Brevet FR2710401A1 — publié le 19950331

La présente invention concerne un four à gaz comprenant une enceinte propre à recevoir des produits à chauffer, un brûleur, un échangeur de chaleur gaz/air, qui est monté dans l'enceinte près de l'une de ses parois verticales et qui est composé d'au moins un tube parcouru par les gaz brûlés provenant du brûleur et raccordé à une cheminée d'évacuation des gaz brûlés, et une turbine brassant de l'air dans l'enceinte. Dans les fours a gaz connus du type brièvement décrit ci-dessus l'échangeur de chaleur est usuellement composé de plusieurs tubes de section relativement faible. Avec ce type de construction , il est difficile de chauffer de manière équilibrée tous les tubes de l'échangeur de chaleur, donc d'obtenir une répartition uniforme de la chaleur dans l'enceinte du four, même si la turbine effectue un certain brassage de l'air à l'intérieur de l'enceinte. Ceci provient probablement du fait que les tubes les plus proches de la ou des turbines sont refroidis plus que les tubes qui en sont les plus éloignés, puisqu'ils sont ventilés par la ou les turbines et qu'ils font écran entre celle(s)-ci et lesdits tubes les plus éloignés. Généralement, plus l'enceinte du four est grande, plus l'échangeur de chaleur doit être grand et moins bonne est la répartition de la chaleur dans les divers tubes de l'échangeur de chaleur, donc moins bonne est la répartition de la chaleur dans l'enceinte du four. Ceci est particulièrement gênant lorsqu'il s'agit de chauffer ou de cuire des produits de grandes dimensions ou lorsqu'il s'agit de chauffer ou de cuire simultanément plusieurs produits dans la même enceinte. En outre, les échangeurs composés de multiples tubes de petite section sont difficiles à nettoyer, ce qui est particulièrement gênant pour des fours destinés à chauffer ou à cuire des denrées alimentaires, pour lesquelles les normes d'hygiène sont très sévères. La présente invention a donc pour but de fournir un four à gaz du type sus-indiqué, qui permet d'obtenir une meilleure répartition de la chaleur dans l'enceinte du four et dont l'échangeur de chaleur peut être facilement nettoyé. A cet effet, le four selon la présente invention est caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur se présente sous la forme d'un anneau tubulaire de large section, qui est monté dans un plan parallèle à la paroi verticale de l'enceinte de manière à entourer la turbine, de type centrifuge, et qui comporte à sa partie inférieure une tubulure d'entrée pour les gaz de combustion provenant du brûleur et, à sa partie supérieure, une tubulure de sortie des gaz brûlés, qui est reliée à ladite cheminée, en ce que le brûleur est un brûleur torche dont l'ajutage de sortie est disposé immédiatement en face de la tubulure d'entrée, et en ce qu'un répartiteur de flamme est placé dans ladite tubulure d'entrée pour diviser la flamme en deux parties sensiblement égales, de telle sorte que les gaz de combustion produits par les deux parties de la flamme parcourent respectivement les deux moitiés de l'anneau tubulaire de l'échangeur suivant deux trajets d'écoulement en parallèle depuis la tubulure d'entree jusqu'à la tubulure de sortie. Grâce à une telle construction, les deux moitiés de l'anneau tubulaire formant l'échangeur de chaleur et correspondant aux deux trajets d'écoulement des gaz brûlés sont chauffées de manière égale et l'air soufflé radialement dans toutes les directions par la turbine centrifuge est chauffé également dans toutes les directions, conduisant ainsi à une bonne répartition de la chaleur dans l'enceinte du four. En outre, du fait que l'échangeur de chaleur a une forme en anneau et du fait qu'il est constitué par un tube de relativement forte section, toutes les surfaces de l'anneau tubulaire sont facilement accessibles et peuvent donc être facilement nettoyées. Dans une forme de réalisation préférée du four à gaz de la présente invention, le répartiteur de flamme peut avantageusement comporter des moyens coopérant avec l'ajutage de sortie du brûleur torche pour assurer le centrage dudit brûleur par rapport au répartiteur de flamme. Ces moyens de centrage facilitent l'assemblage du brûleur et de l'échangeur de chaleur lors des opérations d'assemblage des éléments du four à gaz ou lors des opérations d'entretien, et ils garantissent que la flamme du brûleur sera divisée en deux parties égales. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre d'une forme préférée d'exécution de la présente invention, donnée en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un four à gaz conforme à la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II- Il de la figure 1, montrant le brûleur, le répartiteur de flamme et une partie de l'échangeur de chaleur. La figure 3 est une vue de face montrant schématiquement, à plus petite échelle, l'échangeur de chaleur en forme d'anneau et la turbine du four à gaz de la figure 1. La figure 4 est une vue de profil montrant, à plus grande échelle, le répartiteur de flamme représenté dans la figure La figure 5 est une vue du répartiteur de flamme suivant la flèche F de la figure 4. La figure 6 est une vue de côté du répartiteur de flamme, suivant la flèche G de la figure 4. La figure 7 montre une autre forme possible pour l'échangeur de chaleur en anneau, dans le cas d'un four ayant une enceinte de grande hauteur et équipé de deux turbines. Le four à gaz montré dans la figure 1 comporte une enceinte 1 définissant une chambre 2 dans laquelle des produits à chauffer ou à cuire, par exemple des denrées alimentaires, peuvent être introduits par une ouverture 3 de l'enceinte, laquelle peut être fermée par une porte 4. Sur l'une des parois verticales de l'enceinte 1, de préférence sur sa paroi de fond 5 et près de cette dernière est monté un échangeur de chaleur 6. Dans l'enceinte 1, près de sa paroi 5, se trouve également une turbine 7, de type centrifuge, qui peut être entraînée en rotation par un moteur électrique 8 placé à l'extérieur de l'enceinte 1. L'arbre de sortie du moteur 8 passe à travers une ouverture (non montrée) prévue dans la paroi 5 et est couplé à la turbine 7. La turbine 7 brasse l'air à l'intérieur de la chambre 2 de l'enceinte 1. Comme montré dans les figures 1 et 3, l'échangeur de chaleur 6 se présente sous la forme d'un anneau tubulaire de large section, qui entoure la turbine 7. Comme montré dans la figure 3, l'échangeur de chaleur 6 peut être réalisé à partir de plusieurs tronçons de tube en a à 6h, en acier réfractaire. Certains des tronçons de tube, comme les tronçons 6a, 6c, 6e et 6g, sont droits, tandis que les autres, comme les tronçons 6b, 6d, 6f et 6h, sont coudés. Les tronçons de tubes sont soudés bout à bout pour former un anneau ayant un contour carré ou rectangulaire à angles arrondis. La turbine 7 se trouve sensiblement au centre de l'anneau. Au milieu de sa partie inférieure, l'échangeur de chaleur en anneau 6 comporte une tubulure d'entrée 9 dont l'ouverture est placée en regard et axialement alignée avec l'ajutage de sortie 11 d'un brûleur 12. Ce brûleur 12 est un brûleur torche de type connu. Par son extrémité 13, le brûleur 12 est raccordé à un tuyau d'alimentation en gaz (non montré). Comme montré dans les figures 1 et 2, un répartiteur de flamme 14 est placé dans la tubulure d'entrée 9 et dans la partie inférieure de l'échangeur de chaleur en anneau 6. Le répartiteur de flamme 14, qui est montré en détail dans les figures 4 à 6, est constitué par trois plaques 14a, 14b et 14c en matière réfractaire, par exemple en acier réfractaire, qui sont soudées les unes aux autres le long d'un de leurs bords, de telle manière que les trois plaques forment ensemble une pièce ayant un profil en Y. La plaque 14a a en gros une forme rectangulaire et le bord de cette plaque opposé à celui qui est lié aux deux autres plaques, est placé de manière à faire face à l'ajutage 11 du brûleur torche 12. Les bords libres des deux autres plaques 14b et 14c, qui ont chacun la forme d'une demi-ellipse, épousent le contour intérieur du tronçon de tube 6c formant la partie inférieure de l'échangeur tubulaire en anneau 6. Afin de garantir un positionnement correct du répartiteur de flamme 14 par rapport à l'ajutage 11 du brûleur 12, le répartiteur de flamme 14 comporte des moyens de centrage coopérants avec l'ajutage 11. Dans la forme de réalisation montrée sur les figures 4 à 6, les moyens de centrage peuvent être constitués par exemple par deux encoches espacées 15 formées dans le bord de la plaque 14a qui est orienté vers l'ajutage 11 du brûleur 12, et par une languette 16, qui est soudée perpendiculairement au bord précité de la plaque 14a. La languette 16 et l'intervalle entre les deux encoches 15 ont tous les deux une dimension d qui correspond au diamètre intérieur de l'ajutage il. Lors de l'assemblage des éléments du four à gaz, le répartiteur de flamme 14 est placé en position centrale dans la tubulure d'entrée 9 de l'échangeur de chaleur en anneau 6. Le positionnement correct du répartiteur de flamme 14 dans la tubulure d'entrée 9 peut être par exemple assuré par deux saillies 17 et 18, qui sont formées sur les bords latéraux de la plaque 14a et dont l'une au moins, par exemple, la saillie 18, est engagée dans une encoche (non montrée) taillée dans le bord périphérique de la tubulure d'entrée 9. Ensuite, le bord périphérique frontal de l'ajutage 11 du brûleur est engagé dans les encoches 15 en même temps que la languette 16 est engagée dans ledit ajutage, assurant ainsi le centrage de ce dernier par rapport au répartiteur de flamme 14. Au milieu de sa partie supérieure, l'échangeur de chaleur en anneau 6 comporte une tubulure de sortie 19, qui est raccordée, de manière détachable, à une cheminée 21 pour l'évacuation des gaz brûlés après qu'ils ont parcouru les deux branches formées respectivement par les tronçons de tube 6c, 6b, 6a, 6h, 6g et 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, de l'échangeur de chaleur en anneau 6. Bien que cela ne soit pas indispensable, une cloison de séparation (non montrée), , droite ou en forme de Y comme le répartiteur de flamme 14, peut être éventuellement disposée dans la tubulure de sortie 19 et dans le tronçon de tube supérieur 6g pour guider les gaz brûlés provenant de chacune des deux branches de l'échangeur de chaleur en anneau 6 vers la cheminée 21. Il est du reste bien entendu que la forme de réalisation qui a été décrite ci-dessus a été donnée à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi notamment que l'échangeur de chaleur en anneau 6 peut avoir un contour dont la forme est différente de celle montrée dans la figure 3. Par exemple, dans le cas d'un four ayant une enceinte de grande hauteur, l'échangeur de chaleur en anneau 6' peut avoir un contour de forme rectangulaire allongée, à angles arrondis, les deux grands côtés du contour rectangulaire étant incurvés en leur milieu vers le centre de l'anneau comme montré dans la figure 7. Le contour de l'échangeur de chaleur en anneau 6' a alors approximativement la forme d'un "8". Dans ce cas, le four à gaz peut être équipé de deux turbines 7a et 7b montées l'une au-dessus de l'autre sur la paroi verticale de l'enceinte du four, chacune des deux turbines étant placée sensiblement au centre d'une boucle respective du "8" forme par l'échangeur de chaleur en anneau 6'. Les parties resserrées 6'a et 6'b de l'échangeur de chaleur 6' ont une double fonction. Premièrement, elles permettent de mieux entourer les deux turbines 7a et 7b et, par conséquent, de mieux réchauffer l'air qui est projeté radialement par chacune des deux turbines vers le milieu du "8". Deuxièmement, les deux parties 6'a et 6'b resserrées l'une vers l'autre freinent les gaz brûlés, améliorant ainsi l'échange thermique entre ceux-ci et la paroi tubulaire de l'échangeur de chaleur. Afin de freiner les gaz brûlés qui s'écoulent à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 6 ou 6', il est également possible de disposer des chicanes dans certains des tronçons de tube constituant ledit échangeur de chaleur. D'autre part, il est à noter que l'utilisation d'un brûleur 12 de type torche pour chauffer l'échangeur de chaleur 6 ou 6' présente, en comparaison d'un brûleur en forme de rampe habituellement utilisé dans les fours à gaz, l'avantage de concentrer la flamme là où cel & est nécessaire, c'est-à-dire dans la tubulure d'entrée 9 de l'échangeur de chaleur, de manière à canaliser les calories seulement à cet endroit. On évite ainsi des déperditions de chaleur vers d'autres régions du four et, en particulier, on évite de faire fonctionner les équipements électroniques de contrôle et/ou de commande dont le four est doté, dans un environnement dont la température est trop élevée. REVEKDICATIONS 1.- Four à gaz comprenant une enceinte (1) propre à recevoir des produits à chauffer, un brûleur (12), un échangeur de chaleur gaz/air (6), qui est monté dans l'enceinte près de l'une (5) de ses parois verticales et qui est composé d'au moins un tube parcouru par les gaz brûlés provenant du brûleur (6) se présente sous la forme d'un anneau tubulaire de large section, qui est monté dans un plan parallèle à la paroi verticale (5) de l'enceinte (1) de manière à entourer la turbine (7), de type centrifuge, et qui comporte à sa partie inférieure une tubulure d'entrée (9) pour les gaz de combustion provenant du brûleur (12) et, à sa partie supérieure, une tubulure de sortie (19) pour les gaz brûlés, qui est reliée à ladite cheminée (21), en ce que le brûleur (12) est un brûleur torche dont l'ajutage de sortie (11) est disposé immédiatement en face de ladite tubulure d'entrée (9), et en ce qu'un répartiteur de flamme (14) est placé dans ladite tubulure d'entrée pour diviser la flamme en deux parties sensiblement égales, de telle sorte que les gaz de combustion produits par les deux parties de la flamme parcourent respectivement les deux moitiés de l'anneau tubulaire de l'échangeur de chaleur (6) suivant deux trajets d'écoulement en parallèle depuis la tubulure d'entrée (9) Jusqu'S la tubulure de sortie (19). 2.- Four à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le répartiteur de flamme comporte des moyens (15,16) coopérant avec l'ajutage de sortie (11) du brûleur torche (12) pour assurer le centrage dudit brûleur par rapport au répartiteur de flamme. 3.- Four à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que le répartiteur de flamme (14) est constitué par trois plaques (14a, 14b et 14c), en matière réfractaire, soudées les unes aux autres le long d'un premier de leurs bords de telle manière que les trois plaques forment ensemble une pièce ayant un profil en Y, l'une des trois plaques 14a qui forme le pied du Y) ayant un second bord, opposé à son premier bord, qui fait face au brûleur torche (12), et les deux autres plaques (14b) et (14c) ayant un bord libre qui épouse le contour intérieur du tube formant l'échangeur de chaleur en anneau (6). 4.- Four à gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce que le répartiteur de flamme (12), et une languette (16) qui est soudée perpendiculairement au second bord de ladite plaque (14a) et qui est engagée en position diamétrale dans l'ajutage (11) du brûleur (12), la languette cul6) et l'intervalle entre les deux encoches (15) ayant tous les deux une dimension d qui correspond au diamètre intérieur dudit ajutage (11). 5.- rour à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur en anneau 6.- Four à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux turbines (7a) et (7b) montées l'une au-dessus de l'autre sur ladite paroi verticale (5) de l'enceinte (1), et en ce que l'échangeur de chaleur en anneau (6) a un contour ayant approximativement la forme d'un "8", chacune des deux turbines étant placée sensiblement au centre d'une boucle respective du "8".