Brevet FR2294403A1 — publié le 19760709

La présente invention pour objet un échangeur de chaleur à triple flux,normal ou inversé,remarquable par le fait qu'il permet une récupération trés importante des calories perdues dans les conduits de fumée et l'envoie de ces calories dans les divers pièces d'une habitation. De plus l'invention a pour objet de combiner,pour économi -ser lténergie dans les habitations: - le chauffage au bois - la ventilation mécanique controlée simple et double flux - la diffusion de l'énergie éolienne - la climatisation On sait que l'utilisation d'une cheminée traditionnelle à foyer ouvert au bois,dans une habitation chauffée par une installation fonctionnant au mazout ou au gaz et commandée par un thermostat unique,entraine un déréglage du chauffage de l'en -semble des pièces.En effet,la surchauffe de la pièce compre -nant une cheminée,en général un salop ou un séjour,équipée d'un thermostat d'ambiance provoque ltarr8t complet du chauffage,de sorte que seule la pièce avec la cheminée est chauffée. On comprend alors le peu d'engouement des particuliers à utiliser leur cheminée pour un feu de bois,malgré la chaude anbiance qu'il procure. Les divers systèmes actuellement utilisés de récupération de calories dans une cheminée de chauffage au bois à foyer ouvert,présente l'inconvénient raseur de renvoyer les calories récupérées par simple circulation d'air chaud naturelle dans la pièce qui est équipée de l'âtre,d'ou une surchauffe de cette pièce. Pour pallier ces inconvénients on a imaginé,selon l'inven- -tion,de récupérer la chaleur énorme dégagée par les fumées dans la gaine de la cheminée et entrainée par le courant d'air important nécéssaire à la combustion du bois dans le foyer et généralement fourni par l'air ambiant de la pièce pour réchauf -fer de l'air aspiré dans une pièce centrale (hall d'entrée ou couloir de dégagement ) et le canaliser dans l'ensemble de l'habitation en circulation forcée. Un autre but de l'invention est d'utiliser la chaleur du foyer au niveau de la grille pour réchauffer de l'air pulsé en circuit fermé sous pression atmosphérique et le canaliser jusqu'à un réchauffeur d'eau chaude sanitaire. De plus l'invention combine dans les locaux habitables: - le chauffage au bois par une cheminée du type âtre à foyer ouvert,re-arquable par le fait qu'elle est équipée d'un rédu- pér teur de chaleur prévu dans la gaine d'évacuation des fumées et dans le foyer,permettant non seulement le chauffage par rayonnement, ais surtout le chauffage par air chaud de ltense;ble d'une habitation. - La ventilation mécanique controlée simple et double flux par utilisation des gaines de distribution d'air chaud et du ventilateur à vitesse réglable pour faire circuler de l'air recyclé depuis une pièce centrale,hall ou dégagement,et souflage de cet air amené par gaines isolées thermiquement et phoniquement sous les corps de chauffe tels que radiateurs de chauffage central, radiateurs à gaz ou convecteurs électriques.Un filtre inter changeable est intercalé entre la reprise d'air et le ventilateur de façon à retenir les poussières.les pièces à conditionner sont décompressées par installation d'une grille de repris e d'air au bas des portes ou recoupe légère du bas de celle-ci. tes pièces telles que salle de bains et cuisines,génératrices d'odeurs et de buées sont décompréssées par cheminées de venti lation sortant en toiture. - La ventilation mécanique controlée double flux comporte en plus un apport d'air frais extérieur au ventilateur0te controle de la quantité d'air extérieur frais mixé avec l'air recyclé se fait par volet réglable et cet air est réchauffé automatiquement par passage sur des résistances électriques commandées par un thermostat. - La diffusion de l'énergie éolienne produite sous forme d'électricité et utilisée en direct par des résistances electriques placées dans un stockeur de chaleur de mélanges eutectique restituant la chaleur stockée dans la nourice unique de distribution de l'air en sortie d'appareil,la quantité de chaleur à restituer en fonction des besoins calorifiques de l'habitation est controlée par thermostat agissant sur la vanne de controle de ce stockeur. - la climatisation des habitations l'été par installation dans la nourice de distribution de l'air en sortie dappareil,dun évaporateur destiné à rafraichir l'air véhiculé vers les pièces habitables. L'échangeur de chaleur ultiflux est remarquable par le fait que l'utilisateur,en ventilation mécanique controlee peut conbiner le chauffage de base de lthabitation,fuel,gaz ou electricité,avec le chauffage au bois,le renouvellement d'air des locaux habitables,l'utilisation d'énergie naturelle telle que celle produite par le vent et la clinatisation des locaux habitables. A cet effet on a réalisé un échangeur de chaleur en tubes à 4 flux (3 flux d'air plus un flux gaz brulés) au niveau bas et à 3 flux (2 flux d'air plus un flux gaz brulés) au niveau haut. L'invention sera mieux comprise en référence aux dessins annexés,representant à titre d'exemple non limitatif une forme d'éxécution de cet échangeur multiflux. - La figure 1 est une vue en élévation et en coupe du dispo -sitif objet de l'invention. - La figure 2 en est une vue de coté et en coupe. - La figure 3 est une vue en plan par dessus et en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. - La figure 4 est une vue en plan par dessous et en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. - la figure 5 est une vue grossie du détail 31 de la figurel - La figure 6 est une vue grossie du détail 32 de la figure 2 A cet effet on a réalisé une cheminée en tole à doubles parois à la hauteur du foyer,de la hotte et de la gaine d'évacuation des fumées,de manière à y faire circuler de 1'air pulsé par un ventilateur depuis la reprise d'air en sol (hall d'entrée,eouloir ou dégagement) en l'obligeant à traverser un échangeur équipant la gaine d'évacuation des fumées,constitué par plusieurs tubes disposés verticalement dans ladite gaine et dans lesquels circulent les gaz brulés0 Une autre particularité de cette invention réside dans le fait que l'échangeur de chaleur tubulaire est interchangeable tube par tube par le haut san ausan démontage à l'intérieur des locaux habitables. Corme l'illustrent les dessins le dispositif comprend: PARTIE BASSE (selon coupe figure 3) Ier flux - un atre à foyer ouvert 1 permettant la combustion du bois et 11 évacuation ascendante des gaz brulés 2ème flux- un caisson il d'apport d'air à réchauffer récupé rant des calories au niveau du foyer I 3ème flux - une gaine caisson 13 évacuant l'air réchauffé vers le sous sol et récupérant des calories au niveau du foyer I 4ème flux- une gaine caisson 14 évacuant l'air réchauffé vers le sous sol et récupérant des calories au niveau du foyer lo Tes 3ème et 48me flux sont regroupés en un seul flux en 28o PARTIE HAUTE (selon couve figure 4) Ier flux - plusieurs tubes formant échangeur permettant l'évacuation des gaz de combustion,mouvement ascendant par 11 intérieur des tubes et réchauf fage de l'air par l'extérieur des tubes,mouve -ment descendant. 2ème flux- une gaine caisson il d'apport d'air à réchauffer mouvement ascendant. 3ème flux- une gaine caisson 3 récupérant les calories au niveau de l'échangeur pour les évacuer vers l'habitation (mouvement descendant). Ce système multiflux est remarquable nar le fait qu'à partir d'un seul appareil,de multiples possibilités sont offertes à l'installateurs - ventilateur 21 au sous soîCtel que figure 2),récupération des flux 3 et 4 en 28 dans un caisson unique de mélanges d'air chaud0 Cet air est ensuite véhiculé dans les pièces par gaines indépendantes pour chaque pièces et passant dans le sous-sol ou vide sanitaire. - ventilateur 21 en sous sol souflant dans le caisson unique de mélange d'air vers le point 28 et les flux 3 et 4 inversés (de bas en haut),récupèration de l'air chaud en 12 pour distribution dans les pièces habitables par faux plafond ou gaines passant par le grenier. - ventilateur 21 dans faux plafond ou grenier et souflant en 12 vers l'échangeur tubulaire,récupération de l'air chaud par flux 3 et 4 en 28 dans un caisson unique de mélange dtair chaudOCet air est ensuite véhiculé dans les fèces habitables par gaines indépendantes pour chaque pièces et jasant dans le sous sol ou vide sanitaire. - ventilateur 21 dans faux plafond ou grener et souflant en 12 vers l'échangeur tubulaire,rÏcuération de l'air chaud par flux 3 ot 4 en 28 dans un caisson unique le mélanges d'air chaud. lie caisson 28 est raccordé en direct dans ce cas là seulement avec la gaine Il et l'air chaud est renvoyé vers le haut pour distribution par le renier ou faux plafond dans les pièces habitables.Ce raccordement se fait avant le point 12 dans ce cas là. Cet échangeur de chaleur est remarquable par le fait que son montage spécial permet un remplacement éventuel des tubes le composant pièce par pièce car en effet: - les fonds du bas 7 et du haut 26 sont percés par des trous de diamètre inférieur à celui des tubes 8 et les bords sont repoussés en forme de cône (détails figure 5 et 6)N 22 et 23. - lies tubes 8 sont sectionnés de telle façon à obtenir du coté bas un évasement (figure 6 N 24) et du coté haut un léger rétreint (figure 5 N- 29).Tes tubes sont montés sur les fonds avec du mastic réfractaire entre les surfaces en contact. - L'ensemble est maintenu solidaire par blocage de boulons 27 formant tirant sur les 4 angles et au milieu de l'échangeur partie haute et basse. - La partie haute de l'échangeur est terminée par une buse coudée 5 de section carrée à -sa base pour raccordement à la cheminée 33 déportée par rapport à l'appareil et le dégageant entièrement.Ce montage de buse carrée à la base fixée par boulons démontables permet un raccordement des fumées dans 4 positions différentes et le dégagement total de la partie haute de 1' échangeur. - Il devient alors possible de démonter le fond haut 26 de ltéchangeur pour remplacer le ou les tubes défectueux 8.L'intérêt de ce montage est qu'il permet d'effectuer d'éventuelles réparation sur l'échangeur sans avoir à démolir la décoration qu'il aura pu être fait devant l'appareil. - Le fond bas 7,à sa partie inférieure,est équipé de pièces métalliques soudées ou boulonnées 25 empiètent légèrement sur la partie intérieure des trous de fumée et destinées à retenir les déflecteurs métalliques 9 amovibles pour le nettoyage Fige, A leur partie basse les tubes 8 de ltéchnngeur sont munis de déflecteurs ondules 9 en acier destinés à freiner les gaz brulés,tandis que la partie haute du foyer 1 est également équipée d'un déflecteur 10 en acier qui s'étend horizontalement pour répartir uniformément les gaz cvlaud i-ens l'échaneur. la partie arrière du dispositif comporte une double parois Xt en tole,qui s'étend de bas en haut à partir du sous-sol jusqu'à la partie supérieure du caisson 3 avec lequel elle communique par une ouverture 1201es deux cotés latéraux du parallélépipède formant l'âtre à foyer ouvert 11 comportant chacun une double parois I3 et I4 qui s'étend de haut en bas dg -puis la hotte 2 avec laquelle elle communique jusqu'au sous sol en traversant la dalle 30 du niveau. C'dut dans un caisson de distribution générale faisant suite aux deux doubles parois I3 et 14 regroupées en 28 que peut être installé le stockeur de chaleur de élanges eutecti ques et l'évaporateur du climatiseur. La partie inférieure du foyer 7 comporte une partie évasée I5 à doubles parois I6-I7 forant conduit combinant: - en 16 l'apport d'air frais de combustion pris à l'exté- rieur avec volet de dosage. - en 17 le décendrage automatique canalisant les cendres au sous sol dans un récipient métallique amovible,étanche aux fumées. La grille t8 du foyer 1 est constituée par une tubulure en acier inoxydable réfractaire,en forme de serpentin dans lequel l'air circule,pulsé par un ventilateur à turbine situé à l'une des extrémités 19 de la tubulure,tandis que l'autre extrémité 20 conduit l'air surchauffé à travers un générateur d'eau chaude sanitaire du type réchauffeur. le dispositif est complété par une sonde bilame du type "airstat"pour la mise en route et l'arrêt automatique du uen- tilateur centrifuge 21,situé entre la grille de reprise d'air en sol (dans hall ou dégagement) ou en plafond et la double paroi arrière 11. On comprend aisément le fonctionnement du dispositif lorsque la cheminée fonctionne et que la température à l'airs tat atteint 40e centigrade environ,ce dernier déclanche la mise en route du ventilateur 21,qui pulse l'air à réchauffer dans la double parois arrière 11 et le conduit en haut du caisson 3.l'air pulsé est contreint à traverser ltéchangeur constitué par les tubes 8 au contact desquels il se réchauffe,puis est canalisé dans les parois latérales 13 et I4 jusqu'au sous-sol d'ou il est véhiculé au moyen de gaines isolées thermiquement et phoniavlement,dans les pièces à chauffer. Parallèlement,pendant la période d'utilisation du foyer le serpentin formant la grille 18,permet de véhiculer des calorie pour alimenter un générateur d'eau chaude sanitaire du type réchauffeur de chauffage central. Dans le cas ou ce dispositif objet de l'invention est jumelé avec un autre chauffage de base,son fonctionnement en parrallèle va provoquer l'arret du chauffage de base lorsque le ou les thermostats d'ambiance enregistreront la température maximum fixée0 Cependant les pièces de l'appartement vont conti -nuer à être chauffées par l'air chaud pulsé par le ventila- - -teur et les gaines de distribution.Ainsi l'utilisateur peut trés bien envldager L'arrêt autonatique du chauffage de base en fin de soirée,laissant au dispositif,objet de l'invention, le soin de prendre le relais,de chauffer agréablement la pièce ou se trouve le foyer ouvert et d'assurer le chauffage des autres pièces par la distribution d'air chaud-véhiculé par les gaines de souflage.An matin,le chauffagede base se remet en route,en fonction du réglage adopté au thermostat d'ambiance et l'eau chaude sanitaire réchauffée la veille peut être utilisée. Ce dispositif procure une économie importante de la source de chaleur du chauffage éxistant,il peut être installé et adapté dans tous les locaux d'habitation à un ou deux niveaux,ou appartements construits ou à construire et dont la conception permet l'installation des gaines de distribu -tion et d'évacuation0 L'équipement du foyer ouvert 1 par un pare feu en verre trempé spécial,monté sur charnières,avec dispositif de ferme ture,ner et l'utilisation du dispositif en t'feu continu" avec réglage de l'air de combustion par le volet de dosage d'air frais. L'entretien et le nettoyage de l'appareil se fait par le bas avec brosses tournantes et aspiration des suies, lie dispositif objet de l'invention eut fonctionner comme appoint de chauffage ou,par son autonomie cotnplète,peut eer-1ettre de suprirer l'installation de tout autre moyen de chauffage,donc de réduire considérablement l'investissement dans une construction.De plus l'utilisation en ventilation mécanique controlée double flux permet de supprimer les gaines et turbines d'extraction actuellement utilisées qn chauIiage electriauee R E V E N D I C A T I O N S 1- Cheminée de chauffage au bois du genre à foyer ouvert réalisé en tole soudée et équipée d'un récupérateur de chaleur prévu dans la gaine d'évacuation des fumées et dans le foyer, permettant non seulement le chauffage par rayon-coent mais surtout le chauffage par air chaud de l'ensemble d'une habitation et la production d'eau chaude sanitaire par bouilleur caractérisée par le fait qu'elle comporte une double parois à la hauteur du foyer,de la hotte et de la gaine d'évacuation des fumées pour ET faire circuler de l'air pulsé par un ventilateur centrifuge en l'obligeant à traverser un échangeur qui le réchau- ffe,ledit air étant canalisé dans les pièces (,e l'habitation en circulation forcée et recyclée. 2- Cheminée de chauffage au bois suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que l'échangeur de chaleur est constitué par plusieurs tubes démontables un par un par le haut et disposés verticalement dans un caisson prolongeant la hotte qui sur:aonte le foyer et par lesquels stvacuent les fumées 3- Cheminée suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que la grille de foyer est constituée par une tubulure en forme de serpentin dans laquellezun ventilateur pulse de l'air qui est surchauffé et conduit jusqu'à un réchauffeur d'eau chaude sanitaire. 4- Cheminée suivant le revenJiication 1 caractérisée par le fait que les déflecteurs équipant la partie basse des tubes de l'échangeur sont maintenus en place et amovibles par simple quart de tcur grace à une pièce métallique soudée ou visée et débordant légèrement sur la partie intérieure des trous de fuméeO 5- Cheminée suivant la revendication i et 2 caractérisée nar le fait que la partie haute du foyer est équipée d'un déflecteur métallique s'étendant horizontalement sur toute la largeur du foyer,laissant seulement une fenêtre suffisante pour le passage des fumées et destinée à répartir uniformément la chaleur dans l'échangeur. 6- Cheminée suivant la revendication 1 caratérisée par le fait qu'un double conduit placé sous le foyer co rbine l'apport d'air frais de combustion et descendrage automatique de la brille de foyer. 7-Cheminée suivent la revendication 1 caractérisée par le fait que dans une variante le montage d'un pare-feu en verre spécial trempé en deux pièces montées sur charnières avec système de blocage en position ferée,permet l'utilisation de la cheminée en feu continu avec réglage de l'air frais de combustion par volet manuel ou automatique. 8- Cheminée suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que l'échangeur est à trois flux d'air,un flux unique au depart,plus deux flux d'air latéraux regrpupés en un seul flux à la sortie de l'appareil. 9- Cheminée suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que l'échangeur est à multiflux normal ou inversé et groupe Rentrée du flux d'air frais et la sortie du flux d'air chaud en bas ou en haut de l'appareil. tO- Cheminée suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que la buse de fumée coudée à sa sortie,carrée à sa base et boulonnée sur l'appareil,permet un branchement sur la gaine de cheminée dans quatre positions et un dégagqm-ent total du haut de l'appareil pour le remplacement éventuel des ou du tube defectueux. 1T- Cheminée suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que le système à un flux unique d'air au départ et à la rentrée de l'appareil permet l'thilisation de l'énergie dégagée par le bois et l'invertion du sens d écoulement de lrair dans l'appareil avec un seul et mme apareil.