Brevet FR2482716A1 — publié le 19811120

La présente invention est relative au problème de la récupération de chaleur à partir de fours de type artisanal ou industriel et le domaine technique concerné est plus particulièrement celui des fours de boulangerie et patis se rie. Dans le domaine technique ci-dessus, on sait que le fonctionnement des fours utilisés pour la cuisson de pates boulangères ou patissières développe une chaleur importante puisqu'il est fréquent que les enceintes de cuisson soient portées à des températures comprises entre 200 et 300". Les enveloppes constitutives de tels fours sont, par conséquent, portées à des températures relativement élevées qui ne font l'objet d'aucune récupération d'énergie directe ment utilisable. En effet, on a bien proposé d'adapter, sur les structures de tels fours des réserves d'eau de manière à pouvoir extraire une eau chaude pouvant etre destinée à des fins sanitaires ou utilitaires. Cependant, comme la température des fours est élevée, celle atteinte par la réserve est encore à ce point aussi élevée qu'une utilisation normale directe ne peut etre envisagée sans risque d'accident, C'est ainsi, par exemple, qu'il est exclu d'utiliser directement une telle eau élevée à une température voisine de 100"C pour les besoins domestiques par exemple, par raccordement à un circuit d'eau chaude sanitaire. Les risques sont en effet de deux ordres.Le premier étant les risques de brasure de l'épiderme, le second étant la détérioration des matériels, accessoires entrant dans la composition des réseaux et circuits d'eau chaude sanitaire. La présente invention vise à apporter une solution au problème ci-dessus en proposant une installation de récupération de chaleur particulièrement conçue pour obtenir, sans dépense d'énergie autre que celle du fonctionnement à d'autres fins d'un four, une chaleur utilisable pour les besoins domestiques soit à fin de chauffage d'une eau sanitaire chaude, soit éventuellement aussi et simultanément à fin d'alimentation d'un réseau de chauffage du milieu ambiant, Pour atteindre le but ci-dessus, l'installation conforme à l'invention comprend - une réserve d'un fluide caloporteur associée au four et chauf fée par le fonctionnement de ce dernier, - un ballon échangeur qui est branché à un réseau d'amenée d'eau froide sous pression, raccordé à un circuit de distribution d'eau chaude sanitaire et associé intérieurement à un échangeur compor tant une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie, - une vanne dérivatrice interposée entre les tubulures de l'é changeur, - une canalisation d'amenée branchée entre la réserve et l'en trée de la vanne dérivatrice, - une canalisation de retour branchée entre la tubulure de sor tie et la réserve > - et une pompe de circulation placée sur l'une des canalisations. Un autre objet de l'invention est de proposer une installation de récup8rati-on qui soit d'une mise en place simple, ne faisant intervenir que des techniques de construction connues ainsi que des matériels connus séparément qui sont cependant réunis pour la première fois ensemble en vue de régler le problème énoncé précéde mment Un autre objet de l'invention est de proposer une installation de récupération qui permette d'obtenir de façon constante une eau chaude sanitaire dont la température maximale est compatible avec une utilisation directe ainsi qu'avec le respect des conditions de fonctionnement des différents éléments constitutifs entrant dans la constitution d'un réseau d'eau sanitaire, Un objet supplémentaire de l'invention est de fournir une installation dont la mise en oeuvre pratique ne fasse intervenir aucune opé- ration particulièrement délicate ou complexe requérant de la part. de l'utilisateur une formation technique particulière Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de Ba description ci-dessous faite en référence au dessin annexé qui re prGsente,à titre d'exemple un schéma de l'installation conforme à l'invention, Selon le dessin, 1 désigne un four à usage artisanal ou industriel dans lequel il est habituel de faire régner une température de l'ordre de 200 à 300 C en vue de réaliser un traitement de produits, -de matières, etc... ou encore9 de préférenceJ la cuisson de cer- taines autres telles que, par exemple, des vernis, des terres, des céramiques.L'objet de l'invention trouve une application particu librement préférée avec les fours de boulangerie ou pâtisserie qui sont mis en fonctionnement de façon quotidienne et qui comportent une structure 2 faisant intervenir généralement un doublage 3 rete - nant une isolation thermique 4. Selon l'inventiollL, il est prévu de ménager, par exemple à la par- tie haute d'un four 1, un compartiment 5 délimité par une enveloppe 6 ayant de bonnes qualités d'isolation thermique. Le compartiment 5 est réalisé de manière à etre dépourvu d'isolation au niveau de son plancher 7 de manière à bénéficier d'un échange thermique maximal avec la partie active 8 du four 1. Le compartiment 5 contient une réserve 9 qui est, par exemple, constituée par un ou, de préférence, deux réservoirs 1 osa et lOb réalisés en un métal ayant de bonnes Caractéristiques de conducti- bilité thermique. Les réservoirs 10a et 10b peuvent etre de toute forme appropriée et la capacité retenue globalement est dans tous les cas choisie en fonction des caractéristiques de l'installation décrite ci-après, Les réservoirs 10a et lOb sont, par exemple, reliés entre eux par une canalisation il d'intercommunication reliant de préféfence la base de l'un des réservoirs au sommet de l'autre, comme représenté au dessin. La réserve 9 est destinée à contenir un fluide caloporteur destiné à etre soumis à une élévation de température lors du fonctionnement de la partie utile 8 du four 1. Le fluide caloporteur peut etre de nature diverse et, de préférence, un fluide liquide et pour des raisons pratiques un tel fluide est constitué par de l'eau pouvant etre acheminée par un réseau 12 et une vanne d'admission 13 à commande manuelle ou automatique. L'installation conforme à l'invention comprend un circuit de circulation 14 propre au fluide caloporteur contenu dans la réserve 9. Le circuit 14 comprend une canalisation d'amenée 15 branchée, branchée par exemple, à la base du réservoir 10b lui-meme/par sa partie supérieure au réseau 12. La canalisation d'amenée 15 comporte en partie basse une tuyauterie de vidange 16 contr Olée par un obturateur 17 de tout type convenable, tel qu'un robinet à commande manuelle. La canalisation d'amenée 15 aboutit à une vanne dérivatrice 18 chargée de contrôler la circulation du fluide caloporteur vers un échangeur 19 et/ou une canalisation de retour 20 branchée à la partie supérieure du réservoir 10a qui est en relation avec le réseau 12. De préférence, la vanne 18 est du type à trois voies et peut etre indifféremment à fonctionnement tout ou rien ou progressif, à commande manuelle ou motorisée. L'une des voies de sortie 18a de la vanne 18 est branchée directement à la tubulure d'entrée 21 de l'échangeur 19 dont la tubulure de sortie 22 est raccordée à la canalisation de retour 20. La seconde voie de sortie 18b de la vanne dérivatrice 18 est raccordée, par une dérivation 23, à la canalisation de retour 20 et, de préférence, cette dérivation 23 est raccordée par un branchement trois voies avec la tubulure 22 et la canalisation de retour 20. Le circuit de circulation 14 propre au fluide caloporteur est complété par une pompe de mise en circulation 24 et, de préférence, cette pompe 24 est disposée sur la canalisation d'amenée 15 en amont de la vanne dérivatrice 18. L'installation conforme à l'invention est complétée par un premier circuit d'utilisation 25 comprenant un ballon d'échange 26 à l'intérieur duquel se développe l'échangeur 19. Le ballon 26 est raccordé par une canalisation 27 au réseau d'amenée d'eau froide 12 et comporte une sortie 28 qui est branchée à un circuit d'utilisation d'eau chaude sanitaire non représenté. De préférence, la canalisation 27 et la sortie 28 sont branchées à des niveaux et des extrémités différents du ballon 26, de manière à favoriser une circulation de l'eau sanitaire autour de l'échangeur 19 qui peut etre3 par exemple, constitué sous la forme d'un serpentin. Le circuit d'utilisation 25 est complété par une sonde de contrOle de température 29 qui plonge dans le ballon 26 de manière à con trouer la température de l'eau qui y séjourne. La sonde 29 est destinée à piloter la mise en service d'un moteur 30, de tout type convenable, chargé de commander le fonctionnement de la vanne dérivatrice 18 lorsque cette dernière est asservie, En supposant que la vanne dérivatrice 18 soit du type tout ou rien, il apparat que, lors d'une mise en service de l'installation décrite ci-dessus, la sonde 29 détecte une température d'eau infé;;- rieure à son seuil de réglage et maintent, par conséquent, la vanne 18 dans un état établissant une communication entre la canalisation d'amenée 15 et la voie de sortie 18ars Le fluide caloporteur remplissant totalement le circuit de circulation 14 est, par conséquent, amené, sous l'action de la pompe 24, à circuler dans le sens des flèches, c'est-à-dire depuis le ballon 10b jusque dans l'échangeur 19 avant de regagner le ballon 10a. Les calories emmagasinées dans la réserve 9 sont ainsi transmises à l'échangeur 19 au niveau duquel elles sont prélevées par l'intermédiaire -de l'eau froide amenée à remplir le ballon 26 par l'intermédiaire de la canalisation 27. Lorsque la sonde 29 détecte que l'eau sanitaire occupant le bal lon 26 a atteint son seuil de préréglage, le moteur 30 est alimenté pour amener la vanne dérivatrice 18 dans la position de dérivation faisant communiquer la canalisation d'amenée 15 avec la seconde voie 1 8b. Le fluide caloporteur mis en circulation par la pompe 24 emprunte alors la dérivation 23 puis la canalisation de retour 20 pour etre ramené à la réserve 9. Il devient ainsi possible de régler à une valeur prédéterminée la température maximale de l'eau contenue dans le ballon 26 et, par conséquent, de prélever, lorsque le besoin s'en fait sentir, par la sortie 28 une eau domestique sanitaire chauffée à la température voulue directement utilisable sans risque de brûlure ou de détérioration du matériel sanitaire. Il est évident que l'arrivée d'une fraction d'eau froide dans le ballon 26, dès qu'une fraction correspondante a été soutirée, a pour effet d'abaisser la température et provoque le déclenchement de la sonde 29 qui pilote le fonctionnement inverse de la vanne 18. Dans certains cas, il peut etre préférable, pour éviter les chocs thermiques et pour maintenir une température sensiblement constante de la réserve d'eau contenue dans le ballon 26, de supprimer la vannez 8 à fonctionnement tout ou rien et de la remplacer par une vanne à ouverture ou fermeture progressive. Dans un tel cas, l'abaissement ou la montée en température de la réserve d'eau contenue dans le ballon 26 se traduit par une ouverture ou une fermeture progressive proportionnelle aux informations détectées par la sonde 29. La vanne 18 agit alors à la manière d'une vanne mélangeuse en dérivant, en dehors de ses positions extremes d'ouverture ou de fermeture des voies 1 8a et 18b, une fraction variable du fluide caloporteur en direction de l'une et de l'autre des voies 18a et 18b. De manière à obtenir des conditions de circulation optimales dans le circuit 14, il est prévu, conformément à l'invention, de disposer, par exemple, sur la canalisation d'amenée 15 un accu mulateur 31, notamment du type à azote, associé à un manomètre indicateur 32 et à un pressostat de sécurité 33 commandant le fonctionnement automatique d'un purgeur 34. Le maintien sous pression convenable du circuit de circulation 14 par mise en charge de liaccumulateur 31 peut etre commandé automatiquement ou manuellement par l'intermédiaire de la vanne d'admission 13. Selon une autre disposition de l'invention, il est prévu de faire comporter à l'installation un second circuit d'utilisation désigné dans son ensemble par la référence 35. Le second circuit 35 repré sente un circuit dérivé pris sur le circuit principal 14 en étant branché en dérivation sur la conduite d'amenée 15. De préférence, le circuit dérivé 35 est prévu en amont du circulateur 24 et prend naissance au niveau d'une vanne de dérivation 36 È. commande manuelle ou motorisée, de préférence du type à trois voies, à fonctionnement tout ou rien. Le circuit dérivé 35 mène à un circuit de chauffage faisant intervenir des échangeurs 37 du type des radiateurs de chauffage central.Lorsque les échangeurs 37 sont équipés de robinet d'ouverture ou de fermeture, à commande ma nuelle ou thermostatique, tels que désignés par la référence 38, le circuit dérivé 35 est congu de manière à comporter une déri ration 39 bouclant dans tous les cas le circuit 35 en retour à la canalisation 15 en aval de la vanne 36 et en amont de la pompe de circulation 24. Dans la position représentée au dessin, la vanne 36 est placée de telle manière que le circuit secondaire d'utilisation 35 est court-circuité et qu'aucune circulation de fluide caloporteur nly est établie. Un tel état de fonctionnement correspond, par exem- pliez une période d'utilisation saisonnière pendant laquelle le chauffage du milieu ambiant par l'intermédiaire des échangeurs 37 n'est pas nécessaire. Lorsqu'il faut au contraire envisager un tel chauffage, la vanne 36 est placée pour établir la communication entre la canalisation d'amenée 15 et le réseau secondaire d'utilisation 35. De la sorte, le fluide caloporteur est amené à circuler à travers les échangeurs 37 en fonction des conditions propres à chacun d'eux et fournit, par leur intermédiaire, une quantité de chaleur élevant la température du milieu ambiant d'une façon identique à ce qui se produit avec les installations de chauffage traditionnelles. Le fluide caloporteur est repris en charge à la sortie du circuit d'utilisation secondaire 35 par l'intermédiaire de la pompe de circulation 24 qui refoule ledit fluide caloporteur encore chaud dans le circuit d'utilisation 25 au niveau duquel, selon les informations détectées par la sonde 29 et les caractéristiques constructives de la vanne dérivatrice 18, tout ou partie dudit fluide est amené à traverser ltechangeur 19 ou au contraire est dirigé vers la dérivation 23 pour emprunter la canalisation de retour 20. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'installation conforme à l'invention permet de récupérer la chaleur résultant du fonctionnement d'un four mis en oeuvre à des fins autres et d'utiliser cette chaleur pour produire une eau chaude sanitaire - température convenable directement utilisable. En outre, l'installation permet simultanément d'utiliser la chaleur emmagasinée au niveau de la réserve 9 pour faire fonctionner l'installation de chauffage du milieu ambiant sans qu'il en résulte d'incidence négative au niveau du premier circuit d'utilisation représenté par le réseau d'eau chaude sanitaire. En effet, étant donné que la sonde 29 est prévue pour maintenir l'eau à une tempe rature inférieure à la température maximale atteinte dans la réserve 9, la chaleur excédentaire accumulée et reprise en charge au fur et à mesure de la circulation peut etre utilisée en vue de faire fonctionner l'installation de chauffage en ne mettant en oeuvre qu'une seule pompe de circulation. Une autre caractéristique de structure de l'installation réside dans le fait que la pompe de circulation 24, unique pour l'ensemble des circuits d'utilisation, permet, dans tous les cas, de réaliser une circulation permanente du fluide caloporteur. De la sorte, la mise en oeuvre pratique des circuits d'utilisation est rapide, puisque les différents éléments de transfert et de raccordement sont maintenus à la température ambiante par cette circulation perma nette Le premier circuit d'utilisation d'eau chaude sanitaire-est donc dépourvu d'inertie propre puisque l'eau du ballon 26 est maintenue à température constante dès que la réserve 9 fournit une température propre résultant du fonctionnement du four 8.Le second réseau d'utilisation constitué par l'installation de chauffage présente, tout au plus, une inertie de montée en température résultant d'une mise en circulation du fluide caloporteur par l'intermédiaire de la vanne 36. Une autre caractéristique de l'installation réside dans le fait que seule la vanne 36 demande à etre commandée lors des périodes de chauffage nécessaire et qu'en dehors de cette manoeuvre l'ensemble de l'installation connait un fonctionnement automatique quelles que soient les conditions de mise en service de chacun des circuits d'utilisation. Un autre avantage de l'installation réside dans le fait que sa constitution ne fait intervenir que des éléments techniques de caractéristiques connues indépendamment et disponibles dans le commerce. Un montage et une mise en oeuvre peuventdoncetre es- compté' à un prix de revient intéressant. L'installation représente > par conséquent, un investissement initial d'importance relative permettant de tirer partie d'une énergie calorifique normalement perdue et de récupérer au moins en partie une telle énergie en vue d'une utilisation pratique permettant d'effectuer une économie importante au niveau des sources d'énergie normalement mises en oeuvre pour assurer soit la production d'une eau chaude sanitaire, soit le fonctionnement d'une installation de chauffage du milieu ambiant. Un autre avantage de l'objet de l'invention réside dans le fait que l'installation ne fait intervenir aucune modification de la structure fonctionnelle propre d'un four et peut donc etre envisagée sans qu'il en résulte obligatoirement une mise à l'arret de ce dernier pour la fonction principale pour laquelle il est conçu. REVENDICATIONS: 1 > Installation de récupération de chaleur à partir d'un four, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une réserve d'un fluide caloporteur, associée au four et chauffée par le fonctionnement de ce dernier, - un ballon échangeur qui est . branché à un réseau d'amenée d'eau froide sous pression, , raccordé à un circuit de distribution d'eau chaude sa nitaire, et associé intérieurement à un échangeur comportant une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie, - une vanne dérivatrice interposée entre les tubulures de l'é changeur, - une canalisation d'amenée branchée entre la réserve et l'e ntrée de la vanne dérivatrice, - une canalisation de retour branchée entre la tubulure de sortie et la réserve, - et une pompe de circulation placée sur l'une des eanalisam tions. 2 - Installation selon la revendication 1 earactérisée en ce que la pompe de circulation est placée en amont de la vanne dérivatrice 3 - Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la vanne dérivatrice est pilotée par une sonde de contrôle de la température de l'eau chaude sanitaire contenue par le ballon 4 - Installation selon la revendication 1 ou 3 caractérisée en ce que la vanne dérivat ce est une vanne mélangeuse. 5 - Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le fluide caloporteur est de l'eau et en ce que la réserve est raccordée au réseau d'amenée d'eau froide par une tuyauterie contr- lée par une vanne d'admission. 6 - Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la réserve > les canalisations d'amenée et de retour, la pompe de circulation, la vanne et ltéchangeur forment ensemble un circuit de circulation propre au fluide caloporteur, ledit circuit étant associé à un accumulateur de pression, un indicateur de pression et à un pressostat purgeur. 7 - Installation selon la revendication 1 ou 6, caractérisée en ce que la canalisation d'amenée comporte un circuit dérivé dont l'entrée est contrôlée par une vanne de dérivation, ledit circuit menant à un réseau de chauffage comprenant des échangeurs de chaleur entre le fluide caloporteur et le milieu ambiant 8 - Installation selon la revendication 7 caractérisée en ce que le circuit dérivé est branché, à partir de la vanne de dérivation, en amont de la pompe de circulation et de la vanne du ballon. 9 - Installation selon la revendication 7 ou 8 caractérisée en ce que le circuit dérivé prend naissance à partir de la vanne de dérivation qui est du type tout ou rien.