Brevet FR2698161A1 — publié le 19940520

La présente invention concerne un procede et une installation de traitement de l'air ambiant et des effluents dégages par les appareils de cuisson pour des applications en cuisine industrielle ou collective ou tout type de restauration. A l'heure actuelle, en grande cuisine, la hotte principale d'extraction assure généralement la fonction globale d'aspiration de toutes les émanations en provenance de tous les appareils de cuisson ceci necessite des debits élevés, de l'ordre de plusieurs milliers de mètres cubes par heure, ce qui a de nombreux inconvénients et notamment * En termes d'aéraulique générale de la salle de cuisine et de la salle de restauration - les volumes extraits devant necessairement être fournis par les aérations extérieures, ces systèmes globaux produisent de veritables courants d'air, difficiles à maltriser et source d'inconfort pour les clients. - l'équilibre des flux d'air entre l'extraction de la salle de cuisine (très importante) et l'extraction contrôlez et obligatoire de la salle de restauration est particulièrement difficile à réaliser : tous les systèmes d'extraction deviennent alors dépendants de 1 'aéraulique générale de l'ensemble cuisine + salle, ce qui rend les conditions de fonctionnement aléatoires. Ainsi la forte extraction de la salle de cuisine perturbe les autres extractions plus faibles et à équilibre aeraulique plus fragile. * En termes énergétiques et économiques - de tels volumes sont à chauffer 1 'hiver, ce qui est difficile et cher. - aucune récupération d'energie n'est possible, compte tenu de la dilution des flux par l'air apporte. - la gestion des systèmes de filtration (nettoyage, désinfection et échange) est complexe et contraignante, si lton veut qu'elle soit efficace, ce qui n'est pas le cas dans la grande majorité des installations. * En termes de qualité des travaux et produits de la cuisine: - hottes, filtres et conduits s'encrassant rapidement, deviennent de véritables "réserves" microbiennes. Des infections peuvent se produire donc la probabilite de contaminer les produits est importante et constitue un risque majeur en cuisine collective. - pour éviter ce risque microbiologique, la seule parade est le nettoyage frequent des conduits et le remplacement des filtres. Dans la pratique quotidienne, il est aisé de constater que les périodicités de nettoyage complet et d'échange sont rarement respectees. - un deuxième risque important de contamination microbiologique et tout particulièrement par les moisissures est l'énorme volume d'air extérieur (vecteur bien connu de ce type de contaminant) qui balaye à chaque instant le plan de travail : la seule parade à cette entrée intempestive des contaminants lies à l'air extérieur est la filtration de cet air, ce qui est illusoire en particulier en termes économiques compte tenu des débits à filtrer. - la permanence de courants d'air importants dégrade le confort de l'homme au travail, dans une ambiance qui n'est déjà pas facile à maîtriser. * En termes d'environnement - les rejets de vapeurs et odeurs de cuisine en environnement urbain sont et seront de moins en moins tolérés par le voisinage, et la traduction de cette exigence de respect de la qualite de l'air des villes ne tardera pas à apparaitre dans l'arsenal reglementaire. I1 est donc impératif des maintenant de prévoir l'épuration et le recyclage. - le risque d'incendie lie à l'encrassement des conduits d'évacuation en cheminée est important. Ce type d'incident est d'autant plus grave que le courant d'air créé par le systeme est un facteur d'aggravation du risque. L'invention pallie tous les inconvénients précités en proposant - un procedé de traitement de l'air ambiant et des effluents dégagés par des appareils de cuisson pour des applications en cuisine industrielle ou collective, ou tout type de restauration caractérisé en ce qu'il consiste à realiser de façon integrée le traitement de l'ensemble des effluents dégagés en combinant les états de fonctionnement suivants deshumidification de l'ambiance générale tout en réchauffant l'air recyclé en hiver et en le refroidissant en éte, dépollution et récupération de calories sur les effluents chauds dégagés au-dessus des surfaces libres, condensation des vapeurs et récupération de calories sur les effluents dégagés par les enceintes fermées. - une installation pour la mise en oeuvre du procédé et qui se caractérise en ce qu'elle comporte au moins un circuit de traitement des effluents adapte à chaque type de source d'effluent à savoir, au moins . un circuit de déshumidification d'ambiance, . un circuit "surfaces libres", un circuit "enceintes fermees". Le circuit de déshumidification d'ambiance est réalisé à partir d'un groupe frigorifique dont l'évaporateur est utilisé dans l'échangeur deshumidificateur et le condenseur séparé en deux échangeurs : l'un optionnel en fonction de la température de l'air est chargé de son réchauffage en hiver, l'autre, condenseur classique à eau permet de récupérer de l'eau chaude sanitaire. Le circuit de "surfaces libres" est tel que l'air chaud pollué par les vapeurs et fumées est extrait, abandonne ses calories (chaleur sensible et chaleur latente) dans un echangeur à eau chaude recuperée en ballon, avant d'être rejeté en cheminee, assurant le renouvellement d'air obligatoire en cuisine. Le circuit "enceintes fermées" est tel que la vapeur à haute temperature est extraite et dirigée vers un double échangeur à eau chaude récupérée en ballon. L'air débarrassé des vapeurs et refroidi est rejeté dans l'ambiance. En outre, on peut prévoir des moyens de gestion générale des circuits ci-dessus à partir d'un tableau de commande, moyens comportant notamment un asservissement des circuits en fonction de l'hygrométrie de l'air de la salle de cuisine. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description qui suit faite en référence à la figure unique annexée qui est une représentation schématique d'une installation conforme à l'invention. Cette installation est constituée par une batterie d'échangeurs de chaleur adaptés aux fonctions specifiques d'épuration d'effluents et de récupération de chaleur sur chacun des appareils de cuisson constituant le bloc de travail d'une salle de cuisine. Six échangeurs sont nécessaires pour réaliser le traitement integré des effluents au-dessus du bloc de travail, l'ensemble de l'installation pouvant avantageusement être place en faux-plafond dans la salle de cuisine. L'installation comprend un module adapté à chaque source de vapeur ou de pollution avec chaque fois un traitement spécifique, à partir des principes généraux ci-dessous - En ambiance générale : il suffit de déshumidifier tout en réchauffant l'air recyclé en hiver, et en le refroidissant légèrement en été. Cette suite d'opération est réalise à partir d'un groupe frigorifique dont l'évaporateur est utilisé dans l'échangeur déshumidificateur et le condenseur separe en deux echangeurs : l'un optionnel en fonction de la température de l'air est chargé de son réchauffage en hiver, l'autre, condenseur classique à eau permet de récupérer de l'eau chaude sanitaire. - Au-dessus des surfaces libres, telles que grills, salamandres, friteuses : l'air chaud pollué par les vapeurs et fumées est extrait, abandonne ses calories (chaleur sensible et chaleur latente) dans un échangeur à eau chaude recupérée en ballon, avant d'être rejeté en cheminée, assurant le renouvellement d'air obligatoire en cuisine. - Au-dessus des enceintes fermées, telles que four vapeur, duquel de la vapeur à haute température est extraite et dirigée vers un double échangeur à eau chaude récuperée en ballon. L'air débarrasse des vapeurs et refroidi est rejeté dans l'ambiance. L'ensemble de l'installation réalise donc toutes les fonctions en integrant : - extraction d'air pollué (débit de l'ordre de 350 m3/h) et rejet en cheminée apres dépuration. - récupération des gaz chauds au-dessus de chacune des sources de chaleur, épuration et récupération de chaleur sur ballon d'eau chaude sanitaire. - déshumidification et épuration de l'air ambiant avec fonction optionnelle de chauffage ou refroidissement. Le principe du système schematisé sur la figure unique est décrit ci-dessous circuit par circuit 1. Le circuit de dêshumidification d'ambiance L'air ambiant au-dessus du plan de cuisson est aspiré à un débit de l'ordre de 400 m3/h par un ventilateur (1) à travers une bouche calibrée (2) située en plafond juste au-dessus des plans de cuisson. I7 est refoulé dans un échangeur de chaleur en deux corps (3). Le corps (3a) est constitué par l'évaporation d'un groupe frigorifique : il réalise la condensation de l'humidité contenue dans l'air extrait qu'il sèche.L'air traverse ensuite le corps (3b) dont le serpentin d'échange est un élement du condenseur du groupe frigorifique : il peut donc en option réchauffer l'air qui le traverse de quelques degrés, air qui est ensuite rejet dans l'ambiance via un filtre à charbon actif (4) dont la duree de vie est grande du fait qu'il est traverse par de l'air déjà largement épuré. Le condenseur principal dudit groupe frigorifique est constitué par un changeur (3c) à eau chaude récupérée dans un ballon de stockage à niveau variable (5). Le groupe frigorifique ainsi utilise fonctionne à la fois comme deshumidificateur par son évaporateur et comme pompe à chaleur de récupération de la chaleur latente de condensation de la vapeur par son condenseur. Le demarrage et l'arrêt du present circuit de déshumidification est entièrement automatisable par asservissement de l'hygrométrie de l'air de la cuisine. Son fonctionnement automatique pendant les périodes de non utilisation de la cuisine (comme par exemple la nuit) permet de realiser un séchage complet des surfaces nettoyées donc un excellent assainissement microbiologique. C'est donc un élément significatif d'amelioration de l'hygiène générale de la cuisine. 2. Le circuit dit "surfaces libres" I1 est constitué par des prises d'aspiration par exemple telles que (6) et (7) respectivement sur grill et salamandre comme sur le schèma, par lesquelles l'air fortemment pollué par vapeurs et fumees est aspiré grâce à un ventilateur (8) assurant un débit d'extraction de l'ordre de 350 m3/h. Le ventilateur aspire l'air à travers un echangeur de chaleur-condenseur à eau (9) alimente en eau froide et dont l'eau réchauffée est récupéree au ballon (5). L'air refoulé est rejeté, après cette epuration partielle, en cheminée. Etant peu charge en polluants (seules les fumées sont incondensables), cet air n'encrasse que tres peu la cheminee et participe à la nécessaire extraction réglementaire de l'air en cuisine. Dans le cas particulier d'une friteuse qui produit donc vapeurs et odeurs, mais pas de fumées, le présent circuit fonctionne en recyclage total dans l'ambiance apres épuration à un débit de l'ordre de 200 m3/h. 3. Le circuit dit "enceintes fermées L'exemple traité sur le schèma concerne un four vapeur (10) mais est parfaitement extrapolable sur tout système de four produisant des émanations à haute teperature. La condensation de la vapeur à haute température est réalisée dans un double échangeur cyclonique (11) parcouru à contre-courant par de l'eau froide. L'eau réchauffée en sortie du deuxième échangeur est récupérée en ballon (5). L'air extrait du four par la turbine (12), débarrasse de la vapeur et refroidi, est renvoyé dans l'ambiance. Ce systeme permet en outre d'eviter l'inconvénient majeur en termes de sécurité de fonctionnement vis à vis du personnel, de la bouffee de vapeur brulante qui sort en façade à chaque ouverture du four. L'installation décrite se presente donc comme un concept entièrement nouveau pour le traitement général de l'air et des effluents, elle pourrait si necessaire comporter des circuits supplémentaires selon les besoins ou fonctions à réaliser et elle répond aux besoins de professionnels de la restauration hors foyer et gastronomique et de tout type de cuisine industrielle ou collective. Ses avantages sont nombreux et notamment aux plans suivants Energétique : il diminue les besoins thermiques liés à l'air chaud évacué en grande quantité vers l'extérieur, ainsi que la puissance électrique de ventilation. Par ailleurs il permet de récupérer une grande partie de la chaleur latente de condensation de l'eau, donc une part importante de l'énergie depensée pour la cuisson.Cette récupération se fait sous forme d'eau chaude sanitaire dont les besoins en cuisine sont considérables. Confort de travail : en diminuant considérablement les flux extraits, le systeme diminue les désagréments entraînés par les courants d'air, le bruit et la saturation en eau de l'ambiance. Le confort du personnel au travail en est nettement amélioré. Par ailleurs le risque d'incendie, lié à la fois aux encrassements et aux courants d'air est fortement réduit, et le risque de brûlure à la vapeur à l'ouverture des fours est eliminé. Hygiene et qualité : en éliminant des gaines et filtres terminaux une grande partie de la vapeur d'eau, le système entraîne une forte réduction de la croissance bacterienne dans ces appareils. De la même façon, en supprimant les condensations sur paroi froide, il assainit l'ensemble des surfaces de travail et fait disparaitre en particulier les pousses de moisissures dans les parties mal ventilés. Les avantages et fonctions réalisés par l'invention sont nombreux et notamment : 1) le système de captage des effluents est intégre et associe trois circuits spécifiques lies à la géométrie particulière et la production specifique de pollutions des sources utilises. 2) le système permet à la fois d'épurer les effluents, de récupérer de l'eau chaude chaque fois que c'est possible et de ne rejeter en cheminée que des gaz débarrasses de la majeure partie de leur charge polluante, ce qui a pour effet premier de diminuer considérablement les volumes rejetés en cheminee. 3) le système comprend un circuit adapté à la déshumidification d'ambiance en circuit fermé par l'association des échangeurs chauds et froid d'un groupe frigorifique assurant la double fonction de deshumidificateur par condensation à l'évaporation et pompe à chaleur de récupération au condenseur, permettant la production d'eau chaude sanitaire. 4) le système comprend un circuit adapté au traitement des sources de pollution par vapeurs et fumées, en circuit ouvert par passage dans un échangeur à eau chaude récupérée avant rejet en cheminée d'un débit limite au seul renouvellement d'air nécessaire légalement compte tenu de la présence de personnel. 5) le système comprend un circuit adapté au traitement d'épuration par condensation sur double échangeur de chaleur des effluents à haute température extraits d'appareils fermés fonctionnant à température élevée. 6) le système associe en tant que besoin tout ou partie des circuits énuméres en 3), 4) et 5). 7) le systeme limite l'extraction extérieure donc le renouvellement d'air à la seule part des effluents pollués par des incondensables (comme les fumées). 8) le système permet de récupérer la chaleur sur toutes les sources d'air chaud charge en vapeur d'eau, et de reutiliser l'eau chaude ainsi produite et stockée en ballon à niveau variable pour les besoins sanitaires dans la cuisine elle-même. Bien entendu l'installation représentée sur la figure peut comporter des variantes de realisation sans pour autant sortir du cadre de l'invention et on notera que, dans l'ensemble du texte et des revendications le terme ventilateur est utilisé par souci de simplification mais tout autre moyen de soufflage ou d'aspiration, par exemple une turbine, peut convenir. REVENDICATIONS 1. Procedé de traitement de l'air ambiant et des effluents degagés par des appareils de cuisson pour des applications en cuisine industrielle ou collective ou tout type de restauration, caractérisé en ce qu'il consiste à realiser de façon intégrée le traitement de l'ensemble des effluents dégagés en combinant les états de fonctionnement suivants - deshumidification de l'ambiance générale tout en réchauffant l'air recyclé en hiver et en le refroidissant en ete, - dépollution et récupération de calories sur les effluents chauds degagés au-dessus des surfaces libres, - condensation des vapeurs et récupération de calories sur les effluents degagés par les enceintes fermées. 2. Installation pour la mise en oeuvre du procedé selon la revendication 1 caracterise en ce qu'elle comporte au moins un circuit de traitement des effluents adapté à chaque type de source d'effluent à savoir au moins - un circuit de déshumidification d'ambiance, - un circuit "surfaces libres", - un circuit "enceintes fermées". 3. Installation selon la revendication 2 caractérisé en ce que le circuit de déshumidification d'ambiance est réalisé à partir d'un groupe frigorifique dont l'évaporateur (3a) est utilisé dans l'échangeur déshumidificateur et le condenseur séparé en deux échangeurs (3b,3c) l'un (3b) optionnel en fonction de la température de l'air est chargé de son réchauffage en hiver, l'autre (3c), condenseur classique à eau permet de récupérer de l'eau chaude sanitaire. 4. Installation selon la revendication 2 caractérisé en ce que le circuit "surfaces libres" est tel que l'air chaud pollué par les vapeurs et fumées est extrait, abandonne ses calories (chaleur sensible et chaleur latente) dans un echangeur à eau (9) chaude récupéree en ballon (5), avant d'être rejeté en cheminée, assurant le renouvellement d'air obligatoire en cuisine. 5. Installation selon la revendication 2 caracterise en ce que le circuit "enceintes fermees" est tel que la vapeur à haute température est extraite et dirigée vers un double echangeur (11) à eau chaude récupérée en ballon (5). L'air débarasse des vapeurs et refroidi est rejeté dans l'ambiance. 6. Installation selon la revendication 3 caractérisé en ce que le circuit de déshumidification d'ambiance comporte un echangeur à chaleur à deux corps (3), le corps (3a) étant constitue par l'évaporateur d'un groupe frigorifique et le corps (3b) par un élément de son condenseur, lui-même constitué par un échangeur (3c) à eau chaude récupérée dans un ballon de stockage à niveau variable (5). 7. Installation selon la revendication 4 caractérisé en ce que le circuit "surfaces libres" comporte un ventilateur (8) aspirant l'air pollue par des prises d'aspiration au travers d'un échangeur de chaleur-condenseur à eau (9). 8. Installation selon la revendication 5 caractérisé en ce que le circuit "enceintes fermees" comporte un double échangeur cyclonique (11) parcouru à contre courant par de l'eau froide. 9. Installation selon l'une des revendications 2 à 8 caractérise en ce qu'elle comporte des moyens d'asservissement des circuits en fonction de l'hygrométrie de l'air de la cuisine.