Brevet FR2304861A1 — publié le 19761015

La présente invention concerne un foyer fonctionnant au gaz, du type de ceux comportant un système de sécurité pour l'é- coulement gazeux dans le canal des gaz brûlés qui aboutit .a la cheminée et un système étrangleur comprenant un clapet commandé par bilame, monté dans ledit canal en aval du système de sécurité et commandé de telle façon que, dans toute la plage des températures qui y règnent, la section de passage qu'il laisse libre correspond approximativement au débit des gaz de combustion pour que la quantité de l'air du local qui s'échappe n travers le système de sécurité soit aussi réduite que possible. Un foyer de ce type a déjà été utilisé en Allemagne. Dans ce foyer, le système étrangleur est commandé, d'une part, en fonction de la température qui règne à l'endroit où il est monté et, d'autre part1 en fonction directe de la vitesse d'écoulement en cet endroit. Dans ce foyer, on s'est efforcé d'améliorer le rendement. Par rendement, il faut entendre en l'occurrence le rapport entre la chaleur de combustion produite dans le foyer et la chaleur de combustion utilisée de façon profitable, c'est-à-dire la chaleur de combustion produite moins la quantité de chaleur qui s' échappe par la cheminée. On se rend compte aisément que le rendement est d'autant plus médiocre que la quantité d'air du local chauffé qui s'échappe à travers le système de sécurité est importante. Le problème de l'amélioration du rendement est devenu particulièrement aigu depuis que dans les foyers fonctionnant au gaz, en particulier dans les appareils de chauffage de locaux, on est passé du réglage simple, à deux positions: OUVERT, FERME, avec une arrivée toujours constante de gaz dans la position ouverte, à un réglage progressif, dans lequel le débit du gaz combustible est variable, car dans ce type de réglage la quantité de gaz brûlés varie aussi1 de sorte que la section de passage du canal d'évacuation est occupée dans des proportions très variables et que la quantité d'tir du local qui s'échappe par le système de sécurité varie elle aussi de façon considérable et peut atteindre des valeurs très élevées.Le rendement a en outre diminué parce que les fabricants se sont mis à équiper des appareils de chauffage de puissances diverses avec des canaux d'évacuation des gaz dont la section est normalisée. Comme on a en outre calculé ladite section pour l'appareil le plus puissant, il en résulte que dans les appareils de puissance moins grande, la quantité de gaz brûlés ne suffit pas à occuper complètement la section de passage dans le canal et une quantité d'air excessive est aspirée a travers le système de sécurité. Le foyer connu semble certes, à première vue, constituer la solution juste au problème de l'amélioration du rendement par diminution de la quantité d'air du local aspirée à travers le système de sécurité; en réalité, dans la pratique, Wn se heurte à de grosses difficultés, dont la principale réside dans le fait que la commande du système étrangleur en fonction du tirage de la cheminée doit s'effectuer en utilisant comme grandeurs de commande des pressions statiques et dynamiques très faibles, ce qui oblige à recourir à des mécanismes très sensibles qui, en raison même de leur sensibilité, sont fréquemment en dérangement. L'invention a donc pour objet de réaliser un foyer fonctionnant au gaz du type précité, sans commande coûteuse et sujette à dérangement du système étrangleur en fonction directe du tirage de la cheminée, construit de façon que l'appel d'air du local reste faible dans toute l'étendue de la plage de fonctionnement et qu'il en résulte un bon rendement. A cet effet, dans le foyer selon l'invention, le système étrangleur est commandé exclusivement par la température qui règne à l'endroit du canal où il est monté et, par des mesures agissant sur l'allure de la température à la section étranglée, il est réglé sur la courbe spécifique du débit des gaz brûlés en fonction de la température mesurée à l'endroit où il est monté de façon à assurer le passage d'un faible courant d'air du local à travers le système de sécurité, courant dont le débit, qui est fonction du tirage de la cheminée, agit sur le système étrangleur dans le sens d'une diminution de la section de passage lorsque le tirage de la cheminée augmente et vice versa. On connaît aussi des clapets montés dans le canal des gaz brûlés de foyers fonctionnant au gaz, qui sont commandés par un système bilame et dont le fonctionnement est lié directement au tirage de la cheminée, sans autre influence. Mais ces clapets ont essentiellement pour fonction d'isoler le foyer de la cheminée lorsqu'il ne marche pas afin d'éviter un refroidissement de la pièce par un appel d'air à travers la cheminée, et ils rétablissent la communication entre cette dernière et le foyer lorsque celui-ci est mis en marche. I1 est évident que dans ces appareils le clapet de type bilame s'ouvre aussi continuellement plus ou moins en fonction de la température qui règne à l'endroit où il est monté et naturellement aussi on peut s'attendre dans ces appareils à ce que l'air aspiré à travers le système de sécurité agisse sur ce clapet du fait que la quantité d'air aspiré augmente avec le tirage de la cheminée, qu'elle refroidit l'ensemble du courant gazeux à l'endroit où se trouve le clapet et,de ce fait, ferme davantage ce dernier.Par contre, on n'a jusqu'ici jamais essayer de conformer le clapet de type bilame en organe de commande de façon que l'allure-de la température à la section de pas- sage dont il commande l'étranglement corresponde à l'allure de la température des gaz brûlés spécifique de l'appareil de chauffage qu'il équipe et, surtout, on n'a jusqu'ici pas pensé qu'en adaptant l'allure de la température à la section étranglée à l'allure de la température des gaz brûlés (mesurée à l'endroit où se trouve le clapet) par la seule utilisation de l'effet de refroidissement du clapet par l'appel d'air du local, on obtient une commande du clapet qui permet de maintenir faible le débit de l'air du local aspiré et d'améliorer ainsi le rendement à un degré comparable à celui obtenu avec le foyer connu dont il a été parlé plus h aut. Alors que cet appareil connu est basé sur le principe que l'appel d'air à travers le système de sécurité est nuisible et doit donc être évité, la présente invention repose sur le principe opposé, à savoir que l'appel d'air du local à travers le système de sécurité, lorsqu'on le tolère dans une proportion limitée, peut contribuer à une commande indirecte du système étrangleur en fonction du tirage de la cheminée. L'adaptation de l'allure de la température à la section étranglée à l'allure de la température des gaz brûlés peut s'effectuer, par exemple, en disposant dans la surface du clapet de type bilame, au moins un volet également de type bilame, apte à s'écarter par pivotement de ladite surface. Grâce à cette mesure, on obtient une augmentation rapide de la section de passage utile dans la plage des températures inférieures, car, outre la section de passage libérée par le clapet entre ses bords et la paroi du canal d'évacuation, le basculement du volet crée un passage supplémentaire à l'intérieur de la surface occupée par le clapet. Le rapport de surface entre ce passage et la section de passage libérée est évidemment très grand lorsque le clapet se trouve près de sa position de fermeture, alors qu'il est presque nul lorsque le clapet se trouve en position d'ouverture maximale, dans laquelle il est pratiquement parallèle à la direction de 1 'écou- lement gazeux. Suivant le type de clapet, le volet peut être articulé de façon que son pivotement soit de même sens ou de sens contraire que celui du clapet. Une autre mesure pour adapter l'allure de la température à la section étranglée à celle des gaz brûlés peut consister à diminuer la section de passage utile correspondant à une position angulaire définie du clapet par des éléments d'obturation qui, sur l'étendue du pivotement partiel correspondant à cette position, touchent au moins approximativement la face enveloppe définie par les bords du clapet au cours de ce pivotement. Par une conformation et une disposition appropriées de ces éléments, on peut adapter l'allure de la température à la section étranglée de façon très précise, sur une plage étendue.Les éléments peuvent, par exemple, être disposés de façon à masquer, dans la plage des.températures inférieures, une partie de la section étranglée rendue libre entre la paroi du canal et le clapet lors de lt ouverture de ce dernier. Mais ils peuvent aussi être disposés de façon à toucher les faces enveloppes décrites par les bords du clapet, ou à s'en rapprocher, dans une plage qui correspond à la position du clapet pour des températures moyennes à supérieures. De ce fait, l'augmentation de la section de passage lors de l'augmentation de la température peut être réduite, voire ramenée à zéro. I1 est même possible d'obtenir une diminution de la section de passage lorsque la température augmente. I1 va de soi qu'il est possible de combiner les mesures ci-dessus. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce clapet: Fig. 1 est une vue en perspective d'un premier clapet connu, comportant quatre volets de type bilame masquant chacun un quadrant de la section circulaire du canal d'évacuation des gaz brûlés; Fig. 2 est une vue en coupe axiale fortement schématisée d'un clapet selon l'invention, suivant II-II de fig. 1; Fig. 3 à 8 représentent trois autres variantes selon 1' invention du clapet de fig. 1, vus en coupe comme à la fig. 2 et vus de dessus dans le sens axial; Fig. 9 est une vue en perspective d'un deuxième clapet selon l'invention; Fig. 10 est une vue en coupe d'un troisième clapet perpendiculairement à l'axe de pivotement. Dans le clapet représenté à la fig. 1, désigné par la référence générale 10, une douille 12 est divisée en quatre quadrants par quatre croisillons 14, qui se rencontrent sur l'axe de la douille , et chaque qadrant est masqué par un volet 16. Chaque volet 16 est constitué r > ar une mince lame bimétallique, divisée par des fentes 18 en bandes 20 reliées les unes aux autres a la périphérie du volet. Sur chaque croisillon 14 est fixé wn des volets 16 par un de ses bords et ce, de telle façon qu'a l'état déployé, c'est a-dire pour un réchauffement maximal, le volet est appliqué à plat contre le croisillon associé. Dans cette position, les volets libèrent la totalité de la section de la douille 12, c'està-dire la section du canal d'évacuation des gaz brûlés du foyer, canal dans lequel le clapet 10 est monté entre un système de sécu- rité assurant ltécoulement gazeux et la cheminée.Lorsque le foyer est hors service et par conséquent froid, les volets 16 s'écartent du plan des croisillons 14 et s'incurvent en direction de la face interne de la douille 12, les bords 22 des volets tournés vers ladite face étant conformés de façon à épouser la forme de cette dernière, de sorte qu a cet endroit la section de passage est pratiquement obturée. Le second bord libre 24 de chaque volet 16 se déplace lors du pivotement de ce dernier dans le plan du croisillon 14 qui, avec celui où est fixé le volet, définit le quadrant correspondant. Le bord 26 des croisillons 14 tourné dans le sens de l'écoulement des gaz brûlés (flèche A) a un profil curviligne qui correspond à la courbure des volets en position de fermeture, de sorte que dans cette position, il est sensiblement parallèle au bord 24 du volet.Si le volet 10 qui vient d'être décrit en référence à la fig. 1 se réchauffe, les volets 16, en vertu de leur construction bilame, pivotei.t en direction du plan du croisillon 14 qui les porte, libérant ainsi un passage entre les bords 24 et 26 et entre les bords 22 et la face interne de la douille 12 pour l'écoulement des gaz brûlés et de l'air du local aspiré par la cheminée à travers le système de sécurité. La position des volets 16 ne dépend donc que de leur température, et en aucune façon de la quantité plus ou moins grande de gaz brûlés produite à cette température. Or l'allure de la température des gaz brûlés produits diffère d'un foyer a l'autre et il est décrit ci-apres des modifications apportées au clapet représenté â la fig. 1 pour adapter l'allure de la température à la section de passage étranglée ou non à celle des gaz brûlés d'un foyer déterminé. Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 2, le croisillon 14' est prolongé en direction de la flèche A , de fa çon que son bord curviligne 26' ne coïncide plus avec le bord 24 du volet 16 associé dans la position de fermeture de ce dernier. Comme le montre le profil représenté en trait discontinu du bord 24 dans plusieurs positions intermédiaires d'ouverture du volet 16, dans les plages de températures inférieures et moyennes (faible ouverture du volet 16), le passage ouvert aux gaz brûlés entre les bords 26' et 24 est beaucoup plus étroit que dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1. Ce qui signifie que cette forme d'exécution convient particulièrement a un foyer dans lequel la production de gaz brûlés est relativement faible aux basses températures.Le profil du bord 26" du croisillon 24" à la fig. 3 montre que les bords 26 des croisillons 2s peuvent être modifiés à volonté dans des limites fixées pour permettre une adaptation précise de l'allure de la température à la section de passage à celle des gaz brûlés produits. La fig. 3 montre une autre possibilité de modifier l'allure de la température à la section de passage. Le croisillon 14" présente une ouverture 28, apte à être obturée par un volet auxiliaire 30, également de type bilame. Lorsque le foyer ne fonctionne pas, le volet auxiliaire 30 se trouve dans le même plan que le croisillon i4", mais au fur et à mesure que la température augmente, il s'écarte de ce plan, comme le montrent les traits discontinus â la fig. 4. Cette mesure aussi porte surtout ses fruits dans la plage des températures basses et moyennes, car dans la plage des températures élevées, l'ouverture 28 est masquée par le volet 16 fixé sur le croisillon 14". Comme la section de passage est tout d'abord augmenté de la surface de l'ouverture 28, cette variante de clapet selon l'invention convient avant tout aux foyers dans lesquels la production de gaz brûlés est relativement forte aux températures basses et moyennes. Même si le prolongement du croisillon 14 et le montage d'un volet auxiliaire 30 sur le croisillon 14" relèvent de principes opposés, il est possible, le cas échéant, de les combiner pour adapter l'allure de la température des gaz brûlés produits avec la progression désirée sur une plus grande plage de températures. Les fig. 5 et 6 représentent une variante du principe représenté aux fig. 3 et 4, des ouvertures 32 étant cette foispr; vues dans les volets 16, ouvertures obturables par des volets auxiliaires 34 de type bilame. Comme le montre la fig. 5, on peut conformer les volets auxiliaires 34 et les disposer de telle fa çon que leur pivotement s'effectue dans le sens opposé à celui du pivotement des volets 16. Ces mesures permettent aussi d'obtenir une augmentation de la section de passage aux températures basses et moyennes, tandis qu'aux températures élevées, c'est-à-dire lorsque les volets 16 sont pratiquement parallèles au sens de 1' écoulement gazeux, les ouvertures 32 ne jouent plus aucun rôle. il va de soi que les ouvertures 32 et les volets auxiliaires 34 peuvent aussi être prévus sur les deux autres volets 16 où ils ne se trouvent pas à la fig. 6. Il peut arriver que la production de gaz brûlés dans une plage de températures déterminée reste approximativement la même, voire, dans une plage de températures déterminée tout au moins, diminue à mesure que la température augmente; en d'autres termes, il peut être nécessaire de maintenir constante, voire de diminuer la section de passage utile bien que les volets 16 s'écartent davantage du plan des croisillons sous l'influence de l'augmentation de la température. On peut y parvenir, par exemple, à l'aide d' éléments d'obturation, représentant par exemple des éléments d'une calotte sphérique décrite par le bord 22 d'un volet 16 lors de son pivotement.Dans cette forme d'exécution, représentée sur le côté gauche des fig. 7 et 8, le volet 16, dans la plage des températures moyennes, par exemple, du fait que son bord 22 est appliqué contre la bande de calotte sphérique 36, ne libère que la section de passage utile qui correspond pratiquement à la position d'ouverture du volet 16 aux basses températures. La section de passage utile augmentera de nouveau lorsque le bord 22 du volet 16 aura quitté la zone de la bande 36. Comme le montre le côté droit des fig. 7 et 8, l'élément d'obturation ne doit pas obligatoirement se trouver dans la face enveloppe décrite par le bord 22, mais comme l'élément 38, aux fig. 7 et 8, il peut s'en rapprocher progressivement par la courbure de son profil, de sorte que le passage entre le bord 22 et l'élément 38 diminue progressivement lors du pivotement du volet 16 hors du plan du croisillon. Il va de soi que les mesures qui viennent d'être décrites peuvent être combinées à volonté et prévues pour deux quadrants ou pour tous les quatre. A l'exception des modifications de forme apportées aux croisillons 14, ces mesures peuvent aussi être appliquées à un clapet qui, au lieu de quatre volets de type bilame n'en comporte que deux, fixés de part et d'autre d'une traverse correspondant au diamètre de la douille et masquant chacun une moitié de la section circulaire. Le clapet connu représenté à la fig. 9 comporte un cadre 39 sensible rectangulaire, définissant une ouverture 40 également rectangulaire et muni de bilames 42 et 44, représentés ici en position légèrement ouverte. Sur une des faces du cadre 39 est fixé un masque d'amiante 46 avec une ouverture circulaire 48 pour adapter le clapet à un canal d'évacuation de section circulaire. Les modifications selon l'invention qui viennent d'être décrites sont également applicables à ce type de clapet. Le trait discontinu 50 représente par exemple une joue qui, dans une plage de basses températures obture la section de passage entre le bord 52 de l'ouverture rectangulaire 40 du cadre et les bords adjacents 55, 57 des bilames42, 44. On pourrait aussi prévoir, par exemple sur les bords longitudinaux 59 61 des bilames centrales 42 des flasques perpendiculaires au plan des dites bilames, qui masqueraient une partie du passage résultant du pivotement vers l'ex- térieur des bilames 42, 44.Comme dans les surfaces des volets 16, on peut prévoir aussi dans celle des bilames 42, d'autres bilames 53 (représentées en traits discontinus), qui agrandissent la section de passage utile dans les plages de températures basses et moyennes. Le troisième clapet représenté succintement à la fig. 10 comporte aussi un cadre rectangulaire 54 avec une ouverture rectangulaire 56, obturable par un volet rectangulaire 58. Ce volet est monté sur un axe de pivotement perpendiculaire au plan de la figure par l'intermédiaire de deux bilames 60 enroulées en spirale, chacune de ces deux bilames 60, dont une seule est représentée à la fig. 10, étant fixée par une de ses extrémités au volet 58 et par son autre extrémité au cadre 54. Dans cette forme d'exécution aussi, les modifications décrites en référence aux fig. 2 à 8 pour diminuer la section de passage utile sont parfaitement applicables.Ainsi, la référence 64 désigne par exemple un élément d'obturation incurvé de telle façon que le bord 66 du volet 58, qui s'étend perpendiculairement au plan de la figure, se rapproche progressivement de lui aux températures élevées, c'est-à-dire lorsque l'angle d'ouverture grandit, jusqu'a empêcher le courant gazeux de passer autour de ce bord 66. Sur l'autre côté, le passage des gaz brûlés à travers le plan décrit par un bord 68 du volet 58 parallèle au plan de la figure peut être empêcher en disposant un flasque 70 représenté en trait discontinu. Enfin, des volets auxiliaires 72 de tyne bilame peuvent aussi être placés dans la surface du volet 58, pour augmenter la section de passage utile aux basses températures. Les formes d'exécution qui viennent d'être décrites montrent que les mesures selon l'invention pour adapter l'allure de la température à la section de passage de clapets de type bilame à l'allure de la température des gaz brûlés produits sont applicables aux clapets de diverses constructions et, prises individuellement ou en combinaison offrent une foule de possibilités pour adapter, avec des moyens simples, le clapet au foyer auquel il est destiné, de façon à améliorer le rendement de ce dernier, en particulier dans la plage des t'empératures basses et moyennes. - REVENDICATIONS 1.- Foyer fonctionnant au gaz, du type de ceux comportant un système de sécurité pour l'écoulement gazeux dans le canal d'évacuation des gaz brûlés qui aboutit à la cheminée et un système étrangleur comprenant un clapet commandé par bilame, monté dans ledit canal en aval du système de sécurité et commandé de telle façon que, dans toute la plage des températures qui y règnent, la section de passage qu'il laisse libre correspond approximativement au débit des gaz brûlés pour que la quantité de l'air du local qui s'échappe à travers le système de sécurité soit aussi réduite que possible, caractérisé en ce que le système étrangleur est commandé exclusivement par la température qui règne à l'endroit du canal où il est monté et en ce que, par des mesures agissant sur l'allure de la température à la section é- tranglée, il est réglé sur la courbe spécifique du débit des gaz brûlés en fonction de la température mesurée à l'endroit où il est monté de façon à assurer le passage d'un faible courant de l'air du local à travers le système de sécurité, courant dont le débit, qui est fonction du tirage de la cheminée, agit sur le système étrangleur dans le sens d'une diminution de la section de passage lorsque le tirage de la cheminée augmente et vice versa. 2.- Foyer selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'a l'intérieur des surfaces du clapet commandé par bilame est monté au moins un volet auxiliaire commandé par bilame et apte à pivoter vers l'extérieur en stécartant des dites surfaces. 3.- Foyer selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la section de passage utile correspondant à un angle de pivotement déterminé du clapet est diminuée par des éléments d'obturation qui, a l'intérieur de cet angle de pivotement, touchent au moins approximativement la surface enveloppe décrite par les bords du clapet lors du pivotement de ce dernier.