FR2871556A1 - Dispositif de chauffage d'un four a circulation d'air - Google Patents

Abstract

Dispositif de chauffage (1) d'un four (2) à chaleur tournante comportant un rotor motorisé apte à aspirer axialement l'air contenu dans l'enceinte du four (2) et à le refouler radialement, et un capot apte à canaliser l'air circulant en dehors de l'enceinte du four (2), caractérisé en ce qu'il comporte un bloc chauffant (5) présentant une zone (16) avec laquelle un élément chauffant est en contact, ledit bloc (5) comportant :• une ouverture (8) jouant le rôle d'orifice d'aspiration de l'air ;• une pluralité de moyens aptes à transmettre de la chaleur par convection à l'air aspiré à l'intérieur du dispositif (1) ;• au moins une ouverture (11, 12, 13, 14) agencée à la périphérie de l'ouverture (8) et apte à refouler l'air chauffé à l'intérieur de l'enceinte du four (2).

Description

8.06801

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE D'UN FOUR A CIRCULATION D'AIR Domaine technique L'invention se rapporte au domaine de l'électroménager et plus précisément des fours de cuisson. Elle vise plus particulièrement des fours à circulation d'air ou convection forcée.

Elle vise plus particulièrement un moyen efficace permettant d'améliorer le transfert thermique entre l'élément chauffant et l'air aspiré dans le four.

Art antérieur De façon générale, les dispositifs de chauffage inclus dans les fours à circulation d'air se présentent sous la forme de résistances chauffantes rayonnantes. Ce type dé résistance chauffante est généralement de forme circulaire ou hélicoïdale, agencée de manière périphérique par rapport à un rotor d'aspiration. Ainsi, l'air est aspiré axialement par le rotor et est refoulé radialement à la périphérie de celui-ci, en direction de la résistance. Il se réchauffe alors à son contact, puis il est injecté dans la cavité de cuisson par des ouies.

Un tel dispositif est décrit dans le document EP-530 477, dans lequel le dispositif de chauffage ne présente pas une surface suffisante pour engendrer un échange thermique à rendement élevé. Par conséquent, pour obtenir une température maximale de cuisson d'environ 250 C, il est nécessaire de porter l'élément chauffant à une température très élevée voisine de 700 C. Toutefois, une telle solution présente une faible surface d'échange qui conduit à des coefficients thermiques d'échange par convection de l'ordre de 10 à 15 W.m"2.K1. Par ailleurs, l'utilisation d'un élément chauffant à haute température nécessite une régulation spécifique et les hautes températures peuvent générer des points chauds sur différentes parties du four.

Ainsi, le but de l'invention est de pallier les problèmes énoncés en réduisant notamment la température de l'élément chauffant et par conséquent la consommation électrique associée, tout en optimisant le temps de cuisson des aliments.

Exposé de l'invention L'invention concerne donc un dispositif de chauffage d'un four à circulation d'air comportant un rotor motorisé apte à aspirer axialement l'air contenu dans l'enceinte du four et à le refouler radialement. II comporte également un capot apte à canaliser l'air circulant en dehors de l'enceinte du four, avant sa ré-injection dans le four.

II se caractérise par le fait qu'il comporte un bloc chauffant présentant une zone avec laquelle un élément chauffant est en contact, ce bloc comportant: 15 É une ouverture jouant le rôle d'orifice d'aspiration de l'air; É une pluralité de moyens aptes à transmettre de la chaleur par convection à l'air aspiré à l'intérieur du dispositif; É au moins une ouverture agencée à la périphérie de l'ouverture et apte à refouler l'air chauffé à l'intérieur de l'enceinte du four.

Par bloc, il faut entendre, non seulement une masse solide constituée d'un seul morceau, mais également sa signification étendue, à savoir des éléments groupés en une masse compacte. Ainsi, le bloc peut être constitué de différents éléments liés les uns aux autres par tout moyen connu, mais peut être aussi élaboré sous la forme d'un monobloc, issu d'usinage ou de moulage.

Ainsi, la chaleur est transmise à l'air par l'intermédiaire d'une pièce massive ou d'un assemblage de pièces, avec laquelle (lequel) l'élément chauffant est en contact. De la sorte, l'élément chauffant peut être rapporté sur le bloc chauffant, mais il peut également être noyé à l'intérieur du volume défini par le bloc chauffant, et notamment à l'intérieur d'une rainure prévue à cet effet.

La zone de contact entre l'élément chauffant et le bloc peut présenter une géométrie sensiblement plane et une épaisseur suffisamment importante pour permettre notamment d'intégrer l'élément chauffant à l'intérieur de son volume.

Selon l'invention, le bloc comporte donc un orifice d'aspiration par lequel l'air contenu à l'intérieur de l'enceinte du four est aspiré au moyen du rotor. Cette ouverture d'aspiration peut être centrale ou non, une tuyère pouvant orienter l'air selon l'architecture du four.

De façon à générer une importante surface d'échange thermique entre le bloc et l'air, le bloc comporte une pluralité d'agencements, identiques ou différents, pour transmettre de la chaleur par convection. L'air ainsi chauffé est alors propulsé à l'intérieur de l'enceinte' du four au travers d'au moins une ouverture. On privilégiera toutefois une pluralité d'ouvertures afin de mieux répartir la chaleur dans le four.

Avantageusement, les moyens aptes à transmettre la chaleur par convection à l'air peuvent se présenter soit sous la forme d'ailettes situées sur le trajet de l'air aspiré et émergeant perpendiculairement par rapport à la zone du bloc chauffant, soit sous la forme de pointes agencées au niveau de l'ouverture centrale et s'inscrivent dans la zone du bloc en contact avec l'élément chauffant.

Autrement dit, dans le premier cas l'une des faces planes du bloc chauffant peut. être en regard, voire au contact de l'une des parois du four. L'autre face plane peut alors présenter des ailettes qui permettront d'échauffer l'air propulsé radialement par le rotor. Par le terme ailette, il faut entendre, non seulement une lame saillante permettant d'augmenter la surface de transmission de la chaleur, mais également toute forme saillante autre qu'une lame.

Dans le deuxième cas, l'ouverture centrale peut présenter une géométrie de forme complexe de façon à augmenter la surface d'échange thermique entre le bloc et l'air pénétrant dans le dispositif. Par conséquent, il est également possible de réaliser une ouverture centrale au moyen de plusieurs fentes ou trous de façon à décomposer l'ouverture centrale en plusieurs petits orifices.

Les deux types de moyens aptes à transmettre la chaleur par convection peuvent bien entendu être combinés de façon à générer une surface d'échange thermique plus grande.

L'augmentation de la surface d'échange est associées à une augmentation des vitesses d'air. Avantageusement, les vitesses d'air générées par le rotor sont supérieures à 10 m/s. On peut alors parler de convection ultra forcée. Les débits sont également importants puisqu'ils sont supérieurs ou égaux à 30 Ils, ce qui correspond, pour certaines gammes de fours, à un remplacement du volume du four toutes les secondes.

Ces vitesses et débits d'air élevés engendrent des modes de cuisson complètement différents de ceux traditionnellement utilisés dans des fours à chaleur tournante, puisqu'il est alors possible de diminuer considérablement la température de cuisson, par rapport à de tels fours, pour un résultat identique.

Par de telles vitesses, il est également envisageable de supprimer la fonction grill sans modification importante sur le résultat de cuisson. Cet aspect est important pour le nettoyage du four, puisque l'on s'affranchit alors des résistances apparentes de voûte.

De plus, les vitesses d'air étant élevées, il est possible, dans une plus grande mesure, de faire varier cette vitesse, afin d'obtenir un mode précis de fonctionnement. Par exemple, des cuissons délicates, comme les soufflés, demandent des vitesses relativement peu élevées afin de ne pas compromettre la levée uniforme de la préparation.

Avantageusement, le dispositif de chauffage peut être agencé au niveau d'une paroi verticale du four. De cette manière, l'aspiration et la propulsion de l'air sont effectuées dans une direction horizontale. Il peut être rapporté au niveau de la paroi arrière du four, mais également au niveau de l'une des parois latérales.

En pratique, le dispositif peut être intégré à l'intérieur d'un four utilisant de la vapeur pour réaliser la cuisson des aliments et ainsi éviter leur dessèchement. De tels fours comportent un système d'injection de vapeur à l'intérieur de l'enceinte du four. Ainsi, ce type de four peut être qualifié de "four vapeur à chaleur tournante" ou à convection forcée.

Dans une première variante, le bloc chauffant est utilisé pour générer de la vapeur. Pour ce faire, un apport d'eau liquide peut être réalisé à proximité de la surface plane du bloc chauffant. Le ruissellement sur l'une de ses parois permet alors de transformer cette eau en vapeur qui est alors canalisée puis injectée à l'intérieur du four.

Dans une seconde variante, le bloc chauffant peut comporter au niveau de l'une de ses faces une gorge, apte à former une canalisation pour acheminer et surchauffer la vapeur. Autrement dit, la vapeur d'eau peut être réalisée au moyen d'un dispositif annexe au dispositif de chauffage. Elle est alors canalisée jusqu'à proximité du bloc chauffant, puis traverse une canalisation permettant de la surchauffer avant son injection dans le four.

Avantageusement, le bloc chauffant peut être réalisé en un alliage d'aluminium. En effet, l'aluminium présente de grandes qualités en terme de conduction thermique favorisant la rapidité de transmission de la chaleur et l'homogénéité de la température du bloc chauffant.

Selon un mode de réalisation, le bloc chauffant peut être obtenu en soudant des ailettes sur une plaque. Autrement dit, les ailettes peuvent être découpées dans un profilé, puis soudées sur la plaque formée par le bloc chauffant.

Selon un autre mode de réalisation, le bloc chauffant peut être obtenu par un procédé de moulage. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de solidariser par soudage les ailettes avec une plaque. Cette réalisation est économiquement avantageuse, et peut être facilement automatisée, le bloc multi-fonctionnel pouvant alors n'être constitué que d'une seule pièce monobloc . Toutefois l'aspect monobloc du bloc chauffant peut également être obtenu par usinage, et ne découle pas uniquement d'une élaboration par moulage.

Description sommaire des figures

La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue en perspective d'un four équipé d'un tel dispositif de chauffage; La figure 2 est une vue en perspective du bloc chauffant, conformément à l'invention; Les figures 3 et 4 sont des vues de la face interne de deux variantes possibles pour réaliser le bloc chauffant, conformément à l'invention; La figure 5 est une vue de la face externe du bloc chauffant, conformément à l'invention.

Manière de décrire l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif de chauffage d'un four à circulation d'air, plus couramment dénommé four à chaleur tournante. 20 Tel que représenté à la figure 1, le dispositif de chauffage est agencé au niveau d'une paroi verticale du four (2). Dans cette représentation, le dispositif est rapporté sur la paroi arrière (15) du four (2). Au moyen d'un rotor (non représenté), l'air contenu dans l'enceinte (4) du four (2) est aspiré par les ouvertures (3) d'une grille (6) ménagée dans la paroi verticale (15), le dispositif de chauffage étant situé immédiatement derrière ladite grille (6). Le dispositif de chauffage étant situé au niveau de la face externe de la paroi verticale (15), il n'est donc pas directement soumis aux salissures ou aux projections de matières grasses lors de la cuisson des aliments.

Tel que représenté aux figures 2 et 3, le dispositif de chauffage (1) présente une face externe (16) sensiblement plane qui peut être en contact direct avec la paroi (15) du four (2). Cette face (16) est formée par un bloc chauffant (5) massif dans lequel est noyé un élément chauffant de type blindé (non visible).

A cette fin, le bloc chauffant (5) présente une épaisseur e, au niveau de la face (16), de l'ordre de 10 mm, afin notamment d'intégrer cet élément chauffant. 5 L'air est aspiré au niveau d'une ouverture centrale (8) au moyen d'un rotor d'un groupe moto-ventilateur (20), puis sort du dispositif (1) par quatre ouvertures (11,12,13,14) formant un carré, puis il est injecté à l'intérieur de l'enceinte (4) du four (2) par les perforations (21, 22, 23, 24) situées dans la paroi (15), en face respectivement des ouvertures (11, 12, 13, 14). L'air qui émerge au niveau de ces ouvertures est par conséquent à une température plus élevée que l'air pénétrant dans l'ouverture (8).

Tel que représenté à la figure 4, où la face arrière du dispositif a été omise pour des raisons de clarté, la face interne (19) du bloc chauffant (5) présente des moyens aptes à transmettre la chaleur à l'air circulant à l'intérieur du dispositif de chauffage (1). En effet, le bloc chauffant (5) présente, au niveau de l'ouverture centrale (8), une pluralité de pointes (10) permettant d'échauffer l'air directement à son passage lorsqu'il pénètre à l'intérieur du dispositif de chauffage (1). Par ailleurs, le rotor propulse l'air aspiré radialement, en direction d'ailettes (9) également aptes à transmettre de la chaleur à l'air circulant dans le dispositif (1).

Dans cette configuration, les ailettes (9) émergent perpendiculairement à une zone (7) sensiblement plane du bloc chauffant, cette face étant sensiblement parallèle à la paroi arrière (15) du four lorsque le dispositif (1) est installé dans le four.

Les ailettes (9) participent au redressement de l'air afin de le diriger vers les quatre ouvertures de sortie (11, 12, 13, 14). Les parois périphériques (18) du bloc chauffant (5), ainsi que la paroi arrière du dispositif (non représentée pour des raisons de clarté) permettent également de guider l'air, mais aussi de générer une grande surface de chauffage de manière à augmenter le transfert thermique.

L'air, ainsi redressé, est dirigé vers les bouches de sortie (31, 32, 33, 34) qui comportent chacune une paroi courbée (41, 42, 43, 44) permettant de redresser l'air dans un plan perpendiculaire au plan de sortie du rotor. L'air fait ainsi un demi-tour par rapport à son entrée dans le dispositif (1), pour en sortir par les ouvertures (11, 12, 13, 14) des bouches respectives (31, 32, 33, 34).

Un tel bloc chauffant (5) est avantageusement réalisé en un alliage d'aluminium 10 par un procédé de moulage.

En variante, le bloc chauffant peut se présenter sous la forme d'une plaque usinée sur laquelle les ailettes (9) sont rapportées par soudage ou tout autre moyen de solidarisation. Par conséquent, il est possible de découper les ailettes (9) dans un profilé, puis de venir les rapporter une par une sur la plaque.

Tel que représenté à la figure 5, la face externe (16) du bloc chauffant (5) peut comporter l'élément chauffant (53) rapporté à l'intérieur d'une gorge (51). La gorge peut également être réalisée sur la face interne (7) du bloc. Dans une variante plus économique, l'élément chauffant peut être rapporté sur l'une de ces deux faces, en prenant soin de réaliser un bon contact thermique, par exemple par un aplatissement de la surface de l'élément chauffant en contact avec la face sur laquelle il est rapporté.

D'une manière générale, toute forme de contact peut être utilisé entre l'élément chauffant et le bloc de chauffe: sertissage, blocage mécanique par rivets, vis, brasure, etc... L'essentiel est d'obtenir un transfert thermique essentiellement par conduction. Il peut toutefois exister une 'part de rayonnement, mais on cherchera à obtenir un transfert le plus important possible par conduction.

Par ailleurs, la zone de contact entre l'élément chauffant et le bloc peut présenter une géométrie spécifique, non plane, tel un cône. Dans cette configuration, le rotor peut se présenter sous la forme d'une hélice également en forme de cône. II peut être prévu également un convergent.

Le bloc chauffant peut également comporter une seconde gorge apte à former une canalisation pour acheminer et surchauffer de la vapeur. Selon l'exemple proposé et sa disposition dans le four, une telle gorge sera préférentiellement ménagée sur la partie périphérique du bloc chauffant, en utilisant par exemple l'épaisseur e pour réaliser ladite gorge.

Il ressort de ce qui précède qu'un dispositif de chauffage conforme à l'invention présente de multiples avantages, notamment: É la réduction de la température de l'élément chauffant à des valeurs se situant autour de 300 C, É la réduction de la température de cuisson vers des valeurs maximales aux alentours de 200 C, sans dégradation des performances par les vitesses élevées de l'air. Ces vitesses élevées peuvent être envisagées grâce à la surface d'échange importante du bloc chauffant, qui permet de tripler ou quadrupler cette surface d'échange par rapport à un dispositif classique tel que décrit dans le préambule de la présente invention. Les vitesses élevées de l'air augmentent le transfert thermique par convection et génèrent un coefficient de transfert par convection supérieur à 30 W.m-2.K-1, ce coefficient étant d'autant plus élevé que les vitesses de l'air sont importantes, É la réduction de la consommation électrique du four par les relativement faibles températures présentées, permettant également de réduire les pertes thermiques d'où une augmentation du rendement global du four et des économies d'énergie résultantes, É sa combinaison possible avec un dispositif de génération de vapeur. Le fait de présenter un bloc chauffant permet en outre de proposer des solutions simples d'évaporation, l'eau pouvant arriver directement sur le bloc où elle se vaporise lors de son ruissellement sur la surface du bloc, É l'absence de résistances chauffantes à l'intérieur de l'enceinte du four, évitant ainsi les risques d'incendie lorsque les matières grasses sont projetées sur lesdites résistances. Le nettoyage du four s'en trouve, de plus, facilité, aidé en cela par la moindre polymérisation des graisses projetées sur les parois moins chaudes; É un meilleur contrôle de la température de l'air grâce à une plus grande homogénéité dans l'enceinte de cuisson et à un flux élevé qui permet une plus grande réactivité du dispositif de pilotage thermique (CTN judicieusement implantée + traitement électronique).

Par ailleurs, la réduction de la température de cuisson, à performances égales, permet: É de réduire la surchauffe des graisses et par conséquent la moindre production de fumées (on s'éloigne du point de fumées des graisses), É de réduire les risques alimentaires liés à la surchauffe des graisses, É de réduire les composés pathogènes liés à la réaction de Maillard (brunissement) trop poussée en température, É la réduction des projections de graisses issues de viandes à rôtir notamment (volaille, ..), É une amélioration de la qualité gustative (organoleptique) par une coloration plus uniforme des aliments sans point de sur-coloration (carbonisation), dues à un transfert thermique plus efficace La présente invention permet également de concevoir un sous-ensemble chauffant multifonctionnel comportant donc un bloc chauffant et ses moyens de chauffe, une canalisation d'air pour le retour de cet air dans le four, ainsi qu'un groupe moto-ventilateur de circulation d'air, ce qui permet de pouvoir réaliser et tester ce sous-ensemble indépendamment du four, ce qui facilite l'élaboration du produit et permet une mise en oeuvre en temps masqué.

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Claims (15)

REVENDICATIONS,

1. Dispositif de chauffage (1) d'un four (2) à chaleur tournante comportant un rotor motorisé apte à aspirer axialement l'air contenu dans l'enceinte (4) du four (2) et à le refouler radialement, et un capot apte à canaliser l'air circulant en dehors de l'enceinte du four (2), caractérisé en ce qu'il comporte un bloc chauffant (5) présentant une zone (16, 7) avec laquelle un élément chauffant (53) est en contact, ledit bloc (5) comportant: É une ouverture (8) jouant le rôle d'orifice d'aspiration de l'air; É une pluralité de moyens aptes à transmettre de la chaleur par convection à l'air aspiré à l'intérieur du dispositif (1) ; É au moins une ouverture (11, 12, 13, 14) agencée à la périphérie de l'ouverture (8) et apte à refouler l'air chauffé à l'intérieur de l'enceinte (4) du four (2).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens aptes à transmettre la chaleur par convection à l'air se présentent sous la forme d'ailettes (9) situées sur le trajet de l'air aspiré et émergeant par rapport à la zone (16, 7) du bloc chauffant (5).

3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ailettes sont sensiblement perpendiculaires à la zone (16, 7).

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 25 ce que la zone de contact entre l'élément chauffant (53) et le bloc est sensiblement plane.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens aptes à transmettre la chaleur par convection se présentent sous la forme de pointes (10) agencées au niveau de l'ouverture centrale (8) et inscrites dans la zone (16, 7) du bloc chauffant (5).

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc est constitué d'une seule pièce.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 5 ce que les vitesses d'air générées par le rotor motorisé en fonctionnement dans le four sont supérieures à 10 m/s.

8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit d'air généré par le rotor motorisé en fonctionnement dans le 10 four est supérieur ou égal à 30 I/s.

9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé au niveau d'une paroi verticale (15) du four (2).

10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est associé à un système d'injection de vapeur à l'intérieur de l'enceinte (4) du four (2).

11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc chauffant (5) permet de générer de la vapeur.

12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc chauffant (5) comporte au niveau de l'une de ses faces (16, 17) une gorge apte à former une canalisation pour acheminer et surchauffer la vapeur.

13.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc chauffant (5) est réalisé en un alliage d'aluminium.

14. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bloc chauffant (5) est obtenu par soudage des ailettes (9) sur une plaque.

15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc chauffant (5) est obtenu par un procédé de moulage.