Brevet FR2637171A1 — publié le 19900406

CONDUCTEUR de CHALEUR pour adaptation d' un thermostat à la PAROI d' une cuve. et plus sDécialement d' une marmite de cuisson Les constructeurs ds marmites ont commencé, il y e un demi siècle, à munir de thermostats les appareils destines à la cuisson en milieu liquide des jambons et autres produits délicats. Immergée dans le liquide, la canne thermostatique réguleit sa tempdrature; un tube perfore, ou uns gaine fermée, ou une niche letérale assurait sa protection contre les chocs ou les charges. Les Fia 1. 2. et 3 représentent les dispositions devenues classiques jusque à ce jour. Sur le Fig 1, la cuve (c) encastre dans un dessus (d) comporte 2 bossages taraudés, le bossage (e) s' abouche à un tube relié à un robinet de vidange; le bossage (f) reçoit 1 extrémité filetés et taraudés d' un tube épais perfore (g) qui entoure et protège la canne thermostatique, tout an le laissant en contact direct avec le liquide; celle-ci commande l' alimentation ou l' arrêt d' un brûleur (1) par 1' intermédiaire d' un dispositif non d4crit dans cette notice. La cuve (ct) de la Fig 2 est solidaire du dessus (d1), dans ce cas, une gaine ferme (h) solidaire de la cuve (e) entoure et protège la canne. La cuve (c1) de la Fig 3 est aussi solidaire du dessus, elle comporte un évidement latéral (k) dans lequel la canne (j), nue, est en contact direct avec le liquide. En depit d un fonctionnement correct, ces dispositifs présentent des inconvénients que nous allons passer en revue : 1' la canna n est sensible qu' à la température du milieu qui 1' environne immddiatement; le temps passé par une quantit suffisante de liquide pour aller du fond chauffé de la cuve jusqu' à la canne et provoquer 1' arrêt du chauffage, et celui qu' il faut au liquide refroidi pour atteindre la canne et déclencher le redémarrage, permettent des ecarts de température, entre l' extinction et le réallumage, d' autant plus grande que le liquide est plus Vi9- queux t 5' pour 1' eau ou le bouillon d' une cuisson de jambons ( assez pour majorer de 2 à 4 % la perte de poids à la cuisson ), davantage pour le lait, les sauces, les crèmes, les purées, qui, de ce fait, attachent aux parois surchauffées et brûlent per endroits sans cuirs correctement partout. 2' une baisse accidentelle du niveau du liquide ( évapo ration, fuite ) au dessous de celui de la canne empêche toute régulation, et risque d' entraîner la deterrioration des produits, ou même de le cuve. 3' Les dispositifs des Fig 1 & font saillie sur le fond de le cuve et empêchent de mélanger la cuisson avec une spatule ou un mixer; celui de la Fia 3 le permet, mais avec des grands risques pour la canne (j). 4' Dans tous les cas, le nettoyage est fastidieux 5' la présence simultanée d une canne en laiton ( loreqtr' elle est déchromée ) et de détergents modernes ( à base d' acide citrique ) dans une cuve ( souvent en alliage alimentaire d' aluminium ) abrège la durse de cella-ci. L' objet de la présente invention supprime tous ces inconvénients, Il est, de plus, sinple et peu coOteux. Le CONDUCTEUR de CHALEUR est un petit pont thermique, dc préférance tubulaire, par lequal un petit flux de chaleur se écoule de la paroi de la cuve vers un milieu d' air tiède ou froid, pont à 1' intérieur duquel est inserré 1, élément sensible du thermostat. Il est extérieur à la cuve et ne fait pas saillie à 1' intérieur de celle-cig le petit flux, etant toujours dans le même sens, réduit considérablement 1' inertie et les écarts de température. Les Fia il & 12 n ont qu' un but explicatif et ne tiennent pa 8 compte des problêmes de montage, démontage, et mise en oeuvre. Fig 11 Supposons une cuve (c) contenant et chauffant un liquide (x), et un tube (n1) de même épaisseur que le cuve ( pour one bonne conduction ) fixi par son extrémité devenant borgne, d'une manière trés homogène, sur l' exterieur des parois de la cuve (c); le tube (n1) traverse dans un matelae isolant (u) 1' enveloppe calorifuge du fourneau, limitée par un panneau (v); puis son extremité ouverte aboutit dans un milieu gazeux (y) calme et dont la température à peu près constante est très inférieure à celle du liquide (x).Dans le tube, on installe 1 élé- ment sensible (t) relié par un capillaire (t1) au thermostat qui controle le chauffage de la cuve (c). Un flux thermique venant de la paroi de la cuve parcourt le tube (n1) et se diffuse vers le milieu (y) par la portion de surface du tube ( nt) an contact avec ledit milieu. Avec une très bonne approximation ( et pour se limiter à un calcul au te degré... ), on peut considérer que la température de l' élement sensible (t) est égale à la température moyenne du tube (n1), elle même egale à la moyenne arithmétique des températures de ses éxtrémités t la paroi de la cuve (c), et le milieu de la surface baignée par la milieu gazeux tiède (y).Si, par un choix judicieux des formes et des matériaux, on parvient à ce que la température de l' élement sensible (t) reste trés voisine de celle du liquide (x), on aura réussi i réguler indirectement avec précision la température du liquide an contrôlant directement celle des parcis, et, de ce fait on n' aura plus ni surchauffe locals, ni écart exagéré; le maintien an température se faisant par on chauffage quasi séquentiel. EXEMPLE NUMERIQUE Cuve cuivre épaisseur 3mm Tube cuivre épaisseur 3mm, @ @ x 12 Longueur tube: 150 mm dont 70 isolés Température liquide: 85' Température de la paroi estimée pendant le fonction nement du brûleur à 90 Température paroi brûleur arrêté 85 ( = T.Liq.) Transmission dans le cuivre 300 @Th /M2/M/@/H Température du milieu (y) 20' Diffusion solide/ gaz @ @Th /M2/@/H Section calculée du tube t 0, 000055 M2 Distance de la paroi de le cuve au milieu de le surface refroidie 0, 11 M Surface refroidie calculée 0, 003 M2 Appelons Q la quantité de chaleur transmise par le conducteur et diffusée vers le milieu tiède (y), et t la température de la surface refroidie, on aura: Brûleur allumé 300x 0, 000055 Q = 8x ( t-20 )x 0, 003 = ( 90-t )x 0, 11 resultat X t = 80, 35 température de 1' élement sensible: 0, 0, 5 x ( 90= t ) = 85, 17 @ Brûleur éteint 300x 0, 000055 Q = 8x ( t-20 )x 0, 003 = ( 85-t )x 0, 11 resultat t t - 76, O3 @ température de 1' élément sensible 0, 5 x ( 90+ t ) = 80, 51 @ Q - environ 1, 45 xTh/H Ces résultats sont bons, puisque le température de 1' élément sensible est voisine de celle du liquide et que t est du même ordre de grandeur que la tempé rature de la paroi, ce qui signifia qu' une diffé- ronce de température de quelques degrés du milieu (y) aura peu d' influence sur la fidélité du thermostat. La valeur du flux thermique représente environ le vingtième de la puissance d' une veilleuse. Si nous appliquons le même calcul à une cuve an acier inoxydable de 3mm brasée au même tube de cuivre que cidessus, avec un collet améliorant le contact des 2 métaux, le résultat sera aussi bon. Si, par contre, le tube est en acier inoxydable, dont la conductibilité est 0, 05 fois celle du cuivre, t s abaisse aux environs de 20 , et ct est tres mauvais. Fio 12 Les enseignements de l' exemple précédent montrent que la section du tube doit varier an reison inverse de la conductibilité du métal qui le constitue; malheureusement une grosse section, ai elle est constante, engendre une grosse surface d' échange, et l' intensité du flux atteint uns valeur prohibitive. On y supplée en prévoyant un renflement (pl) sur la partie du tube (n1) contigus b la cuve (c) et isolée par le matelas (u) .La section de le partie (ql) du tube an contact avec le milieu (y) est plus faible ( par exemple la moitié de la section renflée ) EXEMPLE NUMERIQUE Cuve et tube en aluminium moulé ali ment aire, conductibilité 145 mTh /M2/M/@/H épaisseur cuve S, 5 mm ou plus Section tube, zône (q1) @ 6 x 17 section renflement @ 6 x 23 ( section doublée ) Longueur du tube : tSO mm, dont 70 isolés, dont 60 renflés La même calcul que précedemment donne :: Brûleur allumé t = 83, 95 e Temp. bulbe 96, 97 @ Brûleur éteint t n 79, 38 @ Tempo bulbe 82, 19 8 Q = environ 2 mTh / H Dans cas 2 exemples on a pu remarquer le fléchissement de 5 @ environ dès 1' amorce de refroidissement du liquide, c' est caracteristique d' un fonctionnement sequantiel, et cela permet d' escompter une grande précision Bans avoir recours à un thermostat exceptionnel. REALISATION PRATIQUE Le schéma de la Fig 12 peut être appliqué à une cuve solidaire de son dessus ( genre Fig 2 & 3 ) si elle n' est chauffée que par le fond, et au prix d' un gros investissement en modèles de fonderie. La Fig 4 représente à beaucoup plus grande échelle que le Fig 1 1' application d' un CONDUCTEUR de CHALEUR à une cuve encastrée du même type que celle de la Fig 1. On remarque, à l' exception du bossage (f) l' absence totale de saillie à 1' interieur de la cuve (c). Le sys- tême est directement dérivé du schéma Fig 12, mais des dispositions le rendent démontable: Le conducteur (n), vissédans le trou taraudé (n) du bossage (f) comporte un renflement (p) an forme de prisme hexagonal, permettant le démontage au moyen d une clé tubulaire.Pour diminuer la déperdition dans le milieu (y) ( et, par consequent 1 influence des petites variations de la température de ce milieu ), le dismetre (q) de la surface d' échange est partiellement réduit sur une partie (r) de sa longueurs une gaine (s) entoure cette surface; en jouant sur le longueur de cette gaine (s), on peut ajuster le CONDUCTEUR de CHALEUR (n) aux conditions d' utilisation. Pour simplifier, la petite partie du renflement ( p) an contact avec les gaz brûlés (z) ne e pa. besoin de isolation, à condition que la température de ces gaz venant du brûleur (1) soit suffisamment abaissée par leur parcours sous le fond à picots (c2) de la cuve. Dans la réalisation de l' inventeur, le élément sensible (t) est un bulbe relit au thermostat par un capillaire ( t1). Le milieu gazeux tiède (y) est l' air de la gaine technique où se loge la robinetterie, il est limité par le panneau démontable (v) et la façade démontable du fourneau (w). La Fia 5 montre une bonne réalisation de conducteur, préparée par 12 inventeur: un tube (r1), bouché par une pastille (r2) est noyé dans une pièce de fonderie, dont seule la partie filetée (m1) et son épaulement sont à usiner; le tube (r1) sert de noyau. Fig 6 8 7 Ce sont les coupes suivant a de la Fig 4, elles representent le montage du CONDUCTEUR de CHALEUR, respec- tivement sur une cuve moulée ( aluminium alimentaire per exemple ) et sur une cuve chaudronnés ( acier inoxydable par exemple ). Il faut que le métal du conducteur soit chimiquement compatible avec celui de la cuve. Quand la cuve (c) n' est pas très profonde, on 8 le possibilité de placer le CONDUCTEUR de CHALEUR en position verticale et de le rendre solidaire de la cuve sens que ce soit un obstacle au démontage. Pour des fabrications en quantités limitées on peut adopter la disposition de la Fia 8 s 2 bossages superposés, ( fb) à l'intérieur de la cuve et (fc) à l' exterieur font saillie sans gêner le démoulages un trou taraudé permet la fixation du tube fileté (ra), le calcul du CONDUCTEUR devra porter sur l' ensemble tube (ra) + bossages. La Fia 9 représente le même système adapté à des grandes séries, le tube borgne ( rb) est noyé dans les bossages, avec toutes précautions pour éviter les pertes d' épaisseur par décentrement et les fissures. La Fig 10, coupe suivant b de la Fig 9, permet de se rendre compte que la saillie à l' intérieur de la cuve reste minime. L' application du CONDUCTEUR de CHALEUR ne se limite pas aux marmites de cuisson chauffées au gaz, elle peut corver a une friteuse, re sauteuse, un échaudoir, un autoclave, une chaudière, un évaporateur, et d' autres applications. Elle perret, par des moyens singles et peu coûtaux de tirer le meilleur parti d' un thermostat. RESULTATS d' ESSAIS sur cuve de 110 litres, écarts de terperature entre l' extinction et le réallumage du brûleur cuve rem@lis de 100 litres d' eau 1 à 2 8 : 15 4 : 25 Da@s le dernier cas, le fond de la cuve était à peine couvert . Le thermostat était réglé à 75 . REVENDICATIONS 1 Dispositif de régulation da la température d' un récipient chauffant, ou du liquice qu'il contient, où l'élément sensible du thermostat est logé dans un appendice creux, partiellement isolé, extérieur au dit récipient et solidaire Ç celui-ci, l'autre extrêmité de l'appendice diffusant la chaleur prise au récipient à un milieu gazeux dont la température est très diffé rente de celle dudit récipient. 2G Dispositif selon la revendication 1 appliqué à un récipient réfrigérant. 3 Dispositif suivant les revendications 1 ou 2 où la sEction de l'appendice n'est pas constante. 4 Dispositif suivant les revendications 1, 2 ou 3 où l'appendice tubulaire peut être désolidarisé du récipient, quel que soit ie procédé d'assemblage et de démontage. 5 Dispositif suivant les revendications 1, 3 ou 4 appliqué à un appareil de cuisson. 6 Dispositif suivant l'une quelconque des reven dications ci-dessus, où l'élément sensible est un bulbe. 7s Dispositif suivant les revendications t, 3, 4, 5, ou 6 où le chauffage est assuré par un brûleur. 8 Dispositif suivant l'une quelconque des revendi cations ci-dessus, où le tube borgne contenant l'élé ment sensible est noyé dans une piéce moulée. 9 Dispositif suivant l'une quelconque des reven dications ci-dessus, où la diffusion de chaleur dans le milieu gezeux est réduite par le moyen d'une gaine iso lante.