Brevet FR3148471A1 — publié le 20241108

Dispositif d’évacuation de fumées des fours de cuisson de petite dimension destinés au décirage, caractérisé par : - une arrivée d’air (a) de l’extérieur du four dans l’enceinte du four ; cette arrivée d’air étant placée pour être réceptionnée dans l’enceinte du four près de sa sole (b), c’est-à-dire en position basse dans l’enceinte de four, - une évacuation des fumées (b) placée en hauteur près de la voute d’enceinte, sur la paroi opposée à celle qui reçoit l’arrivée d’air, - cette évacuation des fumées (b) reçoit, à l’extérieur de l’enceinte du four une canalisation (c) dont la surface est au moins de 50 cm2, - à l’intérieur de cette canalisation (c) est placé un filtre de 0,001 µ (d), - à l’intérieur de la canalisation (c), un système d’aspiration électrique (e) qui permet à l’air de circuler à un débit de 10 dm3/h, - la canalisation (c) est dirigée vers l’arrivée d’air (a), par un coude (f) qui mélange l’air recyclé avec l’air frais et renvoie le tout vers l’intérieur du four de décirage. DISPOSITIF D’EVACUATION DE FUMEES DES FOURS DE CUISSON DE PETITE DIMENSION DESTINES AU DECIRAGE, S’EMANCIPANT D’UNE EVACUATION A L’EXTERIEUR DE LA PIECE OU IL EST PLACE. La présente invention est relative au traitement des fumées qui se produisent lors de l’opération de décirage dans des fours de cuisson qui sont utilisés dans la technique dite de « moulage à cire perdue » ; particulièrement pour les fours dépourvus de cheminée extérieure et dont l’ouverture de l’enceinte de cuisson se fait par pivotement autour d’un axe horizontal de l’ensemble de la voute. Ces fours à basculement autour d’un axe horizontal se caractérisent par un principe d’ouverture qui fait pivoter toute la voute sur l’arrière du four, laissant ainsi la sole du four entièrement accessible pour y déposer ou prélever les objets. Ces fours sont utilisés en intérieur, avec des tensions d’alimentation de 230V et sans évacuation des fumées vers l’extérieur du local dans lequel ils sont placés. Ces fours ont été initialement conçus pour des applications céramiques ou de verrerie, cependant ils sont plébiscités notamment par les prothésistes dentaires (qui utilisent la technique de moulage à cire perdue) du fait de leur faible encombrement et du dégagement total de la sole. Les prothésistes travaillant dans des petits espaces déjà existants et pour lesquels des aménagements encombrants ne sont pas possible. Un problème se pose relativement aux fumées qui émanent de la cire fondue dans l‘enceinte de ce type de four car les évacuations des fumées de cire ne sont pas prévues et elles s’échappent du four à l’ouverture de celui-ci, ce qui conduit à distribuer des gaz nocifs dans la pièce où se trouve exposé le four. Les cires sont souvent des mélanges complexes à base de cire d‘abeille, de cire végétale, minérale ou synthétique. Elles contiennent des esters, des acides gras, des alcools et des impuretés telles que la colophane et la paraffine. Chauffées, les cires sont à l’origine de fumées et de dégagements gazeux d’aldéhydes (et notamment de formaldéhyde) et de cétones, substances à la fois irritantes pour la peau, les yeux et les muqueuses respiratoires et par ailleurs allergènes. Les produits de dégradation thermique de la colophane peuvent provoquer des irritations trachéo-bronchiques et de l’asthme, ainsi que des eczémas allergiques. Le formaldéhyde peut également induire certaines affections cancéreuses … Les dispositifs connus pour l’évacuation des fumées s’appliquent selon des principes d’enveloppement de la zone d’émission en disposant le four dans une sorbonne (enceintes avec évacuation des fumées) ou encore selon un principe de captation au plus près de la source d’émission des fumées. Ces dispositifs présentent des inconvénients : du fait des échanges thermiques perturbés par les orifices nécessaires à la technique de moulage à la cire, et en raison des encombrements nécessaires au débattement des ouvertures de four qui ne permettent pas d’utiliser les techniques connues dans de petit espaces. Etat des connaissances : nous distinguerons l’état des techniques existantes et l’état de la science. L’Etat de la technique : L’état des connaissances actuelles dans le domaine technique peut se distinguer selon trois familles technologiques distinctes. La première famille technologique concerne les dispositifs de captation (cheminée, sorbonne, aspiration proche) qui sont les plus couramment utilisés ; Ces dispositifs se caractérisent par une aspiration des fumées et des gaz qui sont ensuite acheminés à l’extérieur de la pièce (du bâtiment) via un conduit (cheminée). Cette famille technologique comporte trois sous-familles : - Les cheminées, qui ne comportent pas de motorisation et l’évacuation se fait alors par convection ascendante, - Les sorbonnes, qui sont des enceintes semi-fermées qui entourent les fours comme celle préconisées par l’INRS [2], ces sorbonnes sont dotées d’aspiration forcée et d’un conduit de cheminée pour l’évacuation des fumées et des gaz, - Les aspirations par captation au plus près de la zone où se forment les fumées et les émanations gazeuses. Nous pouvons citer comme exemple la marque ® ENITHERM qui présente différents types de fours avec captation et de principe d’aspirations, cependant ces dispositifs ne peuvent pas convenir à notre objet en ce qu’ils sont contraints : - Ils nécessitent tous une évacuation vers l’extérieur, - les enceintes semi-fermées ne permettent pas l’ouverture des fours tels que ceux décrits à notre objet, de plus ces dispositifs nécessitent également des évacuations extérieures, - les captations au plus près ne permettent pas de couvrir l’ensemble du four dont l’ouverture est totale. La deuxième famille technologique concerne un dispositif de filtration. Afin de filtrer efficacement et de manière adéquate, on distingue quatre gammes de filtres : - Les filtres grossiers : aussi appelés préfiltres, ils sont principalement utilisés en première étape de traitement de l'air et permettent de supprimer de l'air les plus grosses particules. Ils servent également en premier étage de filtration afin déprotéger les filtres plus sensibles des étages suivants. Ils sont désignés par la lettre G (Filtration jusqu'à 10 µm - exemple : pollens), - Les filtres fins : anciennement appelés filtres Opacimétriques, ils peuvent directement se mettre en premier étage de filtration. Leur principale application est le traitement approfondi de l'air dans les bâtiments de type tertiaire. Ils servent également à protéger efficacement les filtres absolus. Ils sont désignés par la lettre F (Filtration jusqu'à 0.1 µm - exemple : spores, bactéries), - Les filtres absolus : ils sont désignés par la lettre E, H ou U. (Filtration jusqu'à 0.001 µm - exemple : fumées, suies), - Les filtres à charbon actif : ils sont utilisés pour arrêter les contaminants au niveau moléculaire. Ils permettent d'arrêter les odeurs (cuisine par exemple), de protéger les process, ou d'assurer la sûreté des installations nucléaires. (Filtration jusqu'à 0.1 nm soit 0.0001 µm - exemple : molécules gazeuses). Ces dispositifs sont utilisés pour réduire les effets nocifs des gaz ou pour assainir les espaces de vie. Nous pouvons citer les fabricants ®SB Filtres et technique, ® TORROS, ® SOFISE L’inconvénient de ces dispositifs sont que : - Ils sont conçus pour des hôtes aspirantes de fort débit et pour des environnements d’espaces de cuisson de grands volumes ce qui n’est pas le cas des fours de tailles restreint. Les volumes de fumées étant également de petites dimensions, - Leur sensibilité à la température n’est pas définie pour des petites dimensions de filtre avec de faibles débits. La troisième famille technologique concerne les dispositifs à pyrolyse ou à catalyse. Ces dispositifs sont contraints vis-à-vis de notre objet en ce que : - Les dispositifs à pyrolyse mettent en œuvre des technologies qui nécessitent une source d’énergie supplémentaire, ce qui limite la puissance du fait d’un branchement domestique auquel est destiné notre four. Nous pouvons citer comme exemple le brevet CA621730 qui présente un procédé de protection des parois des chambres de pyrolyse dans des fours de traitement thermique d'hydrocarbures, ces dispositifs sont limités aux éléments en contact avec les parois, par ailleurs, - Les dispositifs à catalyse demandent des entretiens qui ne sont pas à la portée d’un utilisateur. Nous pouvons citer comme exemple le brevet CN206188547 qui décrit un dispositif de four à phase catalytique. Etat de la science : Relativement à notre objet, qui concerne un dispositif de traitement des fumées destiné à un four de décirage (fonte de la cire) s’affranchissant des évacuations par des cheminées extérieures au bâtiment, les éléments qui interviennent sur le plan scientifique sont : - Les différents types de fumées des cires fondues ne permettent pas de caractériser un dispositif de traitement universel des fumées adapté à des four à basculement horizontal, - L’orifice nécessaire à la récupération des cires fondues modifie la recirculation spatiale des fumées et des gaz dans l’enceinte du four, - Le temps de traitement adapté à toute nature de fumée pour permettre une ouverture du four. L’orifice nécessaire à la récupération des cires fondues modifie la recirculation spatiale des fumées et des gaz dans l’enceinte du four. Il convient de faire la différence entre un gaz qui est un état de la matière (au même titre que l'état liquide et l'état solide), et la fumée qui désigne des particules à l'état solide se trouvant en suspension dans l'air et mélangées aux gaz de combustion et vapeurs chaudes. La fumée peut être également considérée comme un mélange de particules solides de différentes natures qui sont mélangées. Du fait de leur état pesant, les particules qui constituent les fumées retombent au sol en raison de leur densité qui est supérieure à celle de l'air. Notre invention se rapporte au traitement des fumée sans prendre en compte l’aspect indirect des gaz. Nous avons recherché dans l’état de la science les éléments de réponse qui nous permettent de déterminer les phénomènes physiques caractérisant un dispositif et un procédé adapté à notre objet. Trois ouvrages de référence sont de mise pour la problématique que nous évoquons. - « Les techniques de l’ingénieur/ Réf. : M3580 V1 Fonderie de précision à modèle perdu - Application aux superalliages Cet article est issu de : Matériaux | Mise en forme des métaux et fonderie » par Jean-Claude DORIATH, Serge PRIGENT . Cet article traite des caractéristiques de la fonderie de précision à modèle perdu pour une de ses applications les plus modernes, celles des aubes de turboréacteurs. Ce type de fonderie s’applique bien aux matériaux métalliques à hautes caractéristiques mécaniques à chaud comme les alliages à base de nickel ou à base de cobalt, utilisés dans les turbomachines. De plus, la fonderie à modèle perdu permet d’obtenir des tolérances dimensionnelles réduites et des états de surface de haute qualité à des coûts de fabrication considérablement moindres que par toute autre technique d’usinage, classique ou non ». - « Les techniques de l’ingénieur ; Réf. : G1820 V1 Réduction des dioxines, furannes et polychlorobiphényles Cet article est issu de : Environnement - Sécurité | Environnement par Pierre LE CLOIREC, Alain LAPLANCHE ». IL y est indiqué que « Les dioxines, furannes et PCB sont des composés complexes appartenant à la famille des produits organiques persistants. Ils sont présents notamment dans les émissions des incinérateurs d’ordures ménagères, sidérurgie, cimenteries et représentent un risque important de pollution. Après une présentation des structures et caractéristiques de ces molécules, cet article s’attarde sur l’impact sur la santé humaine. Sont exposées ensuite les méthodes d’analyse, relativement difficiles à conduire sur ces composés, puis les procédés disponibles de dépollution des fumées. ». - enfin, le troisième ouvrage « Les techniques de l’ingénieur ; Réf. : BE8856 V2 Traitement des fumées -article est issu de : Énergies | Ressources énergétiques et stockage, par Pierre LE CLOIREC . IL y est noté « La nécessité de réduire les charges polluantes émises par les fumées s’inscrit dans une approche globale de protection de l’environnement. Après une introduction sur la nature de polluants et leurs impacts sur la santé humaine, l’article présente l’aspect réglementaire de contrôle des émissions dans l’atmosphère et des méthodes d’analyses de quelques polluants. Sont décrits ensuite les procédés de traitements des fumées. Du fait de mélanges complexes de composés à faibles concentrations, leur réduction nécessite une grande variété de technologies. » En conséquence, Il n’existe pas d’éléments scientifiques qui soit à même de caractériser un dispositif de traitement des fumées destiné à un four de décirage (fonte de la cire) s’affranchissant des évacuations par des cheminées extérieures au bâtiment Synthèse de l’état des sachants Relativement à l’état de la technique, il n’existe pas de dispositif qui soit à même de répondre à l’objet de notre étude. Les dispositifs existants sont contraints en ce que : - La première famille technologique des dispositifs de captation (cheminée, sorbonne, aspiration proche) présente l’inconvénient d’imposer une transformation des bâtiments pour l’intégration d’une cheminée. Ceci pour permettre une évacuation des fumées qui sont alors soit, simplement diffusées dans l’environnement soit, retraitées ou filtrées. L’avantage de ce principe technologique est que les fumées chaudes sont refroidies avant de rencontrer un élément filtrant qu’elles pourraient détériorer par la chaleur. Ces dispositifs utilisent le phénomène de convection crée par la différence de température permettant l’ascension des fumées. L’aspiration devient nécessaire lorsque la hauteur de la cheminée est importante ou bien lorsque le volume de fumée est important. - La deuxième famille technologique des dispositifs de filtration présente plusieurs inconvénients à notre objet : . Ils nécessitent une captation et une aspiration qui ne sont pas déterminés pour les différentes natures de fumées qui sont produites par le décirage, . Le temps nécessaire pour le traitement des fumées de manière à permettre l’ouverture du four n’est pas connue du fait que nous ne savons pas comment se fait la recirculation à l’intérieur de l’enceinte, - La troisième famille technologique des dispositifs à pyrolyse ou à catalyse présente des inconvénients à notre objet. Ces inconvénients sont relatifs à : . En ce qui concerne la pyrolyse, ces dispositifs sont orientés vers les résidus qui sont en contact avec les parois du four et qu’il faut nettoyer. Le principe consiste à surchauffer la paroi pour dessécher et désolidariser les résidus. Ces derniers se trouvent alors sur le bas du four et il faut les enlever. Pour la fonte de cire, les particules ne constituent pas de résidus solides qui vont se placer sur les parois du four, . En ce qui concerne la catalyse, les éléments additionnels pour transformer les composées ne peuvent pas et reconnus et universel pour les différentes émanations de fumées qui se produisent à la fonte des cires. Les dispositifs sont également encombrants. Relativement à l’état de la science, il n’est pas possible de déterminer directement un procédé et un dispositif tel que souhaité pour l’objet d’étude. En effet, les connaissances scientifiques sont contraintes en ce que : - Les différents types de fumées des cires fondues ne permettent pas de caractériser un dispositif de traitement universel des fumées adapté à des four à basculement horizontal. Ceci est dû à ce que chaque cire est différente dans sa composition et les natures et les quantités des composants peuvent varier. Les densités sont différentes et les dimensions des particules sont également différentes. Les températures des fumées ne sont pas les mêmes selon les diverses natures de fumées. - L’orifice nécessaire à la récupération des cires fondues modifie la recirculation spatiale des fumées et des gaz dans l’enceinte du four. L’état de la science ne permet pas de connaitre l’évolution des fumées dans l’enceinte selon les volumes des objets à chauffer et les recirculations des flux d’air liées aux ouvertures nécessaires à la fonte de cire. Les déplacements des fumées ne peuvent donc pas être déterminées pour et un traitement des fumées. - Le temps de traitement adapté à toute nature de fumée pour permettre une ouverture du four n’est pas connu et dépend de multiples paramètres. Dans le cas de notre étude, il faut un traitement complet des fumées avant d’ouvrir le four car les fumées sont dispersées par le mouvement d’ouverture du four dont le basculement vers l’arrière produit un déplacement vertical et vars l’avant des fumées. L’état de la connaissance scientifique, met en valeur plusieurs verrous qu’il s’agissait de lever pour solutionner une technologie appropriée : - Un premier verrou technologique existait, en ce que l’état des connaissances, ne permet pas de caractériser un dispositif de traitement des fumées car les natures et les comportements des fumées dans une enceinte de four à faible volume ne peuvent pas être modélisés pour tous les types de fumées de cires. - Un deuxième verrou technologique existait relatif aux mouvements des fluides dans l’enceinte car l’état des connaissances ne donne pas de solution pour connaitre le flux de recirculation des fumées en présence d’une (ou plusieurs) ouverture(s) nécessaires à la récupération de la cire. - Un troisième verrou technologique existait relativement à ce que l’état des connaissances ne permet pas de connaitre les temps de traitement des différentes fumées pour déterminer la durée de maintien de la fermeture du four. C’est aux fins de satisfaire à une solution satisfaisante que la présente invention est destinée. La est une représentation schématique du four conforme à l’invention. Présentation de l’invention : l’invention est relative à un dispositif d’évacuation de fumées des fours de cuisson de petite dimension destinés au décirage, sans nécessiter d’évacuation à l’extérieur de la pièce où il se trouve placé. Ce dispositif est destiné à être placé dans un four électrique à alimentation domestique. Il se caractérise par : - une arrivée d’air (a) de l’extérieur du four dans l’enceinte du four ; cette arrivée d’air étant placée pour être réceptionnée dans l’enceinte du four près de sa sole (b), c’est-à-dire en position basse dans l’enceinte de four, - une évacuation des fumées (b) placée en hauteur près de la voute d’enceinte, sur la paroi opposée à celle qui reçoit l’arrivée d’air, cette position opposée étant destinée à favoriser la circulation de l’air dans le four, - cette évacuation des fumées (b) reçoit, à l’extérieur de l’enceinte du four (hors du périmètre de l’enceinte du four) une canalisation (c) dont la surface est au moins de 50 cm2, - à l’intérieur de cette canalisation (c) est placé un filtre de 0,001 µ (d), - à l’intérieur de la canalisation (c), un système d’aspiration électrique (e) qui permet à l’air de circuler à un débit de 10 dm3/h, - la canalisation (c) est dirigée vers l’arrivée d’air (a), par un coude (f) qui mélange l’air recyclé avec l’air frais et renvoie le tout vers l’intérieur du four de décirage. Ainsi, par ce dispositif, les fumées qui sont naturellement (par les lois de physique) renvoyés vers le haut de l’enceinte, sortent par l’évacuation des fumées (b) et sont traités dans la canalisation (c) par la filtration (d), le système d’aspiration(e) assurant la circulation à l’intérieur de la canalisation (c), l’air chaud dégagé de la fumée est ensuite réintroduit dans l’enceinte du four. Par ailleurs, notons que la réintroduction de l’air chaud dégagé des fumées, par un coude (f) qui relie l’air chaud à l’air extérieur ambiant, permet d’assurer une continuité de la température à l’intérieur de l’enceinte du four. Les fours disposant de l’invention, présentent de nombreux avantages : - en premier lieu, l’ouverture du four n’appelle plus l’utilisateur à recevoir les fumées, qui sur un dispositif conventionnel restent au haut de l’enceinte de four et se libèrent à l’ouverture de la porte. Cette disposition contribue à l’amélioration des conditions de travail. - en second lieu, l’arrivée d’air comburant (par l’arrivée d’air frais extérieur au four) est réchauffée par le mélange permis par le coude (f), ce qui améliore le rendement du dit four. Glossaire : (a) arrivée d’air (b) évacuation des fumées (c) canalisation (d) filtre de 0,001 µ (e) système d’aspiration (f) coude Dispositif d’évacuation de fumées des fours de cuisson de petite dimension destinés au décirage, caractérisé par : - une arrivée d’air (a) de l’extérieur du four dans l’enceinte du four ; cette arrivée d’air étant placée pour être réceptionnée dans l’enceinte du four près de sa sole (b), c’est-à-dire en position basse dans l’enceinte de four, - une évacuation des fumées (b) placée en hauteur près de la voute d’enceinte, sur la paroi opposée à celle qui reçoit l’arrivée d’air, - cette évacuation des fumées (b) reçoit, à l’extérieur de l’enceinte du four une canalisation (c) dont la surface est au moins de 50 cm2, - à l’intérieur de cette canalisation (c) est placé un filtre de 0,001 µ (d), - à l’intérieur de la canalisation (c), un système d’aspiration électrique (e) qui permet à l’air de circuler à un débit de 10 dm3/h, - la canalisation (c) est dirigée vers l’arrivée d’air (a), par un coude (f) qui mélange l’air recyclé avec l’air frais et renvoie le tout vers l’intérieur du four de décirage.