Brevet FR2794849A1 — publié le 20001215

FOUR A SOLE ANNULAIRE La présente invention concerne un four généralement dénommé à sole annulaire dans lequel la flamme d'un brûleur se propage dans un foyer cylindrique entouré d'une enveloppe concentrique et dans lequel le chauffage de l'enceinte du four est réalisé grâce à une ou plusieurs batteries d'éléments tubulaires, partiellement remplis de fluide caloporteur, chaque élément étant conformé pour être disposé d'une part annulairement entre le foyer et l'enveloppe concentrique en partie basse du four et d'autre part sous chaque dalle de cuisson et le long des parois de l'enceinte intérieure du four. Dans ce type de four, chaque élément tubulaire forme un échangeur de chaleur en boucle fermée. La chaleur émise par la flamme du brûleur est transmise à l'élément tubulaire au niveau de sa partie annulaire entre le foyer et l'enveloppe concentrique. Le fluide intérieur à l'élément tubulaire s'échauffe et, s'il s'agit d'un liquide, se transforme en vapeur, celle-ci occupant tout l'espace intérieur de l'élément tubulaire. La chaleur ainsi répartie est communiquée aux portions de l'élément tubulaire qui se trouvent dans l'enceinte intérieure du four, sous les dalles de cuisson et le long des parois de celle-ci. Chaque élément tubulaire a un encombrement réduit, étant sensiblement plan et n'occupant en épaisseur, que le diamètre extérieur du tube. Un élément tubulaire unitaire comporte donc une partie annulaire, destinée à être logée en partie basse du four dans la zone comprise entre le foyer et son enveloppe concentrique et des parties rectilignes destinées à venir, en ligne droite, sous les dalles de cuisson du four et le long des parois intérieures de celui-ci, parois latérales et plafond. A la connaissance du demandeur, il existe plusieurs variantes structurelles de réalisation de l'élément tubulaire unitaire, celui-ci pouvant être symétrique ou non par rapport au plan médian du four. Dans le cas d'un élément tubulaire symétrique, la partie annulaire et donc le foyer et l'enveloppe concentrique correspondante se trouvent dans la zone centrale de la partie basse du four. Dans le cas contraire, cette partie annulaire peut se trouver dans une zone latérale de la partie basse du four. Quoi qu'il en soit, dans tous les cas de figure, la construction des modes de réalisation connus nécessite non seulement des opérations de cintrage mais également le soudage de tronçons de tubes destinés à former les parties rectilignes sous les dalles de cuisson. Pour cela, il faut préalablement percer de trous les tubes formant les parties rectilignes destinées à venir le long des parois latérales du four, placer ensuite les extrémités ouvertes du tronçon de tube face à ces trous et enfin souder l'ensemble. Le nombre de tronçons de tube rapportés par soudage est fonction du nombre de dalles de cuisson que doit contenir le four. Une fois réalisé, par ces opérations de cintrage et de soudage, l'élément tubulaire unitaire est composé d'une part d'un tube extérieur, en boucle fermée, constituant la partie annulaire, les parties rectilignes inférieures et supérieures et les parties rectilignes latérales et d'autre part d'une pluralité de tubes intérieurs formant les parties rectilignes intermédiaires destinées à venir sous des dalles de cuisson. Pour leur montage dans le four, les éléments tubulaires unitaires sont regroupés en batteries, généralement d'une demi- douzaine d'éléments unitaires. Les éléments d'une même batterie sont solidarisés les uns aux autres, dans la position qu'ils auront dans le four, grâce à des plaques servant également à réaliser la fixation de la batterie à l'intérieur du four et l'étanchéité entre les différents niveaux de cuisson. Plus précisément, on met en aeuvre des jeux de deux plaques dont les bords comportent autant d'encoches que d'éléments unitaires à assembler dans une même batterie. Les deux plaques sont disposées en regard l'une de l'autre, avec les tubes extérieurs de tous les éléments unitaires entrant dans les encoches des deux plaques. Celles-ci sont ensuite soudées l'une à l'autre pour fixer définitivement la disposition des éléments unitaires de la batterie. La fixation dans le four peut se faire en faisant coulisser la plaque tournée vers l'extérieur dans une glissière appropriée sur la paroi interne du four. Ce sont également ces plaques de fixation qui soutiennent chaque dalle de cuisson. La mise en place de ces jeux de deux plaques imbriquées autour des éléments tubulaires pose des difficultés de manipulation lors du positionnement des deux plaques en vis-à-vis et lors de leur soudage étanche autour des tubes extérieurs. Le premier but que s'est fixé le demandeur est de proposer un four à sole annulaire qui pallie l'inconvénient précité lié à l'assemblage des éléments tubulaires unitaires sous forme de batterie. Ce but est parfaitement atteint par le four de l'invention qui comprend de manière connue a) en partie haute une enceinte à l'intérieur de laquelle se trouve une pluralité de dalles de cuisson, b) en partie basse, un brûleur, un foyer, généralement cylindrique, dans lequel se propage la flamme provenant du brûleur, et une enveloppe entourant le foyer, pourvue d'une fente longitudinale et, c) une ou plusieurs batteries d'éléments tubulaires, partiellement remplis de fluide caloporteur, chaque élément présentant une partie basse, généralement annulaire, destinée à être disposée entre le foyer et l'enveloppe en partie basse, et des parties rectilignes destinées à être disposées sous chaque dalle de cuisson et le long des parois de l'enceinte en partie haute. De manière caractéristique, selon l'invention, chaque élément tubulaire unitaire d'une batterie est un tube unique, cintré et a au moins une extrémité libre obturée. On désigne par le terme extrémité libre une extrémité du tube qui n'est pas soudée ou rapportée sur une autre partie dudit tube. L'extrémité libre dont il est question termine généralement la partie rectiligne destinée à être disposée sous le plafond du four. Selon la disposition particulière de l'invention, il n'y a plus de tronçons de tube rapportés entre les parties rectilignes longeant les parois latérales de l'enceinte. L'élément tubulaire unitaire est obtenu uniquement par cintrage d'un seul et même tube. On comprend que ledit tube forme une succession de S entre les parties rectilignes horizontales (en-dessous des dalles de cuisson et au niveau du plafond du four) et les parties rectilignes verticales (le long des parois latérales de l'enceinte). Pour le regroupement d'une pluralité d'éléments unitaires sous forme de batterie, il est possible de mettre en oeuvre non plus un jeu de deux plaques dont les bords sont munis d'encoches mais une seule plaque percée de trous. En effet, il suffit d'introduire dans chaque trou l'extrémité libre du tube correspondant et de déplacer la plaque en question selon les parties rectilignes et les portions coudées jusqu'à l'emplacement où ladite plaque doit être fixée aux éléments unitaires. Ceci apporte une simplification majeure dans la manipulation et la fixation des plaques. De plus, on obtient un positionnement précis de chaque élément tubulaire par rapport à chaque plaque, avec des trous dont la taille est précisément ajustée pour permettre le coulissement de chaque tube. Ceci diminue corrélativement le besoin d'étanchéification. Dans une première variante de réalisation, l'autre extrémité du tube étant libre et obturée, la partie basse de l'élément tubulaire est cintrée selon un arc de cercle d'angle légèrement inférieur à 360 . Selon cette variante, l'élément tubulaire unitaire est totalement plat, avec la partie annulaire dans le strict prolongement des parties rectilignes, de manière à occuper l'encombrement minimum en épaisseur. Dans une seconde variante de réalisation, la partie basse de l'élément tubulaire est cintrée selon un arc de cercle de 360 ; l'autre extrémité du tube est soudée, en sorte de former une partie annulaire en boucle fermée. Dans ce cas également, l'élément unitaire est totalement plat. Dans une troisième variante de réalisation, dans la partie basse, le tube est cintré en hélice sur plus de 360 . Dans ce cas, la partie basse annulaire occupe un volume dont l'épaisseur est supérieure au diamètre extérieur du tube. Grâce à ce mode de réalisation, il est possible de disposer dans l'espace de chauffage compris entre le foyer et son enveloppe, une longueur plus importante de tube contenant du fluide pour chaque élément tubulaire unitaire. En effet, dans une batterie donnée, les éléments tubulaires ne sont pas accolés les uns aux autres mais séparés par un certain intervalle ; cet intervalle se retrouve également dans l'espace de chauffage entre le foyer et son enveloppe. Cette variante de réalisation permet donc d'utiliser de manière optimale cet espace de chauffage en disposant la longueur maximale de tube. On obtient ainsi une amélioration des caractéristiques d'échange de chaleur au niveau du brûleur. Dans la première et la seconde variante, la partie basse, annulaire, forme une spire, à plat, qui n'est pas fermée sur elle-même dans la première variante et qui l'est dans la seconde. Dans la troisième variante, cette spire se prolonge par une partie de spire ou une autre spire accolée à la première. Dans une quatrième variante de réalisation, la partie basse, annulaire, de l'élément tubulaire est plate et cintrée selon un arc de cercle d'angle supérieur à 360 à rayon de courbure dégressif. Dans ce cas, la longueur supplémentaire de ladite partie annulaire vient se loger dans l'espace intérieur de la première spire. Dans une cinquième variante de réalisation, la partie basse, annulaire, de l'élément tubulaire occupe un volume dont l'épaisseur est supérieure au diamètre extérieur du tube et est cintrée selon un arc de cercle d'angle supérieur à 360 avec un rayon de courbure progressif ou dégressif. Dans ce cas, la longueur supplémentaire de tube dans la partie tubulaire ne forme plus des spires strictement de même diamètre mais de diamètre progressif ou dégressif. Grâce à cette disposition particulière, il est possible de faire en sorte que, dans l'espace de chauffage contenu entre le foyer et son enveloppe, les parties basses annulaires des éléments tubulaires se présentent non pas sous la forme d'un alignement mais en quinconce, ce qui augmente le parcours de l'air traversant cet espace et donc améliore les propriétés d'échange de chaleur. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite d'un four perfectionné à sole annulaire dans lequel - la figure 1 est une représentation schématique en plan d'un élément tubulaire unitaire connu, - la figure 2 est une représentation schématique en plan d'un élément tubulaire unitaire conforme à l'invention selon une première variante de réalisation, - les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques respectivement en plan (figure 3) et en coupe (figure 4 selon l'axe IV- IV de la figure 3) d'un élément tubulaire unitaire conforme à l'invention selon une seconde variante de réalisation, - la figure 5 est une représentation schématique en coupe longitudinale de deux éléments tubulaires unitaires adjacents selon une troisième variante de réalisation, dans lequel les parties annulaires sont disposées entre le foyer et son enveloppe avec un cintrage dont le rayon de courbure est dégressif, - la figure 6 est une représentation schématique en perspective d'une batterie de six éléments unitaires connus avant montage, - la figure 7 est une représentation schématique en perspective d'une batterie de six éléments tubulaires connus, assemblés en cours de montage du four, - la figure 8 est une représentation schématique en perspective du four connu. Un four 1 du type généralement dénommé à sole annulaire comporte une enceinte intérieure 2 qui est portée à température grâce à des moyens de chauffage disposés pour partie dans l'enceinte 2 et pour partie en partie basse 3 du four 1. Ces moyens de chauffage sont constitués par des batteries 4 d'éléments tubulaires 5, par un brûleur non représenté qui est disposé face à un foyer 6 qui est entouré par une enveloppe 7. Sur la figure 8 est représenté partiellement un four 1 montrant une batterie 4 formée de six éléments unitaires 5, de construction traditionnelle, avec les portions annulaires 8 des éléments unitaires 5 venant se loger dans l'espace compris entre le foyer 6 et son enveloppe concentrique 7. Pour que les éléments unitaires 5 puissent pénétrer dans cet espace, il est nécessaire que cette enveloppe 7 présente une fente longitudinale 9, laquelle est ensuite bridée de manière étanche. Sur la figure 1 est illustrée la structure traditionnelle d'un élément tubulaire unitaire 5 symétrique par rapport au plan médian DD'. Cet élément 5 est constitué de quatre tronçons de tube 10, 11, 12, 13. Un premier tronçon 10 a été cintré de manière à former la partie annulaire 8, les deux parties rectilignes 10a, 10b, venant sous la dalle inférieure de cuisson et la partie intermédiaire 14 formant la liaison entre ces deux parties rectilignes 10a, 10b, et la partie annulaire 8. C'est cette partie intermédiaire 14 qui passe par la fente longitudinale 9 pratiquée dans l'enveloppe concentrique 7 du foyer 6. Le second tronçon de tube 11 présente deux coudes à 90 (15, 16), délimitant trois parties rectilignes, à savoir une partie centrale 11a destinée à venir sous le plafond du four et deux parties latérales 11 b, 11 ç, destinées à venir le long des deux parois latérales 22 du four 1 ; les troisième et quatrième tronçons de tube 12, 13 sont rectilignes. La longueur respective des différents tronçons de tube 10 à 13 est déterminée pour obtenir l'assemblage illustré à la figure 1. Plus précisément, pour la fixation des différents tronçons de tube entre eux, il est nécessaire d'effectuer des opérations de perçage et de soudage. Les parties rectilignes 11b, 11ç sont percées de trous dont le diamètre correspond au diamètre intérieur respectivement des tubes 10, 12, 13. L'opération de soudage se fait après avoir positionné précisément les extrémités ouvertes desdits tubes 10, 12, 13 en vis-à-vis avec les trous pratiqués dans les parties rectilignes 11 b, 11 ç. Bien sûr, les extrémités 17 du second tube 11 sont obturées après qu'ait été introduite dans le volume intérieur de cet élément tubulaire unitaire une quantité déterminée de fluide caloporteur, notamment liquide. L'élément tubulaire unitaire 5 est assemblé préalablement à son montage dans le four 1, sous forme de batterie, par exemple de six éléments unitaires 5, comme illustré à la figure 6. Pour réaliser cet assemblage, on utilise des jeux de deux plaques de fixation 18, 19 dont les bords en regard 18a, 19a, sont munis d'encoches 20 dont la dimension est prévue pour que la partie rectiligne latérale 11 b puisse y pénétrer. Pour la constitution de la batterie 4, il est nécessaire de juxtaposer six éléments unitaires 5 et de bloquer ces éléments en position en insérant les parties rectilignes 11 b dans les encoches 20 des deux plaques 18, 19, puis de solidariser le tout en soudant l'une à l'autre les deux plaques 18, 19 et les parties rectilignes 11 b des dites plaques. Les plaques 18, 19 ainsi assemblées servent également à la fixation de la batterie 4 dans l'enceinte intérieure 2 du four. Dans l'exemple illustré, les plaques 19, les plus extérieures, étaient prises dans une glissière 21 préalablement fixée sur la paroi intérieure 22 de l'enceinte 2. De plus, un matériau d'étanchéité est réparti au niveau des passages des parties rectilignes 11b dans les encoches 20 pour réaliser l'étanchéité entre les différents niveaux de cuisson. Si cela est souhaitable, des panneaux 23 de protection peuvent également être disposés sur les parties rectilignes 12, 13 destinées à être placées sous les dalles de cuisson intermédiaires. Le four 1 est équipé d'un nombre de batteries 4 suffisant pour couvrir toute la profondeur du four. Le chauffage de l'enceinte 2 se fait par échange de chaleur entre la flamme provenant du brûleur et le volume intérieur de l'enceinte 2 grâce aux éléments tubulaires 5. La chaleur transmise par la flamme est communiquée aux parties annulaires 8 de tous les éléments tubulaires à la fois par conduction et par convection, notamment grâce à la circulation d'air entre l'extrémité ouverte du foyer 6 et l'espace de chauffage annulaire 41 compris entre le foyer 6 et l'enveloppe concentrique 7, cet air s'échappant ensuite par le conduit de cheminée 42 situé en tête de l'enveloppe 7. Le fluide caloporteur contenu dans chaque élément tubulaire 5, monte en température sous l'effet de l'apport calorifique provenant du brûleur et véhicule cette énergie dans tout le volume intérieur dudit élément tubulaire 5, en particulier dans les parties rectilignes et coudées à l'intérieur de l'enceinte 2. Dans l'exemple préféré de réalisation de l'invention, chaque élément tubulaire unitaire 24, tel qu'illustré à la figure 2, est constitué d'un seul et même tube, dont les deux extrémités libres 25, 26 sont obturées et qui subit uniquement des opérations de cintrage pour obtenir d'une part une portion annulaire 27 et d'autre part des premières portions rectilignes de plus grande longueur 28 à 31 destinées à venir sous les dalles de cuisson et au niveau du plafond du four et des secondes portions rectilignes 32 à 34 destinées à venir le long des parois latérales 22 de l'enceinte 2 et pour la dernière d'entre elles 35, pour assurer la liaison avec la partie annulaire 27, correspondant au_ passage dans la fente longitudinale 9 de l'enveloppe concentrique 7. S'agissant d'un élément unitaire destiné à équiper un four à n dalles de cuisson, avec le brûleur non pas en partie médiane mais en partie droite du four, il comporte (2n + 1) coudes à 90 , (n + 1) parties rectilignes de plus grande longueur, (n + 1) parties rectilignes de plus petite longueur et une partie annulaire cintrée. Dans l'exemple illustré à la figure 2, n était égal à 3 et la partie annulaire était cintrée sur un arc de cercle a légèrement inférieur à 360 . L'élément tubulaire unitaire 24 est parfaitement plat, son encombrement en épaisseur correspondant au diamètre du tube dans lequel il a été fabriqué. Pour la fixation des différents éléments unitaires 24 composant une batterie 4, il suffit de mettre en ceuvre des plaques monobloc percées de trous légèrement distants les uns des autres, d'emmancher les extrémités libres supérieures 25 des éléments 24 dans les trous d'une même plaque, puis de faire coulisser ladite plaque le long des parties rectilignes et coudées jusqu'à l'emplacement de l'élément 24 où ladite plaque doit être fixée. Cette fixation intervient comme précédemment par soudage. Ainsi, la mise en place des plaques et leur fixation, lors de l'assemblage en batterie des éléments tubulaires unitaires 24, sont particulièrement facilitées. II n'y a plus de risque de déplacement relatif des éléments tubulaires les uns par rapport aux autres lors de l'opération de soudage dans la mesure où ceux-ci sont parfaitement positionnés dans les trous dont le diamètre est prévu de manière à obtenir un ajustement adéquat permettant le coulissement de la plaque dans les parties rectilignes et également les parties coudées. Dans le second mode de réalisation, illustré aux figures 3 et 4, l'élément tubulaire unitaire 36 diffère du premier mode de réalisation, uniquement par la partie annulaire 37 qui est cintrée sur un arc de cercle supérieur à 360 . Comme on peut le voir plus précisément sur la figure 4, la partie annulaire 37 est constituée d'une superposition de spires 38, en hélice, de même diamètre. Ce second mode de réalisation a pour objectif d'occuper de manière optimale l'espace intérieur entre le foyer et son enveloppe concentrique, dans sa longueur. En effet, dans une même batterie, les éléments tubulaires unitaires sont séparés les uns des autres par une certaine distance correspondant à l'écartement entre deux trous percés dans les plaques de fixation. Dans le premier mode de réalisation précité, cette distance se répercute également au niveau de la partie annulaire 27 de l'élément tubulaire 24, de sorte qu'il y a une déperdition de chaleur due à cet espace non rempli entre deux éléments tubulaires au niveau du foyer. La présence des spires juxtaposées 38 permet de combler cet espace inoccupé. Dans le troisième mode de réalisation, illustré à la figure 5, le cintrage de l'élément tubulaire 39 se fait également selon un arc de cercle supérieur à 360 pour former des spires 40 successives, mais dans ce cas, le rayon de cintrage est dégressif entre la première spire 40 et les suivantes 40a, 40b. Comme cela ressort de la figure 5, cette dégressivité du rayon de cintrage se traduit par la diminution du diamètre des spires. L'intérêt de ce troisième mode de réalisation réside dans la possibilité de juxtaposer deux éléments tubulaires 39, 39' avec la dernière spire 40b de l'un qui se trouve sensiblement en-dessous de la première spire 40' de l'autre. Dans l'espace annulaire 41, entre le foyer 6 et l'enveloppe concentrique 7, les spires successives 40, 40a, 40b, sont disposées en quinconce, de sorte que le flux d'air symbolisé par la flèche F, vient en contact étroit avec chacune des dites spires. On améliore ainsi l'échange de chaleur entre ledit flux d'air F et les éléments tubulaires 39. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemple non exhaustifs. En particulier, la partie annulaire de l'élément tubulaire unitaire peut être fermée en boucle. Pour ce faire, l'extrémité ouverte du tube est soudée, après cintrage à 360 , en regard d'un trou pratiqué localement dans le tube. Dans ce cas, l'élément tubulaire n'a qu'une seule extrémité libre, au sens de la présente invention. De plus, pour améliorer encore les caractéristiques d'échange entre les parties annulaires des éléments tubulaires et la flamme du brûleur, par l'intermédiaire de l'air circulant entre le foyer et son enveloppe concentrique, il est possible de disposer des ailettes sur la surface extérieure des parties annulaires. Enfin, la partie basse de l'élément unitaire n'est pas nécessairement annulaire et le foyer n'est pas nécessairement cylindrique. REVENDICATIONS 1. Four à sole annulaire comprenant a) en partie haute une enceinte (2) à l'intérieur de laquelle se trouve une pluralité de dalles de cuisson, b) en partie basse, un brûleur, un foyer (6) dans lequel se propage la flamme provenant du brûleur, et une enveloppe entourant (7) le foyer (6), pourvue d'une fente longitudinale (9) et, c) une ou plusieurs batteries (4) d'éléments -tubulaires, partiellement remplis de fluide caloporteur, chaque élément présentant une partie basse destinée à être disposée entre le foyer et l'enveloppe en partie basse, et des parties rectilignes destinées à être disposées sous chaque dalle de cuisson et le long des parois de l'enceinte en partie haute, caractérisé en ce que chaque élément tubulaire unitaire (24, 36, 39) de la batterie est un tube unique, cintré et ayant au moins une extrémité libre obturée. 2. Four selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité libre (25) de l'élément tubulaire (24) est immédiatement sous le plafond de l'enceinte (2). 3. Four selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'extrémité libre (26) de l'élément tubulaire (24) est, dans le four, à proximité immédiate de la fente longitudinale (9) de l'enveloppe (7) du foyer (6). 4. Four selon l'une des revendications 1 à 3, à (n) dalles de cuisson, caractérisé en ce que chaque élément tubulaire unitaire (24) comporte (2n + 1) parties coudées à 90 , (n + 1) parties rectilignes (28 à 32) de plus grande longueur, (n + 1) parties rectilignes de plus petite longueur (23 à 35) et une partie basse annulaire cintrée (27). 5. Four selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la partie basse (27) de l'élément tubulaire (24) est cintrée selon un arc de cercle d'angle (a) légèrement inférieur à 360 . 6. Four selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la partie basse (37) de l'élément tubulaire (36) est cintré en hélice selon un arc de cercle supérieur à 360 . 7. Four selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la partie basse de l'élément tubulaire est plate et cintrée selon un arc de cercle d'angle supérieur à 360 à rayon de courbure dégressif. 8. Four selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la partie basse de l'élément tubulaire occupe un volume dont l'épaisseur est supérieure au diamètre extérieur du tube et est cintrée selon un arc de cercle d'angle supérieur à 360 avec un rayon de courbure progressif ou dégressif. 9. Four selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les éléments tubulaires unitaires d'une même batterie sont assemblés les uns aux autres à l'aide de plaques monobloc percées de trous ajustés en sorte de permettre le coulissement desdites plaques le long des parois rectilignes et des parties cintrées. 10. Four selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que la partie basse de l'élément tubulaire unitaire est équipée extérieurement d'ailettes.