrit-dans le brevet GB 1 212 525) comparable et à trois sections et d' enviro n 20 % par rapport au four comparable du brevet britannique GB 382 266. En principe, la totalité de l'écoulement de gaz dans le système de chauffage peut gtre longitudinal ce qui réduit notablement la résistance du système et on a cons- taté que, pour un four d'environ 30 mètres de long, le système de chauffage à circulation de gaz peut fonctionner avec une chute de pression d'environ 25 millibars. - 5 - D'une façon générale, on a constaté qu'il était souhaitable de faire fonctionner les éléments de chauffage à - 70 % de leur puissance maximale de manière que l'on puisse utiliser cette puissance maximale pour un réchauffage rapide. (b) le four selon la présente invention permet un réglage thermique très souple car on peut obtenir une chaleur indépendante au sommet et à la base ainsi que des longueurs de zone de sommet et de base indépendantes, Les gaz de chauffage sont avancés d'une zone à la zone suivante et leur température peut ôtre surveillée et utilisée pour régler automatiquement le ou les autres éléments de chauffage. On peut donc moduler le ou les autres éléments de chauffage (on module de préférence tous les éléments de chauffage), ou bien les mettre hors cir- cuit, ou encore souffler de l'air froid à l'endroit o se trouve le ou les éléments de chauffage; dans une autre possi- bilité, on peut contourner partiellement ou complètement une zone du four, par exemple l'extrémité de sortie. Un four selon la présente invention ayant une lon- gueur d'environ 30 mètres peut présenter une circulation de gaz d'environ 50 m3/min seulement. Le four selon la deuxième caractéristique peut être appliqué d'une façon générale à des produits de boulangerie et le premier brleur peut avoir une capacité de chauffage égale à 75 % de celle du four complet. Toutefois, à fins spéciales, on peut utiliser d'autres dispositions. Le four selon la sixième caractéristique permet d'utiliser une seule cheminée d'évacuation pour la totalité du système de chauffage du four, ce qui facilite l'utilisation des agencements de récupération de chaleur. Le four selon la septième caractéristique procure un chauffage uniforme transversalement au four, et une telle distribution uniforme de chaleur transversalement au four est difficile à obtenir sans cylindres de répartition. On va maintenant décrire de façon plus détaillée et à titre d'exemple la présente invention en se référant aux - 6- dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation latérale schématique d'un four selon la présente invention; - les figures 2a et 2b montrent en élévation coupe et à grande échelle deux variantes de réalisation de la pre- mière zone d'extrémité ou zone d'entrée du four; - la figure 3 montre en élévation latérale un mode de réalisation de la seconde zone du four; - la figure 4 montre en élévation latérale un mode de réalisation de la troisième zone d'extrémité ou zone de sortie du four; et - les figures 5 à 8 sont des coupes verticales par V-V de la figure 2a et VI-VI, VII-VII et VIII-VIII de la figure 4 (ces lignes de coupe sont également indiquées sur la figure 1). La figure 3 déborde dans une certaine mesure sur les figures 2a ou 2b et sur la figure 4. Sur tous les dessins, les flèches simples indiquent l'écoulement des gaz de chauffage (combustion), les flèches doubles désignent l'écoulement d'air de circulation et les flèches triples indiquent le déplacement des produits; les flèches indiquant les flux de gaz et d'air ne donnent qu'une direction approximative de l'écoulement. Le four est un four de cuisson multizone, à chauffage indirect et à transporteur, ce four étant du type tunnel et comportant un transporteur simple 1 à bande de circulation en fil métalliquesla base de la chambre de cuisson étant formée par un sol 2a et le sommet de la chambre du four étant formé par un plafond 2b. Le four comporte un agencement de conduits d'acheminement de gaz formant un seul système de chauffage à circulation de gaz en circuit fermé qui chauffe le four sur pratiquement toute sa longueur et auquel la chaleur est four- nie par un premier élément de chauffage ou élément de chauffage principal 3 et plusieurs autres éléments de chauffage 4, 5, 6 et 7 s'échelonnant en aval du premier élément de chauffage dans la direction d'écoulement des gaz dans le système de - 7 - chauffage. On peut voir sur la figure 1 la structure générale du système de circulation de gaz et on remarquera que tous les gaz s'écoulent de façon sensiblement longitudinale sur la tota- lité de la longueur du four sauf auxcoudesde retour, se trouvant aux extrémités du four,et aux parties divergentes adjacentes aux éléments de chauffage 3-7, les gaz s'écoulant, à l'aller, le long de la base du four puis, au retour, le long du sommet. Le premier élément de chauffage 3 a une capacité calorifique beaucoup plus grande que les autres éléments de chauffage 4-7 et, à titre d'exemple, le premier élément de chauffage 3 peut avoir une capacité de 0, 725 x 106 kcal tandis que les autres éléments de chauffage 4-7 peuvent avoir chacun la même capacité de 0,2 x 106 keal. A l'extrémité d'aval du système de chauffage, on ne dispose qu'une seule purge 8 qui peut être raccordée à un dispositif approprié de récupération de chaleur et de gaz de fumée. Les détails de l'élément de chauffage principal 3 apparaissent plus clairement sur la figure 2a. L'élément de chauffage principal 3 comporte un brûleur 9 qui déverse des gaz de combustion très chaud dans un tube 10, non perforé, d'élé- ment de chauffage. Une soufflante 11 de recirculation, montée sur le plafond, aspire les gaz de retour du système de chauffage et les déverse dans l'espace annulaire entourant le tube 10 d'élément de chauffage, ces gaz de retour se mélangeant avec les gaz très chauds du brûleur avant de pénétrer dans un con- duit d'admission 12 qui alimente un collecteur inférieur 13. D'une façon générale, les radiateurs disposés dans le four se présentent sous la forme de tubes 14 longitudinaux et parallèles que l'on peut voir, par exemple, sur les figures 5, 7 et 8, les tubes 14 étant proches les uns des autres mais étant séparés par de petits intervalles. Toutefois, le premier radiateur 15, dans la variante de réalisation de la figure 2a, peut être soit du type en caisson soit du type tubulaire selon le type de transporteur 1 utilisé et selon le produit à cuire. D'une façon générale, un radiateur 15 du type en caisson serait _8 _ utilisé avec une bande en fiLrmétalliques pour produits 'à, base découverte" qui reposent directement sur le transporteur 1 tandis que le radiateur du type tubulaire serait utilisé avec un transporteur du type à plateaux grillagés (différent de celui représenté) sur lequel sont transportés des produits disposés dans des réceptacles. En se référant en particulier à la figure 2a, on voit qu'une partie des gaz très chauds provenant du collecteur infé- rieur 13 sont dirigés vers l'arrière et pénètrent dans le pre- mier radiateur 15 ainsi que dans un radiateur inférieur 16 de préchauffage destiné au préchauffage du transporteur 1. La disposition est différente sur la figure 2b o tous les gaz se dirigent vers l'avant à partir du collecteur inférieur 13 et'pénètrent dans un premier radiateur 17, Les figures 3, 4 et 6 donnent une bonne illustration des autres éléments de chauffage 5, 7 qui se trouvent immédia- tement en-dessous et au-dessus de la zone de cuisson et qui sont chauffés par des brûleurs 18, 19 situés immédiatement sur le côté de la zone de cuisson ainsi qu'au dessous et au-dessus de cette zone, ces éléments de chauffage injectant de la cha- leur, transversalement au trajet de déplacement des produits à travers le four, dans un tube perforé correspondant 20 qui s'étend transversalement au trajet d'écoulement des gaz dans le système de chauffage. En un point adjacent à chaque tube 20 d'élément de chauffage, les tubes individuels 14 des radiateurs se raccordent à un collecteur qui s'étend sur la totalité de la largeur de la chambre de four et qui contient le tube cor- respondant 20 d'élément de chauffage. À l'extrémité de sortie du four (voir figure 4) les gaz de circulation sont acheminés, par l'intermédiaire de con- duits 21 se trouvant sur les c8tés de la chambre de four, - jusqu'au sommet du four puis ils reviennent à la soufflante 1i de recirculation par l'intermédiaire de radiateurs supérieurs et cela en passant au-dessus d'autres tubes 20 d'éléments de chauffage. - 9 - Aucun registre et aucun volet d'équilibrage n'est utilisé dans tout le système à recirculation de gaz chaudso La quantité de chaleur dégagée est déterminée par réglage de la température de la masse en circulation (masse qui est sen- siblement constante), notamment en réglant les autres brûleurs 4-7 tout en maintenant constante la chaleur fournie par le brûleur principal 3. Dans la pratique, il n'est demandé que très peu de chaleur aux autres brûleurs 4-7 dans le cas de pro- duits de boulangerie tels que le pain car ces produite exigent une chaleur b tendance décroissante k la base et une chaleur k tendance croissante au sommet pendant qu'ils se déplacent à travers le four et le système peut utiliser au maximum la cha- leur qui subsiste dans les gaz en provenance de la zone anté- rieure. Des dispositifs (non représentés) de commande de tempé- rature sont incorporés au four. Les brûleurs et les éléments de chauffage peuvent être ceux décrits dans le brevet britannique GB 707 750. Des soufflantes 22 de convection sont prévues pour faire circuler l'atmosphère de la chambre du four sur les tubes 14 de radiateur, comme représenté sur la figure 8. La circula- tion peut être ascendante (comme représenté) ou descendante selon le sens de rotation de la soufflante 22 de convection, et les soufflantes 22 de convection sont disposées de façon alternée sur les c8tés du four afin d'obtenir un écoulement de l'air aussi uniforme que possible. On peut utiliser, d'une façon générale, comme décrit dans le brevet britannique GB 1 212 525 des soufflantes de con- vection ou bien des soufflantes de turbulence alimentant un système de tubes de soufflage pour faire circuler l'atmosphère de la chambre de four au-dessus des tubes 14 de radiateur et entre ces tubes. Grâce à ce procédé, on peut appliquer une con- vection vers le haut et/ou vers le bas selon le réglage des registres de ce système. Une soufflante d'extraction 23 (voir figure 4), mise en communication avec la partie centrale de la chambre de four - 10 - par une plaque-registre 24 (figure 7) commandée mécaniquement est utilisée pour extraire l'air et la vapeur d'eau de la cham- bre de four et cette soufflante est aussi raccordée à un con- duit d'évacuation 25pour empocher les émissions exagérées de fumées à l'extrémité de sortie du four. Une autre soufflante d'extraction 26 et un conduit d'extraction 27 empêchent l'émis- sion exagérée de fumées à l'extrémité d'entrée du four, et on introduit de la vapeur d'eau destinée à une gélification en soufflant cette vapeur d'eau à travers des tubes transversaux perforés 28 se trouvant à l'extrémité d'entrée du four (voir figures 2a et 2b). Dans le cas d'un produit tel que du pain, la tempéra- ture des gaz circulant dans le système de circulation de gaz peut chuter d'une valeur d'environ 6900C jusqu'à une valeur d'environ 2400C, cette dernière valeur étant celle à l'endroit de la purge 8. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y Otre appor- tées dans le cadre des revendications ci-annexées. - il - REVENDICATIONS 1. Four de cuisson multizone à chauffage indirect et à transporteur, ce four comportant un système de chauffage à circulation de gaz en circuit fermé qui chauffe le four au moins sur la majeure partie de sa longueur et étant caractérisé par le fait que ledit système de chauffage comprend au moins deux éléments-de chauffage (3, 4, 5, 6, 7) qui sont espacés l'un de l'autre dans la direction d'écoulement des gaz dans le système de chauffage, l'écoulement (représenté par des flèches simples sur les figures) des gaz ayant lieu, à l'aller, le long de la base du four jusqu'en un point adjacent à l'extrémité de sortie puis, au retours le long du sommet du four, la tempéra- ture diminuant, d'une façongénérale, tout au long du circuit de sorte que la chaleur à la base du four est maximale en un point adjacent à l'extrémité d'entrée de ce four et la chaleur au sommet du four est maximale en un point adjacent à l'extré- mité de sortie de ce four. 2. Four suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier élément de chauffage (3) dans le système est adjacent à l'extrémité d'entrée du four et a une capacité calorifique beaucoup plus grande que celle de l'autre ou chaque autre élément de chauffage (4, 5, 6, 7). 3. Four suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte une multiplicité desdits autres éléments de chauffage (4, 5, 6, 7) qui ont tous sensiblement la même capa- cité. 4. Four suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise par le fait que tous les écoulements de gaz (représentés par une flèche simple sur les figures) dans le système de chauffage sont sensiblement longitudinaux sur la totalité de la longueur du four ou de la partie chauffée par le système de chauffage sauf à l'endroit des coudes de retour situés à au moins une des extrémités du four ou de la partie chauffée ainsi qu'a l'endroit des parties divergentes adjacen- tes aux éléments de chauffage. _2476291 - 12 - 5. Four suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'écoulement des gaz dans le système de chauffage a lieu le long de tubes'longitu- dinaux (14) au-dessus desquels des soufflantes de circulation (22) font circuler l'atmosphère du fouro 6. Four suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système de chauffa- ge ne comporte qu'une seule purge (8).- 7. Four suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un premier élément de chauffage (3) adjacent à l'extrémité d'entrée du four et au moins un autre élément de chauffage (4, 5, 6, 7) espacé du premier élément de chauffage en aval de cet élément dans le système de chauffage, ce ou ces autres éléments de chauffage étant constitués par un ou plusieurs brûleurs dis- posés immédiatement sur le c8té de la zone de cuisson ainsi qu'au-dessus et au-dessous de cette zone, et injectant de la chaleur transversalement au trajet de déplacement des produits à travers le four dans les gaz de circulation du système de chauffage, le brûleur ou chaque brûleur injectant de la cha- leur dans un cylindre perforé (20) de distribution s'étendant transversalement au trajet d'écoulement des gaz du système de chauffage. 8. Four suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le rait qu'une zone du four peut être partiellement ou complètement contournée. 9. Four suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'aucun registre n'est incorporé pour régler l'écoulement des gaz dans le système de chauffage.