Brevet FR3028604A1 — publié le 20160520

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention vise un dispositif d'échange de chaleur, un dispositif de cuisson le comportant et un procédé d'installation d'un tel dispositif. Elle s'applique, notamment, à la récupération de chaleur de produits de combustions issus de dispositifs de cuisson professionnels. ETAT DE LA TECHNIQUE Les appareils de cuisson professionnels fonctionnant au gaz rejettent, dans leur environnement immédiat, une importante quantité de produits de combustion et ce notamment à cause des puissances mises en oeuvre. Ces produits de combustion présentent, lors de leur sortie de l'appareil, une température habituellement comprise entre 100°C et 150°C. Dans la plupart des systèmes actuels, des hottes sont mises en oeuvre pour capter ces produits de combustion et pour les évacuer à l'extérieur du local abritant l'appareil de cuisson. Ces systèmes ne permettent pas l'utilisation de l'énergie thermique disponible en sortie de ces appareils. Certains systèmes actuels visent à convertir la chaleur des produits de combustion dans les hottes pour chauffer le local ou un ballon d'eau sanitaire, en mettant en oeuvre une pompe à chaleur. Cependant, les températures des produits de combustion sont trop basses pour permettre une exploitation efficace de cette source d'énergie. D'autre part, chauffer le local comportant l'appareil de cuisson est rarement utile, ce local étant généralement chauffé par les divers appareils en fonctionnement, surtout lorsque ce local est une cuisine. L'utilisation d'une pompe à chaleur pour chauffer de l'eau chaude sanitaire augmente fortement la complexité et le prix du système. D'autres systèmes actuels visent la récupération de chaleur dans les fours de cuisson industriels, tels les fours de boulangerie par exemple. Ces systèmes mettent en oeuvre des échangeurs thermiques de récupération de chaleur des produits de 3028604 2 combustion et des buées sortant des fours, ces échangeurs permettant ensuite l'échauffement d'un fluide stocké dans un ballon de stockage. Cependant, ces systèmes sont trop volumineux pour être adaptés à des systèmes électroménagers mis en oeuvre dans des cuisines. 5 OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif d'échange de chaleur pour dispositif de cuisson à gaz comportant une cheminée 10 d'évacuation de produits de combustion, qui comporte : - au moins un échangeur thermique, chaque échangeur thermique comportant : - une entrée arrière pour fluide caloporteur, - une sortie avant pour fluide caloporteur reliée par une conduite à l'entrée arrière, 15 - une entrée avant pour fluide caloporteur échauffé et - une sortie arrière pour fluide caloporteur échauffé reliée par une conduite à l'entrée avant et - un moyen de fixation de chaque échangeur thermique à l'intérieur de la cheminée. 20 Grâce à ces dispositions, le dispositif d'échange de chaleur est modulaire, ce qui permet d'adapter la dimension du dispositif à toutes les tailles de cheminées de dispositifs de cuissons, notamment professionnels. De plus, le positionnement des échangeurs thermiques dans la cheminée permet une récupération énergétique optimale, les produits de combustion étant plus chauds dans la cheminée. 25 Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une succession d'échangeurs thermiques, la sortie avant et l'entrée avant d'un échangeur thermique étant reliées, respectivement, à l'entrée arrière et à la sortie arrière de l'échangeur thermique lui succédant dans cette succession. L'avantage de ces modes de réalisation est qu'ils permettent au fluide 30 caloporteur de se déplacer d'un échangeur thermique à un autre, ce qui permet au dispositif de n'avoir qu'une entrée et qu'une sortie de fluide caloporteur à faire sortir de la cheminée. 3028604 3 Dans des modes de réalisation, la cheminée étant une cheminée à évacuation verticale, le moyen de fixation comporte un moyen de suspension d'au moins un échangeur thermique à l'intérieur de la cheminée. Ces modes de réalisation permettent d'adapter le moyen de fixation à des 5 cheminées à évacuation verticale. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une conduite de raccord reliant la sortie avant à l'entrée avant d'un échangeur thermique. L'avantage de ces modes de réalisation est qu'ils permettent de réaliser un 10 circuit unique du fluide caloporteur à travers les échangeurs thermiques du dispositif, le fluide caloporteur traversant ainsi deux fois chaque échangeur thermique. Dans des modes de réalisation, le branchement entre une sortie et une entrée de deux échangeurs thermiques est réalisé par un joint torique. Ces modes de réalisation ont l'avantage de rigidifier la liaison entre 15 échangeurs thermiques et d'optimiser l'étanchéité des jonctions entre échangeurs thermiques malgré les variations thermiques qui leur sont appliquées. Dans des modes de réalisation, l'entrée arrière est plus proche de l'ouverture de la cheminée que la sortie arrière. L'avantage de ces modes de réalisation est qu'ils permettent une circulation 20 du fluide caloporteur à contre-courant à travers les conduites traversant les échangeurs thermiques. Dans des modes de réalisation : - l'entrée arrière est positionnée de manière coaxiale à la sortie avant et - la sortie arrière est positionnée de manière coaxiale à l'entrée avant. 25 Ces modes de réalisation permettent un assemblage facilité entre échangeurs thermiques, ce qui permet également d'optimiser le caractère modulaire du dispositif. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un dispositif de cuisson, qui comporte un dispositif d'échange de chaleur objet de la présente invention et une cheminée comportant une ouverture pour l'entrée arrière et une ouverture pour la sortie arrière d'un échangeur thermique du dispositif. Selon un troisième aspect, la présente invention vise un procédé d'installation d'un dispositif d'échange de chaleur objet de la présente invention, qui comporte : 3028604 4 une étape itérative d'assemblage de deux échangeurs thermiques par branchement d'une sortie avant d'un premier échangeur thermique à une entrée arrière du deuxième échangeur thermique et par branchement d'une entrée avant du premier échangeur thermique à une sortie arrière du 5 deuxième échangeur thermique, une étape d'assemblage d'une conduite de raccord entre la sortie avant et l'entrée avant d'un échangeur thermique et une étape de fixation de l'assemblage à l'intérieur une cheminée d'évacuation de produits de combustion. 10 Les buts, avantages et caractéristiques particulières du dispositif de cuisson et du procédé objets de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif d'échange de chaleur objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 15 D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier des dispositifs et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente, schématiquement et en perspective, un premier mode 20 de réalisation particulier du dispositif d'échange de chaleur objet de la présente invention, la figure 2 représente, schématiquement et en perspective, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif d'échange de chaleur objet de la présente invention, 25 - la figure 3 représente, schématiquement et en perspective, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif de cuisson objet de la présente invention, la figure 4 représente, schématiquement et en perspective, un quatrième mode de réalisation particulier du dispositif de cuisson objet de la présente 30 invention, la figure 5 représente, schématiquement et en perspective, un cinquième mode de réalisation particulier d'un dispositif alimenté par le dispositif de cuisson objet de la présente invention, 3028604 5 la figure 6 représente, schématiquement et en coupe, une vue en coupe des quatrième et cinquièmes modes de réalisation du dispositif de cuisson assemblé à un dispositif et la figure 7 représente, schématiquement, un logigramme d'étapes d'un mode 5 de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention. DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d'un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout 10 autre mode de réalisation de manière avantageuse. Par ailleurs, chaque paramètre d'un exemple de réalisation peut être mis en oeuvre indépendamment d'autres paramètres dudit exemple de réalisation. On note que le terme « un » est utilisé au sens de « au moins un ». On note dès à présent que les figures ne sont pas à l'échelle. 15 On observe, sur la figure 1, une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un dispositif 10 objet de la présente invention. Ce dispositif 10 d'échange de chaleur est associé à un dispositif 20 de cuisson à gaz comportant une cheminée 205 d'évacuation de produits de combustion. Le dispositif 10 comporte : - une succession d'échangeurs thermiques 105, chaque échangeur thermique 20 105 comportant : - une entrée 110 arrière pour fluide caloporteur, - une sortie 115 avant pour fluide caloporteur reliée par une conduite 120 à l'entrée arrière, - une entrée 125 avant pour fluide caloporteur échauffé et 25 - une sortie 130 arrière pour fluide caloporteur échauffé reliée par une conduite 135 à l'entrée avant ; - une conduite 150 de raccord reliant la sortie 115 avant à l'entrée 125 avant d'un échangeur 105 thermique et - un moyen 140 de fixation de chaque échangeur 105 thermique à l'intérieur de 30 la cheminée 205 comportant un moyen 145 de suspension d'au moins un échangeur 105 thermique à l'intérieur de la cheminée 205. On appelle « fluide caloporteur » un fluide tel de l'air, de l'huile ou de l'eau, par exemple. 3028604 6 Chaque échangeur thermique 105 de la succession d'échangeurs thermiques 105 est, par exemple, un boîtier en acier inoxydable à ailettes comportant les quatre ouvertures des entrées 110 et 125 et des sorties, 115 et 130, et comportant des conduites, 120 et 135, internes reliant chacun une entrée à une sortie. La première 5 ouverture 110 correspond à l'entrée arrière 110, c'est à dire à un premier point d'entrée du fluide caloporteur dans l'échangeur thermique 105. Le boîtier présente, par exemple, des dimensions inférieures à 10 centimètres de longueur, 10 centimètres de hauteur et 3 centimètres de largeur. Le fluide caloporteur est transporté jusque dans l'entrée arrière 110 par le 10 biais d'une pompe, par exemple. Cette pompe entraîne, de plus, le déplacement du fluide depuis l'entrée arrière 110 jusqu'à la sortie avant 115, par le biais de la conduite 120 à l'intérieur de l'échangeur thermique 105. Cette conduite 120 présente une forme généralement droite ou un ensemble de circonvolutions, par exemple. La deuxième ouverture 115 correspond à la sortie avant 115 de l'échangeur 15 thermique 105, cette sortie avant 115 est le premier point d'évacuation du fluide caloporteur transitant par l'échangeur thermique 105. La troisième ouverture 125 correspond à l'entrée avant 125 de l'échangeur thermique 105, cette entrée avant 125 est le deuxième point d'entrée du fluide caloporteur dans l'échangeur thermique 105. 20 Le fluide caloporteur est transporté depuis l'entrée avant 125 vers la sortie arrière 130 par la conduite 135, similaire à la conduite 120. La quatrième ouverture 130 correspond à la sortie arrière 130 de l'échangeur thermique 105 et constitue le deuxième point de sortie du fluide caloporteur de l'échangeur thermique 105. Préférentiellement, l'entrée arrière 110 est positionnée, de manière coaxiale à 25 la sortie avant 115 et la sortie arrière 130 est positionnée de manière coaxiale à l'entrée avant 125. Préférentiellement, les ouvertures, 110, 115, 125 et 130, sont identiques. Préférentiellement, les conduites, 120 et 135, sont identiques. Préférentiellement, l'échangeur thermique 105 présente deux plans de symétrie orthogonaux passant 30 par le centre de l'échangeur thermique 105. Ainsi, l'échangeur thermique 105 peut être positionné de sorte à ce que la sortie avant 115 devienne l'entrée arrière 110, l'entrée avant 125 ou la sortie arrière 130 en fonction du positionnement de l'échangeur thermique 105. 3028604 7 La succession d'échangeurs thermiques 105 est réalisée par le branchement de la sortie avant 115 et de l'entrée avant 125 d'un échangeur thermique 105 respectivement sur l'entrée arrière 110 et sur la sortie arrière 130 d'un autre échangeur thermique 105. De manière itérative, la succession d'échangeurs 5 thermiques 105 est ainsi constituée. Une fois que la succession d'échangeurs thermiques 105 présente une longueur adaptée aux dimensions de la cheminée 205, la conduite de raccord 150 est placée pour relier la sortie 115 avant à l'entrée 125 avant du dernier échangeur thermique 105 de la succession d'échangeurs thermiques. 10 L'entrée arrière 110 et la sortie arrière 130 du premier échangeur thermique 105 de la succession sont branchées respectivement à une entrée (non représentée) de fluide caloporteur et à une sortie (non représentée) de fluide caloporteur échauffé. Ainsi, le flux de fluide caloporteur traverse successivement l'entrée arrière 110, la conduite 120 et la sortie avant 115 de chaque échangeur thermique 105 15 avant de traverser la conduite de raccord 150 puis successivement l'entrée avant 125, la conduite 135 et la sortie arrière 130 de chaque échangeur thermique 105. Le positionnement du dispositif 10 dans la cheminée 205 est réalisé de telle manière que l'entrée arrière 110 du premier échangeur thermique 105 de la succession soit plus proche de l'ouverture de la cheminée 205 que la sortie arrière 130 dudit 20 échangeur thermique 105 afin de réaliser un transfert de chaleur à contre-courant. Une fois le dispositif 10 positionné dans la cheminée 205, cette cheminée 205 est recouverte par une mitre 160. La cheminée 205 présente une évacuation verticale, par exemple. Ce dispositif 10 est fixé à la cheminée 205 par le moyen de fixation 140. Ce moyen de fixation 140 est, par exemple, une pièce métallique fixée 25 de part et d'autre de l'ouverture de la cheminée 205 et dont une partie s'étend à l'intérieur de la cheminée 205 et entoure au moins un échangeur thermique 105. Cette pièce métallique, aussi appelée « berceau », agit comme moyen de suspension 145 d'au moins un échangeur thermique 105 à l'intérieur de la cheminée 205. 30 Dans des variantes, un ensemble d'échangeurs thermiques sont positionnés au contact de la mitre et/ou de surfaces du dispositif de cuisson proches des parties chauffantes. 3028604 8 On observe, sur la figure 2, schématiquement et en perspective, un mode de réalisation particulier de l'échangeur thermique 105 du dispositif 10 objet de la présente invention. On observe, notamment, que l'entrée arrière 110 est entourée par un joint torique 155 permettant la fixation à une ouverture d'alimentation en fluide 5 caloporteur, par exemple. Dans des variantes, chaque entrée, 110 et 125, et chaque sortie, 115 et 130, est entourée par un joint torique. De cette manière, le branchement entre une sortie, 115 ou 130, et une entrée, 110 ou 125, de deux échangeurs 105 thermiques est réalisé par la mise en oeuvre de ce joint torique 155 assurant l'étanchéité du dispositif 10. 10 On observe, sur la figure 3, schématiquement et en perspective, un mode de réalisation particulier du dispositif 30 de cuisson objet de la présente invention. Ce dispositif 30 de cuisson comporte un dispositif 10 d'échange de chaleur tel que décrit en regard des figures 1 et 2, et une cheminée 305 comportant une ouverture 310 pour l'entrée arrière 110 et une ouverture 315 pour la sortie arrière 130 d'un 15 échangeur thermique 105 du dispositif 10. Les produits de combustion en sortie de la cheminée présentent habituellement une température comprise entre 100°C et 150 ° C. On observe, sur la figure 4, le dispositif de cuisson 30 tel que décrit en regard de la figure 3, ce dispositif 30 étant positionné dans un premier local, les entrée et 20 sortie pour fluide caloporteur traversant une paroi 505 contre laquelle le dispositif 30 est positionné. On observe, sur la figure 5, une vue en perspective d'un deuxième local comportant un ballon d'eau chaude sanitaire 50 échauffé par le fluide en caloporteur traversant la paroi 505. Ce fluide caloporteur, par échange de chaleur, échauffe l'eau 25 du ballon d'eau chaude sanitaire 50. Le fluide caloporteur refroidi est ensuite renvoyé vers le dispositif 30 de la figure 4. Dans des variantes, le ballon d'eau chaude sanitaire 50 est remplacé par un appareil électroménager, tel une machine à laver ou un lave vaisselle par exemple. On observe, sur la figure 6, schématiquement et en coupe, deux locaux 30 séparés par une cloison 505. Dans un premier local, un dispositif 30 de cuisson tel que décrit en regard des figures 3 et 4 est positionné contre la paroi 505. Ce dispositif de cuisson 30 comporte une cheminée 305 d'évacuation de produits de 3028604 9 combustion, ces produits étant évacués vers le haut de la cheminée 305 couverte par une mitre non représentée. Dans des variantes, le dispositif 30 de cuisson et le ballon d'eau chaude sanitaire 50 sont positionnés dans le même local. 5 Les produits de combustion entrent, au cours de la sortie de la cheminée 305, en contact avec un dispositif d'échange de chaleur tel que décrit en regard des figures 1 et 2 positionné dans ladite cheminée 305. Dans ce dispositif, un fluide caloporteur est alimenté par une ouverture 310 de la cheminée 305 positionnée en aval du chemin des produits de combustion par rapport à une deuxième ouverture 10 315 plus basse. Ce fluide caloporteur est échauffé en traversant une succession d'échangeurs thermiques avant de quitter le dispositif d'échange de chaleur par la sortie 315. De cette manière, le circuit du fluide caloporteur permet un échange de chaleur à contre-courant. Le fluide caloporteur ainsi échauffé traverse la paroi 505 par une conduite 510 et est alimenté à un dispositif 50 tel que décrit en regard de la 15 figure 5, par exemple. Dans ce dispositif 50, un échange de chaleur est réalisé sur le fluide caloporteur de manière à utiliser la chaleur pour échauffer, par exemple, un ballon d'eau sanitaire. Le fluide caloporteur est ensuite alimenté, par une autre conduite 515 traversant la paroi 505 en entrée du dispositif d'échange de chaleur. On observe, sur la figure 7, un logigramme d'étapes d'un mode de réalisation zo particulier du procédé 40 objet de la présente invention. Ce procédé 40 d'installation d'un dispositif 10 d'échange de chaleur, tel que décrit en regard des figures 1 à 3, comporte : une étape 405 itérative d'assemblage de deux échangeurs thermiques par branchement d'une sortie avant d'un premier échangeur thermique à une 25 entrée arrière du deuxième échangeur thermique et par branchement d'une entrée avant du premier échangeur thermique à une sortie arrière du deuxième échangeur thermique, une étape 410 d'assemblage d'une conduite de raccord entre la sortie avant et l'entrée avant d'un échangeur thermique et 30 une étape 415 de fixation de l'assemblage à l'intérieur une cheminée d'évacuation de produits de combustion. L'étape itérative d'assemblage 405 est mise en oeuvre par le branchement successif de la sortie avant et de l'entrée avant d'un échangeur thermique à la sortie 3028604 10 arrière et à l'entrée arrière d'un autre échangeur thermique. De cette manière, la longueur du dispositif 10 est modulée en fonction du nombre d'échangeurs thermiques ainsi assemblés, pour correspondre aux dimensions de la cheminée. Une fois la longueur souhaitée atteinte, une conduite de raccord est 5 assemblée 410 au dernier échangeur thermique de la succession d'échangeurs assemblée au cours de l'étape d'assemblage 405. Cette conduite de raccord branche la sortie avant à l'entrée avant de cet échangeur thermique. Lorsque cet assemblage 410 est réalisé, le dispositif 10 est fixé dans la cheminée d'un dispositif de cuisson comportant une cheminée pour évacuation de Io produits de combustion. Cette étape de fixation 415 est réalisée, par exemple, par un ensemble de pièces métalliques fixées de part et d'autre d'une ouverture de la cheminée et comportant une pièce s'étendant à l'intérieur de ladite cheminée de sorte que le dispositif 10 soit soutenu à l'intérieur de la cheminée. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) d'échange de chaleur pour dispositif (20) de cuisson à gaz comportant une cheminée (205) d'évacuation de produits de combustion, caractérisé en ce qu'il comporte - au moins un échangeur (105) thermique, chaque échangeur thermique comportant : - une entrée (110) arrière pour fluide caloporteur, - une sortie (115) avant pour fluide caloporteur reliée par une conduite (120) à l'entrée arrière, - une entrée (125) avant pour fluide caloporteur échauffé et - une sortie (130) arrière pour fluide caloporteur échauffé reliée par une conduite (135) à l'entrée avant et - un moyen (140) de fixation de chaque échangeur thermique à l'intérieur de la cheminée. 2. Dispositif (10) d'échange de chaleur selon la revendication 1, qui comporte une succession d'échangeurs (105) thermiques, la sortie avant (115) et l'entrée (125) avant d'un échangeur thermique étant reliées, respectivement, à l'entrée (110) arrière et à la sortie (130) arrière de l'échangeur thermique lui succédant dans cette succession. 3. Dispositif (10) d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, la cheminée (20) étant une cheminée à évacuation verticale, dans lequel le moyen (140) de fixation comporte un moyen (145) de suspension d'au moins un échangeur (105) thermique à l'intérieur de la cheminée. 4. Dispositif (10) d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, qui comporte une conduite (150) de raccord reliant la sortie (115) avant à l'entrée (125) avant d'un échangeur (105) thermique. 5. Dispositif (10) d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le branchement entre une sortie (115, 130) et une entrée (110, 125) de deux échangeurs (105) thermiques est réalisé par un joint (155) torique. 3028604 12 6. Dispositif (10) d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'entrée (110) arrière est plus proche de l'ouverture de la cheminée (205) que la sortie (130) arrière. 5 7. Dispositif (10) d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel : - l'entrée (110) arrière est positionnée de manière coaxiale à la sortie (115) avant et 10 - la sortie (130) arrière est positionnée de manière coaxiale à l'entrée (125) avant. 8. Dispositif (30) de cuisson, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (10) d'échange de chaleur selon l'une des revendication 1 à 7, et une cheminée (305) 15 comportant une ouverture (310) pour l'entrée arrière et une ouverture (315) pour la sortie arrière d'un échangeur thermique du dispositif. 9. Procédé (40) d'installation d'un dispositif (10) d'échange de chaleur selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte : 20 - une étape (405) itérative d'assemblage de deux échangeurs thermiques par branchement d'une sortie avant d'un premier échangeur thermique à une entrée arrière du deuxième échangeur thermique et par branchement d'une entrée avant du premier échangeur thermique à une sortie arrière du deuxième échangeur thermique, 25 - une étape (410) d'assemblage d'une conduite de raccord entre la sortie avant et l'entrée avant d'un échangeur thermique et une étape (415) de fixation de l'assemblage à l'intérieur une cheminée d'évacuation de produits de combustion.