Brevet FR2315064A1 — publié le 19770114

'invention concerne une chaudière destinée à se loger dans une cheminée en vue d'utiliser la chaleur d'un feu de bois sans en empëcher le rayonnement ; cette chaudière peut ëtre disposée dans une cheminée existante sur la. plaque de foyer de celle-ci ou etre intégrée dans une cheminée en construction ce qui permet de supprimer la. plaque de foyer et li plaque de contre-coeur dont les acheminées classiques sont généralement équipées. L'invention s'étend aux applications de ladite chaudière qui peut a.ussi bien servir de chaudière d'apport dans une installation de chauffage comportant une cha.u- dière classique que de chaudière autonome produisant la tota.lité du flux calorifique ; dans les deux ca.s, l'installation peut fonctionner en thermo-siphon ou en circulation forcée. On sait que de nombreuses habitations sont pourvues de cheminées d'agrément dans lesquelles les utilisa turfs ont pris l'habitude de faire un feu de bois qui constitue un fa.cteur d'agrément important de l'habitation ; la. chaleur dégagée par un bon feu de bois dépasse 15 000 Kilocalories heure et, à l'exception du rayonnement qui réchauffe uniquement la pièce où se trouve la cheminée, cette importante quantité de cha.leur est la plupart du temps perdue, car les cha.u- dières de cheminée connues présentent des inconvénients tels, que leur usage en est resté très limité ; en particulier ces cha.udières ont des reniements très ba.s et les fa.ibles quantités d'énergie prélevées par celles-ci ne justifient pas l'investissement correspondant à leur coût. Pan ailleurs, ces chaudières présentent un encombrement et des formes inadaptés à leur mise en place dans les cheminées et leur caractère inésthétique fait perdre à la cheminée et à son feu de bois une grande partie de son agrément. En outre, ltnnsertion de ces chaudières dans des installations de chauffage existantes est, en généra.l, une opération couveuse car les tuyauteries doivent etre modifiées pour être a.da.ptées à celles-ci. La. présente invention vise à pa.llier les inconvénients sus-évoqués et à fournir une cha.udière pour âtre de cheminée, bénéficiant d'un excellent rendement sans faire obsta.cle au rayonnement du feu et sa.ns perturber l'harmonie de la. cheminée. Un autre objectif de l'invention est dtautori- ser une mise en place et l'insertion facile e-t peu onéreuse de la chaudière dans une installation de chauffage existante. Un autre objectif de 11 invention est de four nir une cha.udière susceptible d'être utilisée sur tout type d'installation quelque soit la pression du fluide utilisé et le mode de fonctionnement. A cet effet une chaudière conforme à l'inven- tion comprend, à sa partie arrière, un collecteur supérieur et un collecteur inférieur réunis pa.r un système vertical de cir culation de fluide et, à l'avant du collecteur inférieur, un système horizontal de circulation de fluide ra.ccordé à ce colJ lecteur inférieur ; le système vertical est adapté pour se disposer à proximité du contre-coeur de la cheminée et le sys tème horizontal pour se disposer sur le foyer et pour recevoir et supporter le combustible. Selon une caractéristique de l'invention, le système horizontal de circulation est composé d'une plaque de base appelée à reposer sur le foyer, d'une plaque de double fond assujettie sur la plaque de base et délimitant avec cel le-ci une chambre fermée de faible hauteur et de conduits for mant chenets raccordés, à l'avant, sur la plaque de double fond, de façon à communiquer avec la chambre précitée et, à l'arrière, sur le collecteur inférieur, celui-ci se situant à fable hauteur au dessus des plaque de base et plaque de dou ble fond sus-évoquées. Au moins, une chicane est avantageusement disposée dans la. chambre entre la. plaque de ba.se et la. pla.que de fond en vue d'augmenter le tra.jet du fluide circulant dans cette chambre. Selon une autre caractéristique de l'inventioB le système vertical de circulation est composé pa.r une plura lité de conduits reunissant les deux collecteurs. Une plaque-support sensiblement verticale est, de préférence, prévue en regard et à l'arrière de ce système vertical de circulation ; cette plaque comporte deux joues latérales soudées par leur bordure avant, sur les deux con duits latéraux de ce système. Sa présence apporte plusieurs avantages essentiels, en particulier : raidissement de lten- semble, réflexion de la chaleur vers les conduits, suppression de la plague de contre-coeur pour las cheminées nouvelles, transmission de la chaleur par conduction vers les deux conduits latéraux. Comme on le comprendra. mieux plus loin, une telle chaudière bénéficie d'un excellent rendement en raison des surfaces d'échange importantes qu'elle présente et de leur a.gencement ; le système vertical de circulation offre une grande pénétration aux flammes et le système horizontal est efficacement chauffé par les braises et le combustible entrain de bruler, situés sur celui-ci. La partie avant de la. chaudière est entièrement dégagée et le feu de bois peut rayonner et, le cas échéant, servir pour faire griller des aliments comme dans une cneminée classique. D'autres caractéristiques et avantages de l vention se dégageront de la description qui suit, en regard des dessins annexés, lesquels présentent, à titre d'exemples non limitatifs, un mode de réalisation et des a.pplications de l'invention ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description : - la figure 1 est une vue, en perspective, d'une chaudière conforme à l'invention, - les figures 2, 3 et 4 sont respectivement une vue par l'avant, une vue de dessus et une coupe paf un plan aa d'une telle chaudière. - les figures 5 et 6 illustrent deux exemples de fonctionnement de cette chaudière, respectivement en circulation forcée et en thermosiphon. - les figures 7, 8, 9 et 10 schématisent plusieurs montages possibles de la.dite chaudière, soit en chaudière d'apport (fig. 7 et 8), soit en chaudière autonome. (fig. 9 et 10) La. cha.udière représentée à titre d'exemple non limitatif aux figures comprend une plaque support arrière 1 vertica.le, assujettie le long de son arête inférieure sur deux plaques horizontales, une plaque de ba.se 2 et une plaque de double fond 3. A l'avant de la plaque-support 1 -sont disposés une pluralité de conduits tubulaires tels que 4 qui sont soudés, à leur partie haute, sur un collecteur supérieur 5 et, à leur partie basse, sur un collecteur inférieur 6, de façon à communiquer avec ceux-ci. lies conduits tubulaires 4 sont légèrement inclinés vers l'avant de sorte que leur partie haute soit située en avant par rapport à leur pa.rtie basse. lia plaque-support 1 comporte d:ux joues la.té- ra.les 7 et 8 qui sont soudées le long de leur bordure avant sur les conduits latéraux 4a. et 4b et qui ainsi maintiennent l'ensemble, ces joues s'arrêtent en partie basse a.u niveau du collecteur inférieur lequel est situé à faible ha.uteur au dessus des plaques 2 et 3 : l'air peut ainsi librement circuler dans le sens transversal au dessous du collecteur inférieur 6. De plus, la plaque-support 1 est pourvue, en partie haute, d'un renvoi 9 incliné sur le collecteur 5 et les conduits 4 ; ce renvoi s'arrete à une faible distancé du collecteur 5 pour laisser un passage d'air A comme le montre les figures 3 et 4. Par a.illeurs, les pla.ques de ba.se 2 et plaque de double fond 3 délimitent entre elles une chambre fermée de faible hauteur dans laquelle aboutissent des conduits sensiblement horizontaux, tels que 10, formant chenêts ; à I'arrie- re, ces conduits sont soudés sur le collecteur inférieur 1 de façon à communiquer a.vec celui-ci. En l'exemple ces conduits ont été figurés a.u nombre de quatre, mais ils pourraient bien entendu etre prévue nombre différent ; les deux conduits latéraux peuvent, le ca.s échéant, porter des tetes de chenet (non représentées). Une chicane Il est disposée dans la chambre délimitée par les plaques 2 et 3 pour augmenter le trajet du fluide ; il est possible de prévoir un jeu de plusieurs chicanes a.gencées selon l'application envisagée. En l'exemple la chicane 11 est positionnée, dans la zône médiane de la chambre, à l'avant de celle-ci de façon à-laisser un passage ouvert à l'arrière. Comme le représentent les figures, la plaque de base 2 est prévue plus large que la plaque de double fond 3 et déborde de part et d'a.utre de cette dernière. En outre, à cha.cune de ses extrémités, chaque collecteur 5 ou 6 comporte des moyens de raccordement, en l'exemple une partie filetée telle que 12, adaptés pour permettre le ra.ccDrdements soit avec des ca.nalisa*ions d'une installation de cha.uffa.ge, soit a.vec un purgeur, soit avec un robinet de vidange, soit encore avec un bouchon obturateur. On verra que ces dispositions participent à améliorer la. souplesse de montage de la chaudière. Elles sont complétées par la. présence d'obturateurs partiels 13 et 14, soudés respectivement dans le collecteur supérieur 5 et dans le collecteur inférieur 6 ; en l'exemple chaque obtura.teur est très simplement réalisé par une pla.quette de tôle circulaire, sectionnée pour laisser un passage libre (de l'ordre de 1/4 de la section). Pour l'obturateur 13 du collecteur supérieur, le pa.ssage libre est placé en haut et pour l'obturateur 14 de l'autre collecteur, il est pla.cé en ba.s ; ces obturateurs sont positionnés dans la partie médiane de chaque collecteur. La structure de la chaudière ayant été décrite en détail, on va comprendre ci-après les résultats et a.van- tages qu'elle procure. Celle-ci est disposée dans l'autre de la cheminée de sorte que la plaque de base 2 repose sur le foyer et que la plaque-bupport verticale 1 vienne en appui ou à proximité du contre-coeur de la. cheminée. Ainsi installée, la présence de la cha.udière est extrëmement discrète. La partie arrière (conduits 4, collecteurs 5 et 6, joues 7 et 8, renvoi 9, plaque 1 est rela.tivement étroite et demeure dans le fond de la. cheminée sans l'encombrer, ni en troubler l'harmonie ; la. ba.tterie de conduits 4 (prévus en particulier de couleur mâte) constitue même un élément décoratif. La. partie avant de la chaudière ne modifie pas sensiblement l'aspect d'ensemble d'une cheminée cla.ssique pourvue de chenets. lie combustible est placé sur la plaque 3 entre les conduits 10 et sur ceux-ci. lies flammes lechent la batterie de conduits 4 et pénètrent entre ceux-ci, d'a.utant mieux qu'un tirage se développe par le passage A entre le renvoi 9 et le collecteur supérieur. Une partie de la. chaleur est réfléchie par la plaque 1 et par le renvoi 9 vers les conduits 4 qui sont ainsi intensement échauffés. Une partie de la chaleur est absorbée par la. plaque 1 et se transmet par conduction a.ux joues latéra.les 7 et 8, puis aux conduits latéraux 4a. et 4b qui, malgré leur situation excentrée, sont également écha.uffés de façon effica.ce. Par ailleurs, les conduits horizontaux 10, situés a.u milieu du.combustible et des braises, de même que les plaques 2 et 3 supportant les braises absorbent d'importantes quantités de chaleur ; pour une installation cus pression, l'eau est ainsi surchauffée et on obtient une montée rapide en température en évitant le point de rosée (cause de corrosion)* On notera l'importance des surfaces d'échange entre le flux calorifique extérieur et le fluide qui circule dans les collecteurs 5 et 6, dans les conduits 4, dans les conduits 10 et dans la chambre délimitée par les plaques 2 et 3. Signalons que les parties latérales débordantes de la plaque 2 recueillent une certaine quantité de chaleur qu'elles transmettent vers cette chambre. La chaudière conforme à l'invention bénéficie d'une grande souplesse de montage et peut être branchée par n'importe quelles parties filetées 12 sur les arrivées et départs de fluide grâce à la présence des obturateurs partiels 13 et 14 qui, le cas échéant, délimitent dans la chaudière deux circulations séparées tout en permettant un passage de l'une à l'autre s'il y a lieu. De plus, le passage libre prévu en partie haute sur le collecteur supérieur permet de purger la chaudière indifféremuent à partir de l'une ou l'autre des deux extrémités du collecteur supérieur et le passage libre prévu en partie basse sur le collecteur inférieur permet d'effectuer de la même fa çon une vidange indifféremment à partir de l'une ou l'autre des deux extrémités du collecteur inférieur. Notons qu'un avantage supplémentaire de la chaudière conforme a' l'invention réside dans le fait qu'elle peut remédier aux déficiences d'une cheminée ayant tendance à fumer en ef-fet les joues 7 et 8 canalisent la fumée et lui confèrent une vitesse ascentionnelle plus grande (augmentation du tirage). Le fluide sera dans la plupart des cas constitué par de l'eau ; la pression en est indifférente, car les éléments de la chaudière, conduits tubulaires ou plaques soudées délimitant une mince lame d'eau, sont de nature à supporter n'importe quelle pression sans précaution particulière de fabrication en ajustant simplement leurs dimensions. La figure 5 illustre un exemple de montage de la chaudière en circulation accelérée ; l'extrémité 12a du collecteur supérieur est branchée sur l'arrivée d'eau, l'extrémité 12b sur le départ, et les deux extrémités du collecteur inférieur sont obturées par des bouchons tels que 15. La circulation de l'eau est schématisée par des flèches. Compte tenu de la perte de charge introduite par l'obturateur partiel 13, le débit d'eau froide passe entièrement dans le sens descendant à l'intérieur des conduits 4 de la partie gauche de la chaudière sans se mélanger avec le débit d'eau chaude. La figure 6 illustre un exemple de montage de la chaudière en circulation thermosiphon. En cet exemple, deux tuyauteries d'arrivée d'eau froide aboutissent à la chaudière et sont branchées sur les deux extrémités 12c et 12d du collecteur inférieur, cependant que deux tuyauteries de départ sont branchées sur les deux extrémités 12a et 12b du collecteur supérieur. La circulation est schématisée par des flèches ; après s'être échauffée dans les conduits horizontaux 10 et dans la chambre délimitée par les plaques 2 et 3, l'eau de densité réduite (principe du thermosiphon) s'élève dans les conduits 4 avant d'etre évacuée vers les tuyauteries de départ par le collecteur supérieur.Notons que dans le cas où une seule tuyauterie d'arrivée et une seule tuyauterie de départ est branchée sur la chaudière, les passages libres des obturateurs partiels sont suffisants pour assurer une circulation d'eau. La figure 7 schématise une installation fonctionnant en thermosiphon, dotée d'une chaudière conforme à l'invention servant de chaudière d'apport ; en l'exemple une extrémité du collecteur supérieur et une extrémité du collecteur inférieur sont fermées par un bouchon obturateur. Cette chaudière. est montée en dérivation sur le retour d'eau d'une chaudière classique 16 ; un by-pass et des vannes de fermeture 18 et 19 permettent de mettre hors circuit la chaudière de cheminée lorsque le. feu n'est pas allumé. Lorsque le feu est allumé, cette chaudiè re assure un apport i chaleur qui peut être de l'ordure de 15 000 kilocalories/heure ; l'aquastat de la chaudière classique arrête ou met en marche le brûleur de cette dernière pour engendrer selon le besoin le complément précis de chaleur nécessaire. De très importantes économies sont ainsi réalisées. En outre la chaudière de l'invention peut remédier aux pannes de la chaudière classique ou de son brûleur ou, encore, à un défaut de ravitaillement en fuel. La figure 8 schématise un exemple analogue au précédent mais pour une installation fonctionnant en circulation accélérée. La figure 9 schématise une installation dans laquel le une chaudière conforme à l'invention est montée de façon autonome dans une installation de chauffage ; en l'exemple, cette installation fonctionne en thermosiphon. Sur un côté de la chaudière est branché un circuit d'eau comprenant, d'une part un ballon d'eau chaude 20 calorifugé, faisant office d'accu- mulateur de chaleur et de régulateur de température, d'autre part un vase d'expansion 21 avec soupape de sécurité ; une vanne de fermeture est prévue sur le retour de ce circuit, pour éviter le refroidissement du ballon lorsque le feu de cheminée est arrêté. Sur l'autre côté de la chaudière est branché un circuit comprenant des radiateurs tels que 22. La figure 10 schématise une installation dialogue à la précédente, mais dans laquelle-en particulier, pour des questions de facilités d'agencement- la chaudière est branchée sur une tuyauterie unique d'arrivée et sur une tuyauterie unique de départ ; les circuits de ballon d'eau chaude et de radiateurs sont disposés en parallèle. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux termes de la description précédente mais en comprend toutes les variantes. REVENDICATIONS 1/- Chaudière destinée à se loger dans l'âtre d'une cheminée en vue d'utiliser la chaleur d'un feu sans en empëcher le rayonnement, ladite chaudière étant cara.ctérisée en ce qu'elle comprend, à sa partie arrière, un collecteur supérieur et un collecteur inférieur réunis par un systeme vertica.l de circulation de fluide et, à l'avant du collecteur inférieur, un système horizontal de circulation de fluide ra.ccordé à ce collecteur inférieur, le système vertica.l de cir culation étant a.da.pté pour se disposer à proximité du contrecoeur de la cheminée cependant que le système horizonta.l de circulation est a.dapté pour se disposer sur le foyer et pour recevoir et supporter le combustible. 2/- Chaudière selon la revendica.tion 1, caractérisée en ce que le système horizontal de circulation comprend une plaque de base a.ppelée à reposer sur le foyer, une plaque de double fond assujettie sur la plaque de ba.se et délimitant avec celle-ci une chambre fermée de faible hauteur et des conduits formant chenets raccordés à l'avant sur la plaque de double fond de faon à communiquer avec la chambre précitée, et à l'arrière, sur le collecteur inférieur , lequel est situé à faible ha.uteur au dessus des plaque de base et pla.que de fond sus-évoquées. 3/- Chaudière selon la. revendication 2 cara.cté- risée en ce que, au moins, une chicane est disposée dans la. cha.mbre précitée entre la. pla.que de base et la. pla.que de double fond en vue d'augmenter le trajet du fluide circulant dans cett chambre. 4/- Chaudière selon l'une des revendica.tions, 1, 2 ou 3 ca.ra.ctérisée en ce que le système vertical de circulation comprend une pluralité de conduits réunissant les deux collecteurs. 5/- Cha.udière selon les revendications 2 et 4 prises ensembles, caractérisée en ce quelle comprend une pla.- que-support arrière sensiblement verticale, fixée en pa.rtie basse sur les champs arrières des plaque de base et plaque de double fond, cette pla.aue située en regard et à lla.rrière du système vertical de circulation étant-dotée de deux joues la.téra.les, soudées pa.r leur bordure a.vant sur les deux conduits latéraux du système vertical de circulation. 6/- Cna.udièr- selon la revendication 5, ca.ra.ctérisée en ce que les conduits composant le système vertical de circulation sont légerement inclines vers l'avant, de sorte que leur partie haute soit située en avant par ra.pport à leur partie basse, la- plaque-support arrière comprenant en partie haute, un renvoi incliné vers ces conduits s'arrêtant àune fa.ible distance du collecteur supérieur de façon à laisser un passage d'air entre son bord supérieur et ledit collecteur. 7/-.Chaudière selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisée en ce que le collecteur supérieur et le collecteur inférieur comprennent, chacun, un obtu rater partiel situé dans leur partie médiane, chaque obtura- teur fermant partiellement le collecteur considéré et présen- tant une ouverture définissant un passage libre, ouverture pla.- cée en haut pour l'obturateur du collecteur supérieur,et placée en ba.s pour 11 obturateur du collecteur inférieur. 8/- Chaudière selon l'une des revendications 2, 3, 5 ou 6, caractérisée en ce que la plaque de base est prévue plus large que la plaque de double fond et déborde de part et d'autre de cette derniere. 9/- Chaudière selon l' une des revendications 1, 2, 3 4, 5, 6, 7 ou 8 dans laquelle le fluide utilisé est de l'eau, caractérisée en ce que chaque extrémité des deux collecteurs comporte des moyens de raccordement, en particulier une partie filetée, adaptés pour permettre son raccordement, soit avec des canalisations d'une installation de cha.uffage, soit avec un purgeur, soit avec un robinet de vidange, soit a.vec un bouchon obtura.teur en vue de donner une grande souplesse de montage de ladite chaudière et de permettre de la monter dans une installation fonctionnant en thermosiphon a.ussi bien que dans une installation fonctionnant en circulation forcée. 10/-- Chaudière selon l'une des revendications 1, 2, 3, +, 5, 6, 7, 8 ou 9 dans laquelle le fluide utilisé est de 1V eau, caractérisée eL ce qu'elle est montée en chau- diere d'a.pport en dérivation sur le retour d'eau d'une installation comprenant une chaudière classique, un by-pa.ss a.vec vannes de fermeture étant prévu pour permettre, à la. commande de mettre hors circuit la. chaudiere d'apport conforme à I'in- vention. 11/- Chaudière selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 5, 6, 7, 8 ou 9 dans laquelle le fluide utilisé est de l'eau, caractérisée en ce qu'elle est montée de façon autonome dans une installation comprenant un ballon d'eau chaude faisant office d'accumula.teur de chaleur, une vanne de fermeture étant prévue sur le retour du ballon vers ladite chaudière