Brevet FR2470944A1 — publié le 19810612

La présente invention concerne un dispositif d'échange thermique pour extraire les calories d'une oaroi chaude à l'effet de refroidir ladite oaroi et de chauffer un courant d'air lechant cette paroi et destiné notamment au chauffage-de locaux L'invention s'applique plus oarticuliàrement à un dispositif de ce type destiné à récupérer la chaleur d'un foyer de cheminée du type à foyer ouvert telle qu'une chemines domestique et à envoyer l'air, réchauffé par ledit dispositif, soit dans la pièce comportant ladite chemines, soit dans d'autres pièces, en mettant éventuellement en oeuvre des moyens favorisant la circulation de l'air chaud On connait déjà des dispositifs de chauffage d'air intégrés aux cheminées domestiques par échange thermique entre de l'air froid, aspiré de l'extérieur des locaux ou d'un sous-sol ou de toute autre manière et une paroi chaude qui peut être la paroi arrière de la cheminée ou une paroi située entre une portion du circuit des fumées et une portion du circuit du gaz à réchauffer et à distribuer ou encore la sole du foyer que celle-ci comporte ou non une plaque foyer. Cependant les dispositifs connus n'ont pas un rendement thermique élevé en raison des structures adoptées qui ne permettent pas un échange thermique efficace entre la paroi chaude et l'air à réchauffer et/ou qui nDassurent pas un débit d'air chaud suffisez ment important Le dispositif de l'invention permet de remédier à ces inconvénients et est caractérisé en ce qugil comprend une plaque métal lique constituant la paroi chaude précitée et des ailettes métalliques solidaires de la face interne de ladite plaque et disposées substantiellement parallèlement entre elles, ces ailettes formant plusieurs rangées, de préférence au moins trois, d'ailettes endisposi tion alternée d'une rangée à la suivante, l'écartement desdites ailettes étant de l'ordre de 15 à 30 me et leur hauteur de l'ordre de 5 à 15 cm, de préférence d'au moins 9 cm La disposition précitée est telle que l'air à chauffer circulant entre lesdites ailettes, reste constasn,ent a faible distance desdites ailettes, au maximum 15 mn, en raison de la disposition serrée des ailettes et du fait qu'elles s'étendent dans l'ensemble de l'espace de circulation de l'air au niveau de la paroi chaude précitée Par ailleurs, le choix d'une hauteur convenable des ailettes, qui a été déterminée comme devant être comprise entre 5 cm et 15 cm, permet d'obtenir un débit d'air chaud élevé sans nuire à l'efficacité de lie, change thermique ; en effet, une hauteur d'ailettes inférieure à 5 cm entrainerait un débit d'air chaud anormalement faible tandis que, dans le cas d'une hauteur d'ailettes supérieure à 15 cm, les parties des ailettes les plus éloignées de la plaque métallique seraient insufisamment chaudeA,ce qui aurait pour effet de diminuer la température moyenne du courant d'air chaud produit par le dispositif ; en fait, la hauteur optimale des ailettes dépend de l'épaisseur de celles-ci et, en tout état de cause, est de préférence d'au moins 9 cm pour assurer les meilleures conditions de débit.Par ailleurs, la disp-sition alternée des rangées d'ailettes permet un meilleur brassage de l'air au sein du dispositif de transfert et par conséquent un échange thermique d'efficacité plus élevé. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de transfert de chaleur précité se présente avantageusement sous la forme d'un caisson pourvu d'au moins une arrivée d'air et d'au moins un départ d'air, l'une des parois dudit caisson étant constituée par la plaque métallique précitée, l'épaisseur de l'espace intérieur dudit caisson étant substantiellement égal à la hauteur des ailettes de ladite plaque. Le caisson précité est placé soit en arrière du foyer de la cheminée, soit en dessous de celui-ci. Dans le premier cas, la plaque métallique précitée constitue la paroi avant dudit caisson tandis que dans le second cas, elle en constitue la paroi de dessus ; dans un cas comme dans l'autre, cette plaque métallique peut être en contact direct avec le foyer et constituer notamment soit la plaque carrière du foyer, laquelle peut comporter, sur sa face externe, tournée vers le foyer, un motif décoratif, soit la plaque foyère. Bien entendu, la plaque métallique du dispositif de l'invention peut être séparée du foyer par une paroi, par exemple en maçonnerie réfractaire,ou être utilisée dans une structure de cheminée telle que ladite plaque se trouve chauffée non plus directement par le foyer, mais par les fumées s'en échappant. Selon une caractéristique de l'invention, les parois du caisson précité autres que celle constituée par la plaque métallique précitée forment une élément métallique, éventuellement pourvu d'un calorifugeage externe, cet élément métallique, de profil approprié, étant fixé de manière étanche sur la plaque métallique précitée. Conformément à une caractéristique importante de l'invention, la plaque précitée est en fonte et les ailettes dont elle est munie sont en acier inoxydable et présentent une épaissur comprise entre 2/10 de mm et 1 mm, de préférence entre 2/10 et 4/10 de mm. Bien entendu, la plaque et les ailettes précitées peuvent être en métal ou alliage conducteur de la chaleur, autre que la fonte ou l'acier ; notamment, cette plaque et les ailettes qu'elle porte peuvent former un ensemble monobloc en bronze. L'invention concerne également un procédé particulier de fabrication du dispositif comportant une plaque en fonte et des ailettes en acier inoxydable ; conformément à ce procédé, les ailettes précitées sont rendues solidaires de la plaque en enfonçant, sur une profondeur de l'ordre de 2 à 8 mm, les bords d'extrémités desdites ailettes dans une masse de fonte en fusion destinée à former, par refroidissement, la plaque précitée, et, ensuite, an laisse refroidir ladite masse de fonte. D'autres caractéristiques, objets ou avantages de l'invention apparaîtront e cours de la de-cr5ption oui vo suivre de Nhsieurs modes de réalisation, donnés à titre non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue de la face interne de la plaque métallique d'un dispositif de transfert de chaleur selon un mqde de réalisation de l'invention - la figure 2 représente une vue, côté arriere1d'un caisson du dispositif de transfert de chaleur auquel appartient la pla- que de la figure 1, cette olaque étant supposée retirée sur la vue de la figure 3, ce caisson étant destiné à être placé en arriere du foyer d'une cheminée domestique - la figure 3 représente une vue en coupe transversale, selon A - A des figures 1 et 2, du caisson de la figure 3 muni de la plaque de la figure 1 - la figure 4 représente une vue en perspective d'un dispositif de transfert de chaleur selon unautre mode de réalisation de l'invention, ce dispositif étant destiné à être intégré dans la sole d'une cheminée domestique 9 et - la figure 5 représente une vue schématique illustrant un pro- cédé particulier de fabrication d'un dispositif de transfert de chaleur conforme à l"nvention On voit sur la figure 1 une plaque métallique 1 dont l'une des faces est munie de trois rangées 2, 3 et 4 d'ailettes métalli ques 5 disposées parallélement entre elles, ces ailettes étant en disposition alternée;par exemple, l'ailette 5a de la rangée 3 s'insè- re entre les ailettes 5b et 5c de la rangée 2, à égale distance entre celles-ci. Ces ailettes sont fixées, par tous moyens appropriésJsur la plaque 1 de telle sorte que la chaleur de ladite plaque puisse se transmettre facilement auxdites ailettes ; l'ensemble formé par la plaque 1 et ses trois séries d'ailettes peut être en un m8me métal, tel que par exemple le bronze, ou bien les ailettes peuvent être en acier inoxydable et la plaque en fonte ; bien entendu, d'autres métaux bonsconducteursde la chaleur pourraient être également utilisés. Dans l'exemple représenté, l'épaisseur des ailettes est par exemple de 3/10 mm, ces ailettes étant en acier inoxydable et insérées dans la plaque métallique 1, en fonte ; l'écartement desdites ailettes est de 25 mm, de telle sorte que, pour une plaque d'environ 50 cm de largeur, le nombre d'ailettes de chaque rangée est de dix-neuf ; sur les figures, pour augmenter la clarté, on a représenté les ailettes plus espacées qu'elles ne le sont en réalité ; la hauteur des ailettes est ici de 9,5 cm. Le caisson représenté sur les figures 2 et 3 est destiné à être placé à l'arrière d'un foyer de cheminée ; sa paroi avant, située du côté du foyer, est constituée par la plaque 1 qui, avec ses ailettes 5, forme un ensemblevamovible. Les autres parois de ce caisson sont constituées par une t81e métallique convenablement galbée 7, d'une épaisseur de 2 à 3 mm ; l'épaisseur de la plaque de fonte 1 est par exemple de 15 mm ; dans l'état monté du caisson, représenté sur la figure 3, la plaque 1 est fixée sur la tôle 7, par des moyens non représentés, avec interoosition d'un joint e logé dans une gorge periphérique 9 de la tale 7.On remarque que la hauteur des ailettes 5 est égale à l'épaisseur de l'espace intérieur du caisson 6, de telle sorte que les ailettes 5 emplissent tout l'espace utile du caisson à l'exception de sa zone d'extrémité inférieure 10 dans laquelle dsboucher,Fles canalisations d'amenée d'air d'air froid 11 et 12 et de sa zone d'extrémité supérieure 13 qui communique avec la canalisation de sortie d'air chaud 14 ; les lignes discontinues de la figure 3 représentent les ailettes de la série intermédiaire 3 d'ailettes. Le caisson des figures 1 à 3 peut être placé de telle sorte que la plaque de fonte 1 soit directement exposée à l'action du foyer ; dans ce cas, la surface externe de la plaque 1, c'est-à-dire celle qui est opoosée à la face visible sur la figure 1, portant les ailettes 5, oeut comporter un motif décoratif venant de fonderie Le dispositif du mode de réalisation de la figure 4 compor- te un caisson 14 relié à deux canalisations 15 et 16 d'entrée d'air froid et à une canalisation 17 de sortie d'air chaud ; ce caisson est destiné à être intégré à la sole d'une cheminée domestique; sa paroi de dessus est constituée par une plaque métallique 18, munie, sur sa face interne, d'ailettes 19, l'ensemble formé par ladite plaque et lesdites ailettes ayant une structure analogue à celle de l'ensemble plaque-ailettes de la figure 1 ; la plaque 18 neut avantageusement constituer une plaque foyer sur la surface externe de laquelle on peut faire directement le feu On voit sur la figure 5 un moule 20 à ciel ouvert, destiné au moulage de la plaque de fonte 1' d'un dispositif de transfert de chaleur selon l'invention , la référence 7s désigne un élément métal lique, en tôle d'acier, sur la paroi interne duquel on a soudé, par points, plusieurs rangées alternées d'ailettes 5", en acier inoxyda ble, cet élément métallique 7D étant destiné à former la paroi laté- rale ainsi que la paroi arrière (ou la paroi de dessous dans le cas d'un caisson disposé dans la sole de la cheminée) d'un caisson de dispositif selon l'invention, sn association avec la plaque de fonte 1' La préparation s'effectue de la façon suivante L'ensemble formé par l'élément métallique 7 et les ailettes 5' soudées sur celui-ci est présenté au-dessus de le masse de fonte en fusion contenuRdans le moule 20, les ailettes étant dirigées du c8té de la surface libre de cette masse de fonte 9 les bords d'ex- extrémité desdites ailettes sont ensuite enfoncés dans la fonte en fusion sur une orofondeur de l'ordre de 2 à s mm, de préférence de 4 à 5 me, à la suite de quoi on laisse refroidir la masse de fonte On procède ensuite au démoulage de l'ensemble ainsi obtenu, qui constitue le corps du caisson, sur lequel il suffit de rapporter, notamment oar soudage, les embouts nécessaires au raccordement des canalisations d'entrée d'air froid et de sortie d'air chaud Un dispositif selon les figures 1 à 3 avec ailettes en acier de 3/10 de mm d'épaisseur, (plaque en fonte de cm x cm) a donné, lors d'un essai dans une cheminée, une élévation de température moyenne de l'air de 60 C pour un débit de 445 m3/heure (vitesse linéaire : 2,75 m/s, ce qui correspond à une puissance de 8 0ED Kcal/h. Il va de soi que la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui ont été donnés à titre purement explicatif. En conséquence, tous moyens équivalents aux moyens ou modes de réalisation décrits, modifications ou variantes de ces moyens ou modes de réalisation font également partie de la présente invention telle que définie par les revendications ciaprès. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transfert de chaleur d'une paroi chaude à un courant d'air circulant au contact de celle-ci, utilisable notamment dans une cheminée du type à foyer ouverttladite paroi étant située en arrière ou en dessous du foyer de ladite cheminée, caractérisé en ce qu'il comprend une-plaque métallique constituant cette paroi chaude at des ailettes métalliques solidaires de la face interne de ladite plaque et disposées substantiellement parallélement entre elles, ces ailettes formant plusieurs rangées, de préférence au moins trois, d'ailettes en disposition alternée d'une rangée à la suivante, l'écartement desdites ailettes étant de l'ordre de 15 à 30 mm et leur hauteur de l'ordre de 5 cm à 15 cm et de préférence d'au moins 9 cm. 2. Dispositif de transfert de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un caisson pourvu d'au moins une arrivée d'air et d'au moins un départ d'air, la paroi avant ou la paroi de dessus dudit caisson étant constituée par la plaque métallique précitée, l'épaisseur de l'espace intérieur dudit caisson étant substantiellement égal à la hauteur des ailettes précitées. 3. Dispositif de transfert de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi latérale et la paroi carrière ou la oaroi de dessous du caisson précitée est constituée par un élément métallique, éventuellement pourvu dgun calorifugeage externe, de profil approprié, qui est fixé de manière étanche sur la plaque métallique précitée 4.Dispositif de transfert de chaleur selon lune des revendications précédentes caractérisé en ce que la plaque précitée est en fonte et en ce que les ailettes précitées sont en acier inoxydable et ont une épaisseur comprisse entre 2/10 de mm et 1 mm, de préférence entre 2/10 et 4/10 de me 5 Dispositif de transfert de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ailettes précitées sont noyées dans la masse de fonte sur une profondeur de 2 à 8 mm,de préférence 4 à 6 mmO 6 Dispositif de transfert de chaleur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les ailettes précitées sont fixées, de préférence par soudage par point53 sur la paroi arrière ou la paroi de dessous du caisson précité. 7. Dispositif de transfert de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque et les ailettes précitées forment un ensemble monobloc en bronze. 8. Procédé de fabrication du dispositif de transfert de chaleur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les ailettes précitées sont rendues solidaires de la olaque précitée en enfonçant, sur une profondeur de l'ordre de 2 à 8 mm, les bords d'extrémité desdites ailettes-dans une masse de fonte en fusion destinée à former, par refroidissement, la plaque précitée et en ce qu'on laisse ensuite refroidir ladite masse de fonte. 9. Procédé de fabrication du dispositif de transfert de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à souder les ailettes en acier inoxydable précitées sur la partie de l'élément métallique destinée à former la paroi arriere ou la paroi de dessous du caisson métallique précité, à présenter l'ensemble ainsi obtenu au-dessus d'une masse de fonte en fusion destinée à former, par refroidissement, la plaque précitée, les ailettes étant dirigées du côté de la surface libre de cette masse de fonte, à enfoncer les bords d'extrémité desdites ailettes dans la fonte en fusion sur une profondeur de l'ordre de 2 à 8 mm, et à laisser refroidir ladite masse de fonte.