STEAM, ELECTRIC OR INTERNAL-COMBUSTION HEATED MOBILE MODULAR OVEN

Abstract: 1. A modular and mobile oven structure of the same type as, for instance, that of the U.S. patent 2 237 519 (BOLLING) comprising a central part which constitues the heating unit which is a circuit wherein a heat transfer fluid or a vapour circulates, this circuit being made of a plurality of parallel tubes 2 and of an annular principal cylinder 3, circuit further similar to the heating system disclosed in the German patent 596 652 (Press und Walzwerk A.G.), the circuit being embodied in an upper (1') and a lower (1'') insulating modules, these being easily disconnected so that the central rooms of the oven can be set vertically upon one another, the total oven structure being characterized by the fact that the heating circuit is defined by means of two concentric cylinders so disposed that they form an annular space 3 and an inner compartment 3', the heating circuit is further characterized by a plurality of parallel tubes 2 which are individually welded to the cylinder 3 whereof the internal compartment 3' has one more heating sources (electrical, gas fuel) which are aimed to achieve by thermal conductivity or by convection, a heat transfer which increases the temperature inside the oven.

Description: Four à vapeur avec système de chauffage électrique ou à combustion interne Le but de la présente invention est de proposer un mode de réalisation d'un four destiné à l'industrie alimentaire et permettant de préparer une gamme de produits allant de la boulangerie : pain (grands et petits), baguettes, à la patisserie : croissants, pâtes feuilletées, et à la charcuterie : pâté de viande, pâté en croûte, pizzas, etc. Le pain étant une nourriture de base, fournissant les hydrates de carbone nécessaires au corps humain, il est connu dans toutes les civilisations et tous les pays en croissance ont une population dont l'alimentation est souvent assurée par des mets préparés au four. L'objectif de l'invention est précisément de présenter un mode de construction modulaire, permettant, selon la grandeur de la communauté à nourrir, d'installer un four que l'on peut, à partir d'un élément de base, aisément agrandir par adjonction d'un ou plusieurs éléments supplémentaires identiques à lrélément de base. Ainsi qu'il sera explicité ciaprès, le four mobile et modulaire selon l'invention présente un rendement énergétique extrêmement favorable ce qui le rend d'autant plus attractif pour des populations à niveau de vie moins favorisé. En industrie alimentaire, les modèles de four les plus anciens sont les fours à bois qui nécessitent une construction massive de maçonnerie. A ce modèle primitif ont succédés de nombreux types de four fours à brûleurs au gaz ou au mazout, fours électriques et le récent four à micro-ondes plus spécifique à un réchauffement rapide qu'à une vraie cuisson. Les appareils à micro-ondes sont connus et sont, par exemple décrits dans le brevet européen 0040565 (S.F.A.M.O.). Les fours électriques ont une durée de vie limitée à celle de leurs résistances électriques qui sont assez vite attaques par la corrosion et par les vapeurs de cuisson. Dans la plupart des cas, les chambres de cuisson (des fours à foyer) sont chauffées par batteries de tubes annulaires. Les chambres de cuisson sont garnies de soles en réfractaire (30 mm d'épaisseur en général) à forte accumulation. Dans les versions récentes, le foyer est à recyclage des gaz chauds. Souvent on a deux brûleurs : un à gauche et un à droite par rapport à la façade du four. Souvent aussi, les façades sont équipées pour permettre l'enfournement semi-automatique par tapis. Les surfaces de cuisson vont de quelques mètres carrés à une vingtaine de mètres carrés. On peut, en cours de construction, faire l'adaptation d'un étage supplémentaire, non aisément ni rapidement détachable de la carrosserie extérieure. En ce sens, il n' existe pas de conception réellement modulaire d'un four permettant soit de superposer les modules soit de les séparer rapidement et de les faire fonctionner chacun avec sa propre source de chaleur en des endroits différents. t' état de la technique dans le domaine des fours pour cuisson de pain, pâtisserie et produits similaires peut être décrit pour le brevet français 1.558.453 (BONGARD) qui a trait à un chauffage par tubes à vapeur annulaires dont le foyer cylindrique peut pivoter autour de son axe. Le four peut éventuellement être à foyers multiples (page 3 du document cité). Les chambres de cuisson sont chauffées en voûte et en sole par les branches horizontales de tubes annulaires qui sont chauffées par les gaz de combustion. L'échange de chaleur dans le dispositif décrit est loin d'être optimum et son amélioration et sa répartition est d'ailleurs l'objet du brevet cité. Les dépots de suie, la corrosion sur les tubes (surtout si les brûleurs sont alimentés en combustible légèrement sulfuré) sont à craindre. Le but de la présente invention est précisément d'apporter une amélioration du coefficient d'échange thermo-cinétique et un contact direct et total net entre la source de chaleur et le faisceau tubulaire tout en évitant de mélanger le circuit des gaz avec celui des tubes (cas de brûleurs à combustibles). Un autre exemple de four modulaire à étages multiples est le brevet néerlandais 7.501.672 (BRUNKLAUS & al.) qui décrit un système de chauffage à contrecourant. Une description intéressante d'une installation de panification destinée à des conditions d'utilisation loin des facilites urbaines, est le brevet européen 0038250 (LEGUEU) dans lequel deux véhicules correctement couplés munis de réserve d'eau et de groupe électrogène permettent la fabrication intégrale de pain. L'état actuel des récents développements en matière de fours mobiles et modulaires ayant été rappelé, les particularités de la présente invention seront précisées par référence aux Figures 1 à 7 qui représentent un mode de réalisation non limitatif. La figure 1 représente un four modulaire 1. Ce four a la forme d'un parallélépipède et est mobile si ce module chauffant est monté sur quatre pieds à roulettes permettant sa translation et sa rotation. Aux figures 1 et 2, on voit que le module de chauffe est muni d'un module d'isolation inférieur 1" et d'un module d'isolation supérieur 1' : il s'agit chaque fois d'un assemblage en tôle intérieurement garni d'une matière isolante (laine de verre ou autre ...) . Comme on le voit, les deux parties inférieure et supérieure sont détachables. Si bien que l'on pourrait réaliser un four à deux soles à l'aide, de bas en haut, d'un assemblage de 1", deux modules de chauffe (source d'énergie indépendante) superposés et surplombés par l'élément isolant 1'. Les dimensions réalisées pour un petit 2 module sont (60 x 60) cm de surface, la hauteur étant de 20 cm. En partant d'un tel petit module (Fig. 1), l'opération d'adjonction d'un second module comme on vient de l'évoquer ne demande qu'un temps de travail d'une demi-heure. En ce sens, on peut, par rapport à ce qui est connu, réellement employer le vocable "modulaire" pour les systèmes selon l'invention. Un petit four, tel que celui mentionné ci-avant, peut cuire 4 à 6 pizzas,suivant leur dimension, en 15 minutes, la puissance maximum appelée est de 2,5 kW et l'énergie totale nécessaire est de 3 kWH. Le même four dont le cylindre principal contient un brûleur à mazout donne le même temps de cuisson si le brûleur a une puissance de 0,8 Kcal/H. Le système de chauffage par circuit fermé et cylindre de vapeur concentrique,à un ou des cylindres de chauffe selon l'invention,a pour résultat que la puissance maximum appelée par mètre carré de la surface totale du four (sole, parois latérales et ciel) est de 4 kW/m2. On comprendra aisément la raison de la possibilité de ces rendements énergétiques intéressants en se rapportant aux figures 3 et 4 où l'on voit que deux cylindres concentriques 3 et 3' formant un espace annulaire sont utilisés. Ils sont situés soit au milieu et à l'aplomb de la sole inférieure (cas des Fig. 3 et 5a), soit sur le côté de cette dernière (Fig. 1 et 2 par exemple), soit encore (Fig. 5b et c) sous la sole inférieure et au nombre de deux ou trois. Dans le compartiment interne 3' du cylindre principal on dispose une thermo-résistance à filaments dont les éléments sont en contact direct avec le cylindre annulaire principal 3 (carotte de chauffage). L'eau 2' située dans l'ensemble tubulaire 2 et le remplissant seulement à 40 % est en échange direct avec la carotte de chauffage, la densité superficielle de flux thermique tant optimum. L'ensemble tubulaire est constitué d'une série de tubes équidistants, l'intervalle entre les tubes est le même que leur diamètre extérieur. Dans ces conditions, on se rendra compte (voir Fig. 3 et 4) que dans le volume constitué par le cylindre annulaire 3 et le faisceau des tubes 2 parallèles formant des boucles et se raccordant chacun par soudure au cylindre 3, se forme une vapeur surchauffée. Cette vapeur en circuit fermé transmet à l'enceinte du four de la chaleur, principalement par convection. I1 est bien connu que les facteurs influençant la transmission thermique sont 1. Les propriétés physiques du liquide ou du gaz (viscosité, masse et chaleur spécifique, conduc tibilité thermique) 2. La vitesse linéaire de déplacement du fluide 3. Le type de débit (laminaire ou turbulent) 4. La forme de la surface d'échange 5. La rugosité des parois. Les cinq points évoqués ci-dessus ont été pris au mieux en considération dans le principe de la présente invention. La figure 6, en particulier, montre une coupe transversale dans le cylindre principal où, dans la partie gauche du dessin, une source de chaleur est disposée coaxialement. La transmission de chaleur a lieu avec une symétrie cylindrique ce qui est (après la sphère inconcevable dans le cas présent) le meilleur mode géométrique d'échange. Dans l'enceinte de la vapeur surchauffée, on atteint rapidement et sans heurt, une vitesse linéaire de l'ordre de 2 m/sec. On atteint dans le four, surveillé par le thermostat 5 (Fig. 1 et 2) en 7 minutes une température de 400. Après 20 minutes, on est à 500C, 2250C sont atteints en 35 minutes, 2500C en 40 minutes. La vapeur surchauffée peut d'ailleurs prendre un ensemble de valeurs de température et de pression donné par le diagramme de Mollier. Avec les aciers actuels on peut arriver, en température à des valeurs limites de 5500C. L'avantage du chauffage direct par l'un quelconque des éléments chauffants, 4 (gaz), 4' (électricité) ou 4" (fuel oil domestique) (voir Fig. 6) est qu'il peut être employé séparément ou simultanément selon les circonstances. I1 n'est plus nécessaire, en cas de panne, de pénétrer dans le four pour remplacer une résistance ou un brûleur défectueux : tout se fait en retirant simplement le cylindre de chauffage d'ailleurs extérieur à l'espace chauffé. En cas de plus gros fours à chauffer on disposera donc plusieurs sources de chaleur. (en général trois ou un multiple de trois pour garder la flexibilité du choix du mode de chauffage). Pour des sources énergétiques donnant lieu à combustion interne (tel que 4 et 4") on disposera de moyen 5' de réglage de l'échappement des gaz de combustion. Une autre disposition (Fig. 6, partie droite) consiste à disposer des carottes de chauffage dans l'espace annulaire et à réserver le centre pour un brûleur supplémentaire au gaz ou au mazout Lorsqu'on veut atteindre des températures supérieures, il y a un double inconvénient à l'emploi de l'eau : la pression saturante augmente avec la tem pérature. Pour remédier à ces inconvénients, il est propose d'utiliser un fluide caloporteur. Les avantages essentiels liés à l'usage d'un tel composé organique (en général de la famille des polyphényles) sont au nombre de quatre : la chaleur massique est importante, de même que le coefficient d'échange thermo-cinétique ; par ailleurs, la pression d'emploi est petite et les prix d'achat sont intéressants. I1 faut ajouter, qu'en exploitation, aucune corrosion, ni la moindre salissure n' arrive dans les circuits. Pour l'utilisation d'un fluide caloporteur dans le circuit tubulaire d'un four mobile et modulaire selon l'invention, il est indispensable que les dangers d'incendie et de toxicité soient nuls. Le développement important de la technique physicochimique a mis sur le marché des produits dont le point éclair est plus haut que les températures d'utilisation. L'absence de corrosion renforce la sécurité des circuits tubulaires 2 dont le manomètre 7 (voir fig. 7) situé après le vase d'expansion 6, peut être muni d'un avertisseur sonore se déclenchant si la pression venait à tomber sous une certaine valeur préfixée. L'expérience a montré la validité de l'application proposée du fait que la distribution de chaleur est uniforme comme avec l'eau, la montée en température du four étant, d'autre part, plus rapide. En fait, le circuit de chauffage selon l'invention, est identique à celui d'un chauffage central d'habitation dont le four serait la charge thermique. En particulier, l'adaptation d'une vanne thermostatique sur le circuit, en amont du four, s'est révé lée source d'économie d'énergie. Comme déjà souligné ci-dessus, il va de soi que les sources de chaleur (4, 4', 4"), concentriques ou annulaires (voir fig. 6) n'ont aucun contact avec l'enceinte chauffée où aboutissent les tubes. Dans tous les cas, l'échauffement se fait le long d'une structure cylindrique 3 : le chauffage par résistance électrique donne une uniformité totale au transport thermique. Le chauffage par une, trois, un multiple de trois brûleurs à gaz ou à qas-oil employés ou non simultanément donne lieu, du fait que la combustion interne a un champ de températures non uniforme, une circulation plus turbulente. Comme il a été évoqué plus haut, on peut avantageusement compléter le réglage correct de la combustion des brûleurs par l'adjonction d'une vanne thermostatique réalisant ainsi avec le thermostat des brûleurs une régulation en cascade telle que les vibrations du fluide circulant soient minimes.

Claims: REVENDICATIONS 1. Four mobile et modulaire comportant une partie centrale faite d'un ensemble tubulaire 2 et un cylindre principal annulaire 3 englobés dans un module d'isolation supérieur 1' et un module inférieur 1" modules détachables aisément de façon à pouvoir accoupler en hauteur ou largeur les parties centrales 1 du four caractérisé en ce que l'ensemble des tubes 2 parallèles forment des boucles et se raccordent chacun par soudure au cylindre 3 dans le compartiment intérieur 3 X duquel se trouvent une ou des sources de chaleur notamment électriques servant à assurer, par conduction et convection thermique, la réalisation d'un transport calorifique permettant la montée en température de l'enceinte du four. 2. Four selon la revendication 1 caractérisé en ce que le compartiment intérieur 3' est occupé par une thermo-résistance à filament formant une carotte de chauffage qui se glisse dans le compartiment 3'. 3. Four selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'ensemble des sources de chaleur (4, 4', 4") sont disposées dans l'espace annulaire du cylindre principal 3 tandis que le compartiment intérieur 3' est réservé à un brûleur (gaz ou fueloil domestique) supplémentaire. 4. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le faisceau tubulaire raccordé au cylindre annulaire principal 3 est rempli soit de vapeur surchauffée soit d'un fluide caloporteur, les variations de température et de pression étant contrôlées par un vase d'expansion 6 et une vanne thermostatique réalisant avec le thermostat des brûleurs une régulation en cascade telle que la turbulence et les vibrations dues a la circulation soient minimes. 5. Four selon les revendications ci-dessus carac térisé en ce qu'il peut être utilisé en simple gé nérateur de vapeur moyennant l'adjonction des dispositifs d'alimentation en eau et de régulation de température et de pression usuels dans les chaudières industrielles.

Inventors: MAGERAT, ROGER
Applicants: MAGERAT, ROGER
Application year: 1983
Main classification: A21B1
IPC codes: A21B1