Brevet FR2505455A1 — publié le 19821112

La présente invention est relative à un procédé en vue d'économiser de l'énergie dans les systèmes de chauffage oe fours et étuves à fonctionnemPnt automatique, notamment fours de boulangerie, présentant un conduit d'évacuation des gaz chauds, et à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans les types de fours concernés, une source d'énergie produit de la chaleur dans une enceinte. Une partie de cette chaleur est perdue par élimination avec les gaz chauds qui sont évacués de l'enceinte vers l'extérieur par un conduit ou cheminée. Une autre partie, utile, de la chaleur est communiquée au four par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur circulant dans un réseau couvrant la paroi de l'enceinte et celle du foyer où elle est libérée pour chauffer le four. Bien que rarement utilisées actuellement dans le domaine considéré, certaines sources d'énergie, notamment nucléaires ou celles dites "nouvelles" ne sont pas à exclure du champ d'application de l'invention. Dans la plupart des cas la chaleur est produite à partir d'un combustible gazeux, liquide ou solide, ou à partir d'électricité. L'invention se révélant d'une application particulièrement avantageuse pour les fours à combustion, notamment ceux utilisés en boulangerie, c'est dans le cadre de cette application qu'elle va être exposée, sa transposition dans d'autres domaines ne posant en principe pas de problème particulier. Comme il a été dit plus haut, les gaz chauds, dont les produits de la combustion qui se fait dans le foyer, s'échappent par le conduit de la cheminée d'évacuation en emportant avec eux une grande partie de la chaleur engendrée par la combustion. Cette évacuation est évidemment indispensable pendant tout le temps que dure la combustion et la perte de chaleur qui en résulte n'en est que la conséquence nécessaire. Par contre, lorsque la combustion est interrompue ou a cessé, le foyer continue à communiquer à l'ambiance qu'il renferme une partie de la chaleur qu'il a emmagasinée. I1 se refroidit au profit des gaz qui, chauffés, s'évacuent par le conduit, et la chaleur ainsi véhiculée est perdue sans qu'il s'agisse là d'une nécessité physique liée au principe du système de chauffage.Cette énergie dépensée en pure perte devra être compensée lors du prochain cycle de combustion pour ramener et maintenir le four à la température voulue. Il a déjà été tenté de minimiser cette perte d'énergie, notamment dans certains fours de boulangerie. A cet effet, selon l'état connu de la technique, on dispose un volet de tirage conventionnel dans le conduit d'évacuation des gaz et fumées et une minuterie, indépendante du système de chauffage, commande l'ouverture du volet à l'heure où le boulanger est censé commencer son travail quotidien, et la fermeture du volet à l'heure où il est supposé avoir normalement terminé sa journée. Le conduit reste donc fermé jusqu'au lendemain où un nouveau cycle commence et une économie certaine est ainsi réalisée, le four gardant jusqu'au lendemain une partie de la chaleur qu'il a emmagasinée et que les gaz chauds ne peuvent emporter, le tirage étant coupé. Cette solution qui réalise un progrès non négligeable présente cependant le grave inconvénient que l'ouverture du volet n'est pas liée au fonctionnement du système de chauffage, mais seulement à la durée de la campagne journalière d'utilisation supposée du four. Pendant cette durée, le système de chauffage n'est pas constamment en fonctionnement et, en outre, lorsqu'il l'est, le foyer n'est pas nécessairement le siège d'une combustion, celle-ci n'étant commandé automatiquement par le système de régulation que lorsque les conditions de température requises se réalisent. Pendant les interruptions de fonctionnement du foyer, une grande quantité de chaleur s'élimine donc en pure perte avec les gaz qui s'évacuent naturellement. La présente invention vise à la réalisation d'économies d'énergie plus substantielles en s'affranchissant des inconvénients ou insuffisances qui caractérisent l'état de la technique qui vient d'6tre évoqué. Elle propose, pour ce faire, un procédé selon lequel l'ouverture ou la fermeture d'un volet ou obturateur de tirage ne soient pas liées à la période présumée du fonctionnement du four, mais au contraire, liées à son fonctionnement effectif, ceci de façon que les gaz chauds ne s'échappent que lorsque cela est nécessaire et que selon le débit effectivement nécessaire au fonctionnement momentané du système de chauffage. Pour atteindre ce but, le procédé selon l'invention consiste à disposer dans le conduit d'évacuation un obturateur réglable pouvant occuper une position d'ouverture dans laquelle le tirage est libre et une position de fermeture dans laquelle le tirage est coupé, une position intermédiaire correspondant à un tirage réduit pouvant le cas échéant être prévue entre les deux précédentes, et à asservir directement la position de l'obturateur au fonctionnement du système de chauffage du four pour que le tirage soit libre quand le foyer est le siège d'une production de chaleur, et coupé dans le cas contraire, sauf à autre réduit temporairement si le système de chauffage est à recyclage d'air et qu'une partie de cet air doive être évacuée après -la fin de la production d'énPrgie. De façon connue, le processus de production d'énergie, et le cas échéant de recyclage d'air, est habituellement commandé par un dispositif de régulation réagissant aux conditions thermiques régnant dans le système de chauffage, aussi la mise en oeuvre, par couplage avec ce dispositif de régulation, de l'asservissement auquel le procédé selon l'invention fait appel, ne pose-t-elle pas de problème particulier à l'homme de métier. L'invention, qui propose également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé dont il vient d'être question, est exposée à la lumière d'un exemple dans la description qui suit et pour l'intelligence de laquelle on se référera aux dessins parmi lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique d'un système de chauffage connu par combustion où de la vapeur d'eau sert de fluide caloporteur. - La figure 2 est une variante connue du système précédent où le fluide caloporteur est de l'air en circulation forcée en circuit ouvert. - La figure 3 montre un dispositif susceptible d'être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. A la figure 1 est schématiquement représenté un système de chauffage classique de four de boulangerie auquel peut être appliqué le procédé selon l'invention de façon particulièrement avantageuse. Une chambre de combustion ou foyer 1 est équipée, par exemple, d'un broyeur à mazout dont la marche et l'arrêt sont commandés de façon connue par un système de régulation (non figuré). Les produits de combustion sont évacués vers l'extérieur par un conduit à cheminée 3. La chaleur engendrée par la combustion et non emportée par les gaz est transmise à un fluide caloporteur, par exemple de la vapeur d'eau, circulant dans un réseau tubulaire 4, qui la transmet à son tour au four proprement dit 5 dans lequel elle est libérée et utilisée. La cheminée 3 est équipée par un obturateur sous la forme d'un volet 6 qui, de façon connue, peut être ouvert ou fermé manuellement ou par un dispositif commandé par une minuterie comme on l'a évoqué plus haut. A la figure 2 est illustré un autre système classique dit "à recy clage d'air" et auquel le procédé selon l'invention peut s'appliquer également de façon particulièrement avantageuse. On retrouve un foyer 1, un brûleur 2 et un conduit d'évacuation 3 comme dans le cas précédent. Le fluide caloporteur transmettant la chaleur du foyer 1 au four 5 est cette fois de l'air circulant dans un réseau tubulaire 4. L'air est introduit et mis en mouvement dans le réseau 4 au moyen d'un circulateur ou soufflante 7 et se trouve libéré (circuit ouvert), par exemple, dans le conduit d'évacuation 3 du foyer 1, en amont du volet de tirage 6. Dans les deux cas habituels qui viennent d'être évoqués, le fonctionnement du brûleur 2 et de la soufflante 7 s'il y a recyclage d'air est directement asservi, par un système de régulation, aux conditions thermiques régnant dans l'enceinte du four 5, et, selon l'état connu de la technique, lorsqu'un volet de tirage 6 est présent, celui-ci est au mieux commandé par une minuterie tout à fait indépendante des conditions effectives de fonctionnement du système de chauffage. Comme déjà dit plus haut, la caractéristique essentielle de la présente invention consiste à asservir la position du volet de tirage 6 au fonctionnement de la source de chaleur, que ce soit le brûleur 2 dans le foyer 1 ou tout autre dispositif générateur de chaleur tel qu'une batterie de chauffe ou d'accumulation, et dans le cas du recyclage d'air, à faire également dépendre l'asservissement du fonctionnement de la soufflante 7. Ainsi, dans le système à tubes de vapeur illustré à la figure 1, la position du volet 6 est asservie au fonctionnement du brûleur 2, pour qutil soit ouvert quand le brûleur 2 est en service et fermé entièrement pour retenir la chaleur du foyer 1 aussi longtemps que le brûleur 2 est arrêté. Dans le cas du système à recyclage d'air, illustré à'. la figure 2, la position du volet 6 est asservie à la fois au fonctionnement du broyeur 2 et au fonctionnement de la soufflante 7 de manière à être toujours entièrement ouvert quand le broyeur 2 est en service pour laisser échapper les produits de combustion, à être entrouvert quand, le broyeur 2 venant de s'arrêter, la soufflante 7 continue à fonctionner pour laisser échapper l'air de recyclage, et à être entièrement fermé lorsque ni le brûleur 2, ni la soufflante 7 ne sont en service. Un dispositif pour la mise eri oeuvre du procédé, de faible encombrement, adaptable sans difficulté à toute installation existante ou à créer et permettant la suppression de toute surveillance du système de chauffage est maintenant décrit, à titre d'exemple non limitatif, en référence à la figure 3. Un corps central 8, tubulaire-, par exemple en acier de nuance courante, mais éventuellement inoxydable, si les conditions d'utilisation l'exigent, est raccordé de façon démontable par un système de brides 9 au conduit d'évacuation 3 de l'installation de chauffage. Les brides 9 permettent le montage sur tout type de conduits 3 quellesqu'en soient les dimensions et la forme. Dans le corps central 8 est monté de façon amovible sur un arbre transversal 10 en acier inoxydable le volet 6 également en acier inoxydable épousant en position fermée la forme de la section du corps 8. L'arbre 10 est monté sur des paliers 11 équipés avantageusement de bagues en graphite assurant une rotation facile en même temps qu'une bonne étanchéité. L'arbre 10 se prolonge et est relié d'un coté à un ensemble de commande 12 à moteur qui, de préférence, sera électrique, magnétique ou électromagnétique, pneumatique ou hydraulique, la liaison entre l'arbre 10 et l'ensemble de commande 12 se faisant par le truchement d'un accouplement 13 résolvant de façon connue les problèmes d'alignement et de dilatation. L'autre extrémité de l'arbre 10 peut être équipée d'une commande manuelle 14 permettant le cas échéant, de neutraliser le système dans le cas où un défaut de fonctionnement viendrait à se manifester. Pour protéger l'ensemble de commande 12 du rayonnement de chaleur en provenance du corps central 8, ce qui pourrait nuire à son bon fonctionnement, le corps 8 est enfermé dans une enveloppe de calorifugeage 15. L'ensemble de commande 12 repose par ailleurs sur une console avantageusement démontable 16 solidarisée du corps 8 et est abrité dans un carter ajouré 17 permettant la circulation d'air. Un boiter électrique 18 renfermant les éléments nécessaires à la régulation et en liaison avec la commande des organes du système de chauffage (brûleur, soufflante: et détecteurs de conditions physiques) est relié à l'ensemble de commande 12. Par ailleurs, un index 19 solidaire en rotation de l'arbre 10 coopère avec des capteurs de position 20, par exemple de type courant, solidaires du corps 8 et réglables et permettant de lire la position momentanée du du volet 6 - "fermé", "ouvert" et le cas échéant "entrouvert" - et d'envoyer le signal correspondant à l'ensemble de commande 12.Alternativement, l'index 19 peut être solidaire du corps 8 et les capteurs 20 solidaires de l'arbre 10. Avantageusement, le boitier électrique 18 renfermera un dispositif d'alarme réagissant à un défaut de fonctionnement de l'asservissement de la position du volet 6 et la commande manuelle 14 permettra alors la neutralisation temporaire de cet asservissement sans qu'il soit nécessaire de mettre en panne le système de chauffage du four. L'électronique au niveau de l'ensemble de commande 12, des capteurs de position 20 et du boitier 18 peut être tout à fait conventionnelle et ne pose donc pas de problème particulier à l'homme de métier. La mise en oeuvre de l'invention qui vient d'être décrite peut être envisagée pour tout type de système de chauffage où la production de chaleur est intermittente et où des produits gazeux doivent être éliminés. Elle se révèle particulièrement avantageuse dans son application aux fours de boulangerie où des essais ont permis de constater, selon les types d'installations existantes des économies se situant environ entre 15 à 30 % de l'énergie dépensée normalement. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour économiser de l'énergie dans les systèmes automatiques de chauffage de fours (5), notamment de boulangerie, présentant un conduit d'évacuation des gaz chauds (3), caractérisé par le fait qu'il consiste à ! - disposer dans le conduit d'évacuation (3) un obturateur réglable (6) pouvant occuper au moins deux positions définies stables, la première ouverte et la seconde au moins partiellement fermée, dans lesquelles respectivement il laisse libre le tirage dans le conduit (3), ou, au contraire, s'y oppose au moins partiellement;; - asservir automatiquement (18, 12) la position de 1' obturateur (6) au fonctionnement de la source d'énergie (2) servant au chauffage du four (5) pour libérer le tirage dans le conduit (3) lorsque celle-ci est en service et le couper au moins partiellement lorsqubile test pas en service. 2 - Procédé selon la revendication 1, appliqué à des systèmes de chauffage de fours (5) utilisant la circulation en circuit fermé (4) d'un fluide caloporteur intermédiaire entre la source d'énergie et l'enceinte du four, caractérisé par le fait que la seconde position de l'obturateur (6) correspond à une fermeture complète du conduit d'évacués tion (3) pour couper la totalité du tirage, l'asservissement étant tel que cette position soit occupeelorsque la source d'énergie (2) n'est pas en service. 3 - Procédé selon la revendication 1, appliqué à des systèmes de chauffage de four (5) utilisant la circulation forcée par un circulateur (7) d'air en circuit ouvert dans le conduit d'évacuation (3), -cet air servant de fluide caloporteur intermédiaire entre la source d'énergie (2) et l'enceinte du fotr (5), caractérisé par le fait que la seconde position correspond à une fermeture complète du conduit d'évacuation (3) pour couper la totalité du tirage lorsque la source d'énergie (2) et le circulateur (7) ne sont ni l'un ni l'autre en service, et que l'obturateur (6) peut occuper une troisième position définie stable intermédiaire entre la première et la seconde et dans laquelle le tirage est réduit, l'asservissement (18, 17) étant tel que cette troisième position soit occupée lorsque la source d'énergie (2) n'est pas en service alors que le circulateur (7) est, lui, en service. 4 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, destiné à être monté sur le conduit (3) d'évacuation des gaz d'un système automatique de chauffage de four, caractérisé par le fait qu'il comprend un volet (6) disposé dans le conduit (3), solidaire d'un arbre transversal (10) susceptible d'être entraîné en rotation par un ensemble moteur (12) commandé par un dispositif de régulation (18) relié aux organes de fonctionnement du four, ce volet (6) pouvant occuper au moins deux positions stables définies par des détecteurs (19, 20) de la position de l'arbre (10), ces positions correspondant à une obturation respectivement totale et au moins partielle du conduit d'évacuation (3). 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'arbre (10), du cté opposé à celui où il est relié à l'ensemble moteur (12), porte un organe de commande manuelle (14) permettant la neutralisation de l'action de l'ensemble moteur (12). 6 - Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5,caractérisé par le fait que le volet est monté dans un corps (8) intercalé dans le conduit (3) et porteur de paliers étanches (11) pour l'axe (10). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le corps (8) est en outre enfermé dans une enveloppe de calorifugeage (15). 8 - Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé par le fait que le corps (8) porte des détecteurs de position (20) coopérant avec un index (19) solidaire de l'arbre (10) ou vice-versa pour indiquer au dispositif de commande et de régulation (18, 12) la position momentanée du volet (6).