Brevet FR2977778A1 — publié le 20130118

Procédé de commande de la teneur en vapeur dans un espace de cuisson d'un appareil de cuisson L'invention concerne un procédé de commande de la teneur en vapeur dans un espace de cuisson d'un appareil de cuisson. En ce qui concerne l'appareil de cuisson, il s'agit en particulier d'un appareil de cuisson professionnel tel qu'il est utilisé dans les restaurants, les cuisines industrielles etc. Les appareils de cuisson de ce type peuvent exécuter différents programmes de cuisson pour faire cuire des aliments différents. Dans certains de ces programmes de cuisson, une humidité déterminée est maintenue à l'intérieur d'un espace de cuisson de l'appareil de cuisson, en réglant une certaine teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère de l'espace de cuisson. Il peut également être prévu comme segment d'un tel programme de cuisson de déshumidifier l'espace de cuisson pour pouvoir exécuter une séquence de programme à faible humidité à la suite d'une séquence de programme à humidité élevée. Le but de l'invention est d'obtenir un procédé au moyen duquel ['humidité dans l'espace de cuisson peut être réglée sans grands efforts à une valeur souhaitée. Pour atteindre ce but, il est prévu selon l'invention un procédé de commande de la teneur en vapeur ou de l'humidité dans un espace de cuisson d'un appareil de cuisson, dans lequel la quantité de vapeur condensée dans une boîte de condensation de l'appareil de cuisson est déterminée et un volet d'admission d'air de l'appareil de cuisson est commandé en fonction de la quantité de vapeur déterminée. L'invention repose sur l'idée fondamentale d'utiliser la quantité de vapeur s'échappant de l'espace de cuisson comme l'un des paramètres pour la commande du volet d'admission d'air. A partir de la quantité de vapeur qui est déplacée hors de l'espace de cuisson par l'ouverture du volet d'admission d'air et qui est condensée dans la boîte de condensation, il est possible de déterminer l'humidité dans l'espace de cuisson de telle sorte que l'humidité dans l'espace de cuisson peut être commandée sans devoir utiliser un capteur d'humidité. L'avantage particulier du procédé selon l'invention consiste en ce qu'il nécessite que très peu de composants qui de plus sont normalement déjà présents dans un appareil de cuisson. Il est prévu de préférence que lors de la détermination de la quantité de vapeur, la quantité d'eau soit détectée qui est injectée par une buse dans la boîte de condensation et qui est nécessaire pour baisser la température dans la boîte de condensation à une valeur cible, dite température de condensation. La buse dans la boîte de condensation réagit normalement lorsque la température dans celle-ci augmente (en raison de la vapeur déplacée hors de l'espace de cuisson) et dépasse un seuil prédéterminé. L'eau alors injectée par la buse précipite la vapeur dans la boîte de condensation jusqu'à ce que la température dans [a boîte de condensation ait baissé de nouveau à la température de condensation. Dans un agencement géométrique approprié de la buse et du capteur de température, les signaux de température du capteur de température représentent très précisément la température de la vapeur. Ensemble avec la quantité d'eau utilisée qui était nécessaire pour précipiter la vapeur dans la boîte de condensation d'une certaine température à la température de condensation, il est ainsi possible de déterminer quelle quantité de vapeur s'est échappée hors de l'espace de cuisson et dans la boîte de condensation. La quantité d'eau consommée pour la précipitation de la vapeur peut par exemple être déterminée par une mesure de débit. Dans ce cas, on obtient directement la valeur absolue de la quantité d'eau. En alternative, la quantité d'eau peut également être déterminée sur la base d'un temps d'ouverture d'une soupape qui permet un passage d'eau vers la buse. Ceci permet de calculer la quantité d'eau sur la base de la caractéristique de débit connue. Il est de préférence prévu que le volet d'admission d'air soit commandé sur la base d'une valeur de réglage représentant la produit de l'activité du volet d'admission d'air par la quantité de vapeur condensée dans la boîte de condensation. Ceci permet de manière particulièrement simple de tenir compte, pour le réglage du volet d'admission d'air, de différentes conditions marginales lors du fonctionnement de l'appareil de cuisson. L'activité du volet d'admission d'air et la quantité de la vapeur condensée sont ici déterminées de préférence par unité de temps. Ces valeurs peuvent ensuite être traitées de manière appropriée afin d'obtenir une valeur réelle. 2977778 -3- Selon un mode de réalisation de l'invention, il est prévu que l'activité du volet et la quantité condensée soient intégrées ou leur moyenne formées séparément sur un intervalle prédéterminé, et que ces valeurs soient multipliées l'une par l'autre afin d'obtenir une valeur réelle. Cette valeur réelle peut alors être 5 comparée à une valeur de consigne prédéterminée de telle sorte que le volet d'admission d'air est commandé en fonction du résultat de cette comparaison. En alternative il est prévu que l'activité du volet et la quantité condensée soient multipliées l'une par l'autre et qu'ensuite le produit soit intégré ou sa moyenne formée sur un intervalle prédéterminé de manière à obtenir une valeur 10 réelle. Cette valeur réelle peut, comme dans le mode de réalisation précédent, être comparée à la valeur de consigne prédéterminée de telle sorte que le volet d'admission d'air est commandé en fonction du résultat de cette comparaison. La valeur de réglage augmente de préférence lorsque beaucoup de vapeur est précipitée dans la boîte de condensation. La quantité condensée est ainsi 15 déterminée de manière à ce que sa valeur se comporte conformément à la quantité de vapeur précipitée dans la boîte de condensation, par exemple proportionnellement à la quantité de vapeur. En revanche, en ce qui concerne l'activité du volet, la valeur de réglage baisse de préférence si le volet d'admission d'air est ouvert plus souvent. 20 L'activité du volet est donc définie comme grandeur pour la durée ou la fréquence de la fermeture du volet d'admission d'air. L'activité du volet peut donc être déterminée en intégrant ou en calculant une valeur moyenne du temps pendant lequel le volet d'admission d'air est fermé. En alternative, il est également possible de déterminer la valeur inverse du temps pendant lequel le 25 volet est ouvert. Afin de permettre des états de fonctionnement déterminés et de compenser des conditions marginales déterminées, il peut être prévu que la valeur de consigne soit variable. En alternative ou additonnellement, il peut être prévu que l'intervalle 30 prédéterminé soit variable. De cette manière, il est également possible de réagir à certains états de fonctionnement par le fait qu'un intervalle plus long génère par exemple une réaction plus lente du régulateur à des changements. 4 !I est de préférence prévu que la vapeur dans la boîte de condensation soit condensée lorsque la température mesurée dans celle-ci est supérieure à une température de condensation prédéterminée, et que la température de condensation soit réglable. La température de condensation détermine quelle partie de la vapeur s'échappant à travers la boîte de condensation le régulateur « ne voit pas » parce que le point de condensation est inférieur à la température de condensation. En modifiant la température de condensation, il est possible d'influencer la teneur en vapeur dans l'espace de cuisson que le régulateur essaie de régler. Il peut en outre être prévu que la température de l'eau utilisée pour la condensation soit mesurée et prise en compte pour la détermination de la valeur de consigne dans la mesure où une température plus élevée mène à une hausse de la valeur de consigne. Si de l'eau avec une température plus élevée est utilisée pour la condensation, il est nécessaire d'amener un plus grand volume d'eau afin de condenser la même quantité de vapeur. La valeur réelle augmenterait ainsi, ce qui mènerait à une influence non souhaitée de l'humidité que le régulateur essaie de régler. Afin d'éviter ceci, la valeur de consigne est augmentée. La température de l'eau peut par exemple être mesurée en activant la buse dans la boîte de condensation lorsque l'appareil est froid. Le procédé selon l'invention peut de principe être utilisé comme procédé normal de l'appareil de cuisson pour régler l'humidité dans l'espace de cuisson, en particulier lors de la déshumidification. Le procédé selon l'invention peut cependant également être utilisé comme sorte de régulateur d'urgence sur lequel il est commuté lorsque la stratégie de réglage d'origine ne fonctionne plus, par exemple parce que le signal fourni par le capteur d'humidité n'est pas plausible. Dans ce cas, la déshumidification est alors réglée en fonction de la quantité de vapeur condensée dans la boîte de condensation de l'appareil de cuisson L'invention est décrite dans ce qui suit à l'aide d'un mode de réalisation qui est représenté dans les dessins annexés. Ceux-ci montrent : - Figure 1 de manière schématique un appareil de cuisson ; et - Figure 2 de manière schématique l'allure de la valeur de consigne et de la valeur réelle lors du réglage au moyen du procédé selon l'invention. -5- La figure 1 montre schématiquement un appareil de cuisson 1 qui comprend un espace de cuisson 10 dans lequel il est possible de faire cuire des aliments. Un conduit d'admission d'air 11 pourvu d'un volet d'admission d'air 12 s'étend vers l'espace de cuisson 10. Une sortie de vapeur 14 s'étend de l'espace de cuisson 10 vers une boîte dite de condensation ou un condenseur 16, dans lequel est agencée une buse 18 au moyen de laquelle de l'eau peut être injectée dans la boîte de condensation 16. La boîte de condensation 16 sert à condenser (au moins en partie) la vapeur transportée hors de l'espace de cuisson 10. Pour la commande de l'arrivée d'eau dans la buse 18, il est prévu une soupape 20 commandée par une commande 22. La commande 22 commande également le volet d'admission d'air 12, plus précisément un acteur (non représenté) du volet d'admission d'air. Pour la commande du volet d'admission d'air 12 et de la soupape 20, la commande 22 utilise entre autre les signaux d'un capteur de température 24 agencé dans la boîte de condensation 16, ainsi que les signaux d'un capteur d'humidité 26 agencé à l'intérieur de l'espace de cuisson 10. L'appareil de cuisson 10 comprend en plus des composants représentés également un nombre de composants additionnels (par exemple un chauffage, une soufflante et un générateur de vapeur), qui ne sont cependant pas pertinents pour la compréhension de l'invention et qui ne sont donc pas représentés. Dans les appareils de cuisson techniquement avancés, l'humidité dans l'espace de cuisson, lorsqu'un procédé de cuisson est réalisé en utilisant de la vapeur, est réglée à une valeur d'humidité prédéterminée qui est détectée au moyen du capteur d'humidité 26. Le procédé de réglage décrit ci-dessous pour l'humidité dans l'espace de cuisson 10 ou la déshumidification de l'espace de cuisson 10 peut donc être utilisé comme niveau de repli ou comme régulateur d'urgence lorsqu'il est constaté que la stratégie de réglage d'origine basée sur le capteur d'humidité 26 ne peut manifestement pas être exécutée correctement. Dans les appareils de cuisson plus simples ne contenant pas de capteur d'humidité, l'humidité peut cependant être entièrement réglée sur la base du procédé décrit ci-dessous. Dans ce cas, il ne s'agit pas d'un régulateur d'urgence mais du régulateur en soi. Exprimé de façon générale, l'humidité est commandée en tenant compte de la quantité de vapeur condensée dans la boîte de condensation 16 de l'appareil de cuisson 1. Ainsi, la quantité de vapeur peut être déterminée de manière assez précise au moyen de la quantité d'eau injectée par la buse 18 pour la condensation de la vapeur, La commande 22 active la buse 18 lorsque la température dans la boîte de condensation 16 dépasse une valeur prédéterminée. Lorsque la température tombe à la température dite de condensation, la buse est de nouveau désactivée. Dans un agencement géométrique approprié de la buse 18 par rapport au capteur de température 24, il est possible d'obtenir que le capteur de température 24 soit refroidi par l'eau injectée seulement lorsque de la vapeur a été précipitée entre la buse 18 et le capteur de température 24. Dès que ceci est le cas, la température au niveau du capteur de température 24 baisse très rapidement. En raison des coefficients de transfert de chaleur très élevés lorsque de la vapeur condense et de la grande surface de l'eau pulvérisée injectée, la distance entre la buse 18 et le capteur de température 24 peut être relativement petite, en particulier de l'ordre de quelques centimètres. Dans cet agencement, la quantité d'eau nécessaire pour la précipitation de la vapeur jusqu'à ce que la température de condensation soit atteinte fournit une indication en ce qui concerne la quantité de vapeur transportée hors de l'espace de cuisson 10, La raison pour ceci est que pour la précipitation de vapeur, beaucoup plus d'énergie est expulsée et ainsi plus d'eau est utilisée qu'il est nécessaire pour le refroidissement de la même quantité de vapeur ou d'air. Ainsi, 2258 J sont nécessaires pour condenser 1 g de vapeur d'eau, tandis que pour le refroidissement de la même quantité de vapeur d'eau de 200 °C à 100 °C environ 200 J, et pour le refroidissement de 1 g d'air de 200 °C à 100 °C environ 100 J sont nécessaires. La température de condensation détermine ainsi la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère de l'espace de cuisson évacuée de l'espace de cuisson 10, qui n'est pas précipitée dans la boîte de condensation 16 et qui n'est donc pas comptée. La raison pour ceci est que les transferts de chaleur élevés et l'apport de chaleur élevé ne sont atteints que lorsque la vapeur condense. Cependant, la vapeur ne condense plus si le point de condensation n'est plus atteint. Si le point de condensation est donc inférieur à la température de condensation, la vapeur d'eau qui s'échappe peut passer par la boîte de condensation 16 sans que la 2977778 _7_ buse 18 soit activée et qu'en conséquence la quantité d'eau injectée par la buse 18 soit comptée. La commande 22 génère pour le réglage du volet d'admission d'air '12 un signal réel qui, exprimé de façon générale, est déterminé par l'activité du volet 5 d'admission d'air 12 et l'activité de la buse 18 dans la boîte de condensation 16. L'activité du volet d'admission d'air 12, brièvement appelée activité du volet dans ce qui suit, est déterminée sur la base des parties de temps durant lesquelles le volet d'admission d'air 12 est fermé. Cela veut dire que la valeur de l'activité du volet peut donc être déterminée comme valeur moyenne (ou 10 intégrale) sur le temps pendant lequel le volet d'admission d'air 12 est fermé, ou également comme valeur inverse sur le temps pendant lequel le volet d'admission d'air 12 est ouvert. L'activité de la buse 18 dans la boîte de condensation 16, brièvement appelée activité de condensation dans ce qui suit, peut être déterminée comme durée de 15 fonctionnement intégrée de la buse 18 ou comme moyenne de cette durée. Une valeur réelle est déterminée à partir des valeurs intégrées pour l'activité du volet et des valeurs intégrées pour l'activité de condensation, par exemple en multipliant les valeurs pour l'activité du volet et l'activité de condensation l'une par l'autre. Cette valeur augmente par exemple (voir figure 2), lorsque beaucoup 20 de vapeur est condensée dans la boîte de condensation 16. Ceci laisse supposer qu'une grande quantité de vapeur se trouve dans l'espace de cuisson 10 et qu'en conséquence il y e une humidité très élevée. La valeur réelle augmente aussi lorsque le volet d'admission d'air 12 est fermé pendant longtemps, car ceci signifie qu'il n'y a pas d'admission d'air frais contenant peu de vapeur dans 25 l'espace de cuisson 10 et qu'en conséquence la vapeur présente ici n'est pas diluée et que l'humidité est donc élevée. Dès que la valeur réelle dépasse la valeur de consigne de l'humidité F, par exemple parce que beaucoup de vapeur a été précipitée dans la boîte de condensation 16, le volet d'admission d'air 12 est fermé à l'instant 1, ce qui mène à une baisse de la valeur de l'activité du 30 volet. Ainsi, la valeur réelle baisse également de nouveau, de telle sorte qu'à l'instant 2, la valeur réelle est de nouveau inférieure à la valeur de consigne de l'humidité. Le volet d'admission d'air 12 est ensuite de nouveau ouvert pour expulser plus d'humidité hors de l'espace de cuisson 10. - g - Pour ce régulateur il est important que la valeur de réglage se comporte de façon monotone par rapport à l'activité de l'acteur du volet d'admission d'air 12. Ceci est assuré puisque l'influence d'un volet ouvert plus souvent (menant à une baisse de la teneur en vapeur et donc à une baisse de l'activité de condensation) est prédominante par rapport au débit volumétrique qui augmente en même temps (qui entraîne une condensation plus forte). La quantité totale de la vapeur n'augmente pas en raison de l'ouverture du volet. Un paramètre important pour le réglage de l'humidité nominale est la température de condensation. Celle-ci détermine quelle partie ce réglage ne voit pas parce que le point de condensation est inférieur à la température de condensation. (Exemple : une température de condensation de 70 °C signifie que les taux de vapeur inférieurs à environ 23 % ne sont pas condensés et sont donc invisibles pour le régulateur). Au moyen de la température de condensation il est donc possible ici d'influencer tant la teneur en vapeur dans l'espace de cuisson que le régulateur essaie de régler, que le comportement de réglage du régulateur étant donné que l'effet de l'acteur sur la valeur de réglage est influencé. Il faut seulement veiller à ce que les valeurs pour la température de condensation ne descendent pas au-dessous de limites déterminées, car sinon la monotonie exigée de la valeur de réglage n'est pas garantie de manière fiable. La valeur de consigne choisie dépend de principe naturellement du type de programme de cuisson choisi. Il existe en outre d'autres facteurs d'influence qui peuvent être pris en compte pour la détermination de la valeur de consigne afin d'obtenir un comportement de réglage qui pour différentes conditions marginales mène aux mêmes résultats. Un paramètre qui a un effet sur les valeurs réelles est la température de l'eau injectée par la buse 18. Plus la température de l'eau est élevée, plus il faut utiliser d'eau pour condenser la même quantité de vapeur. Les valeurs de la courbe I montent donc avec une augmentation de la température de l'eau. Pour éviter que ceci influence le comportement de réglage, la valeur de consigne F doit être augmentée de manière correspondante. Si un débitmètre mesurant la quantité absolue de l'eau s'échappant de la buse 18 n'est pas utilisé, un changement de la pression d'alimentation de la buse 18 a également un effet. Plus la pression de l'eau est haute, plus les temps 2977778 -9- d'ouverture nécessaires de la soupape 20 sont courts pour condenser une quantité prédéterminée de vapeur dans la boîte de condensation 16. Ainsi, les valeurs intégrées pour l'activité de la buse 18 baissent lorsque la pression de l'eau augmente. Ceci doit être compensé par une diminution de la valeur de 5 consigne F. Une deuxième stratégie de réglage alternative peut consister à ne pas multiplier les deux valeurs intégrées ou moyennées pour l'activité du volet et l'activité de condensation l'une par l'autre, mais plutôt à d'abord multiplier les valeurs d'activité du volet d'admission d'air 12 et de la buse 18 l'une par l'autre et 10 ensuite d'intégrer ou de former la moyenne dans cette valeur. Dans ce cas, chaque phase de fonctionnement pendant laquelle l'un des deux composants est inactif, est ignorée lors du calcul de la valeur réelle étant donné qu'en raison de la multiplication par « 0 », il résulte une valeur à intégrer de « 0 ». Le régulateur décrit pour le volet d'admission d'air coopère de préférence 15 avec le régulateur du générateur de vapeur. Ils peuvent tous les deux être réalisés indépendamment l'un de l'autre, mais peuvent ensuite être couplés de telle sorte que le générateur de vapeur et le volet d'admission d'air ne deviennent, si possible, pas actifs en même temps ou alors deviennent actifs à brefs intervalles. L'activité du volet d'admission d'air doit bloquer l'activité du 20 générateur de vapeur, et vice versa. Il serait recommandé d'utiliser la même valeur de réglage pour les deux régulateurs, en particulier seule l'activité de condensation de vapeur, pour ainsi exclure de principe l'activation simultanée. Il faut alors assurer un débit volumétrique suffisant. En outre, d'autres mesures sont recommandées pour que 25 les deux régulateurs ne s'accroissent pas réciproquement. REVENDICATIONS1. Procédé de commande de la teneur en vapeur dans un espace de cuisson d'un appareil de cuisson (1), dans lequel la quantité de vapeur condensée dans une boîte de condensation (16) de l'appareil de cuisson (1) est déterminée et un volet d'admission d'air (12) de l'appareil de cuisson est commandé en fonction de la quantité de vapeur déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la détermination de la quantité de vapeur, la quantité d'eau est détectée qui est injectée par une buse (18) dans la boîte de condensation (16) et qui est nécessaire pour baisser la température dans la boîte de condensation (16) à une valeur cible. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité d'eau est déterminée par une mesure de débit. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité d'eau est déterminée sur la base d'un temps d'ouverture d'une soupape (20) apte à permettre un passage d'eau vers la buse (18). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet d'admission d'air (12) est commandé sur la base d'une valeur de réglage représentant le produit de l'activité du volet d'admission d'air (12) par la quantité de la vapeur condensée dans la boîte de condensation (16). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'activité du volet d'admission d'air (12) et la quantité de la vapeur condensée sont déterminées par unité de temps. 7. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que l'activité du volet et la quantité condensée sont intégrées ou leur moyenne formées séparément sur un intervalle prédéterminé, et en ce que ces valeurs sont multipliées l'une par l'autre afin d'obtenir une valeur réelle. 8. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce 30 que l'activité du volet et la quantité condensée sont multipliées l'une par l'autre et 2977778 -11- en ce que le produit est ensuite intégré ou sa moyenne formée sur un intervalle prédéterminé afin d'obtenir une valeur réelle. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il est défini une valeur de consigne avec laquelle la valeur réelle est comparée, et en 5 ce que le volet d'admission d'air est commandé en fonction du résultat de cette comparaison. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la valeur de consigne est variable. 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que 10 l'intervalle prédéterminé est variable. 12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la vapeur est condensée dans la boîte de condensation (16) lorsque la température mesurée dans celle-ci est supérieure à une température de condensation prédéterminée, et en ce que la température de condensation est réglable. 15 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la valeur de la température de condensation est prise en considération lors de la définition de la valeur de consigne dans la mesure où une valeur prédéterminée plus élevée mène à une baisse de la valeur de consigne. 14. Procédé selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que la 20 température de l'eau utilisée pour la condensation est mesurée et est prise en compte lors de la définition de la valeur de consigne dans la mesure où une température plus élevée mène à une hausse de la valeur de consigne. 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est exécuté en arrière-plan d'une stratégie de réglage qui est basée sur un 25 capteur d'humidité, et en ce qu'il se charge du réglage de la teneur en humidité lorsqu'il est constaté que la stratégie de réglage basée sur le capteur d'humidité ne fonctionne pas.