Brevet FR2482707A1 — publié le 19811120

La présente invention est relative à une installation de chauf - fage comprenant une chaudière dans laquelle un feu peut être entretenu, et une cheminée séparée de la chaudière, ainsi qu'une pluralité de conduits rela- tivement longs pour conduire les gaz de combustion de la chaudière vers la cheminée, ces conduits, et éventuellement la chaudières étant entourés d'une matière susceptible d'accumuler la chaleur, ainsi que des moyens destinés à prélever la chaleur dans cette matière o elle est accumulée. Une disposition similaire a été décrite dans la demande de bre- vet européen n' 79. 100657. 0, publiée sous le n0 0. 004. 058. Selon une dispo- sition antérieure, les conduits pour les gaz de combustion ont une forme nettement courbée et traversent une enceinte remplie de sable ou d'une autre matière accumulant la chaleur, avant d'aboutir dans un conduit central. Dans ce dernier est disposé un ventilateur ayant pour but d'assurer une évacuation correcte des gaz de combustion. Un tel ventilateur, exposé aux gaz de com- bustion qui peuvent contenir des composants corrosifs, forme un élément vul- nérable dans ce système. Au-dessus de l'installation se trouve une chambre pour évacuer la chaleur accumulée dans l'enceinte prévue à cet effet, à tra- vers laquelle de l'air peut être conduit au moyen d'un second ventilateur. Pa- reille facon d'évacuer la chaleur accumulée n'a pas un rendement optimal. La présente invention a pour but d'améliorer l'installation con - nue de l'art antérieur, et d'éviter au moins certaines des défaillances appa- rentes de l'installation connue. On atteint ce but, selon la présente invention, au moyen d'une installation dans laquelle les conduits de gaz de combustion sont essentiellement droits, et les moyens pour l'évacuation de la chaleur, accumulée dans la matière prévue à cet effet, comprennent une pluralité de tuyaux ou de conduits qui traversent ou longent la matière d'accumulation, et qui vont d'un premier espace dans lequel peut être introduit un fluide caloporteur, à un second espace, à partir duquel ce fluide peut être évacué après avoir parcouru les tuyaux ou conduits. Grâce à l'emploi de conduits de gaz de combustion essentiel- lement droits, et qui dans la réalisation la plus avantageuse-s'étendent verti- calement au-dessus de la chaudière, les gaz de combustion sont évacués sans l'aide d'un ventilateur, par tirage naturel. -En outre, l'évacuation de chaleur 24l82707 à travers des tuyaux ou conduits qui traversent ou qui longent la matière accumulant la chaleur, permet de réaliser un rendement d'évacuation opti- mal. Selon une réalisation préférée de la présente installation, chaque conduit de gaz de combustion est composé d'un certain nombre de tuyaux céramiques emmanchés les uns dans les autres et isolés thermiquement entre eux afin d'éviter les transferts de chaleur entre tuyaux adjacents Ces tuyaux en matière céramique résistant à la chaleur comportent de préférence à l'intérieur un revêtement en émail. Grâce au fait que les tuyaux formant le conduit de gaz de combustion sont isolés entre eux, et ne peuvent pas transporter la chaleur directement de l'un vers l'autre, celle-ci pouvant être exclusivement cédée aux tuyaux par l'intermédiaire des gaz de combustion, une très grande partie de la chaleur est accumulée dans la matière prévue à cet effet près de la chaudière. Il est par conséquent possible de provoquer un gradient dans l'enceinte d'accumulation, qui peut être utilisé pour l'éva- cuation de chaleur à partir de l'enceinte d'accumulation en fonction des be- soins. Selon une réalisation avantageuse de la présente installation, on prévoit une enceinte remplie de matière susceptible d'accumuler la chaleur, disposée sous et/ou à côté de la chambre de combustion, ainsi qu'une plura- lité de tiges conduisant la chaleur, dont une extrémité se trouve dans la ma- tière accumulant la chaleur, disposée sous et/ou à côté de la chambre de combustion et dont l'autre extrémité se trouve dans la matière accumulant la chaleur disposée autour des conduits de gaz de combustion. Le milieu pour le transport de la chaleur peut être n'importe le- quel. Dans de nombreux cas on peut employer l'air. Il est également possi- ble d'utiliser des sels liquides pour évacuer la chaleur de l'enceinte d'accu- mulation. Selon une réalisation avantageuse, les premier et seçond e (voir pius Fut) paces recevant et fournissant respectivement un fluide caloporteur, sont disposés entre deux plaques tubulaires espacées, la première forme la sé- paration entre l'enceinte d'accumulation et les deux enceintes, tandis que la deuxième plaque forme la séparation entre les espaces et la cheminée, 3 2482707 lesespaces étant séparés entre eux par une cloison s'étendant de la pre- mière plaque tubulaire à la deuxième, les tuyaux pour l'évacuation de la cha- leur accumulée étant en forme de U, leurs deux extrémités étant fixées dans, ou sur la première plaque tubulaire, une extrémité étant reliée au premier espace et l'autre au second espace,- les conduits de gaz de combustion traversant la première plaque tubulaire et l'un des deux espaces étant fixés dans ou sur la seconde plaque tubulaire et en communication avec la cheminéet Selon une autre réalisation, deux collecteurs sont prévus aux côtés opposés de l'enceinte d'accumulation de chaleur, ces collecteurs étant inter- connectés à l'aide de conduits traversant l'enceinte d'accumulation de chaleur. Il est possible en outre d'appliquer un mode de construction selon lequelun espace vertical est prévu contigu à la paroi de l'enceinte d'accumulation de chaleur, des liaisons étant prévues entre, d'une part, le sommet et la base de cet espace et, d'autre part, par exemple, la pièce dans laquelle est mon- tée l'installation. En pareil cas l'air s'écoule par convection le long de la paroi de l'enceinte d'accumulation, et de cette manière la chaleur est trans- portée de l'installation dans la pièce. Dans la réalisation comportant des tuyaux en U. ceux-ci peuvent 2.0 traverser entièrement l'enceinte d'accumulation de chaleur et être entourés de la matière d'accumulation. Toutefois, de façon avantageuse, les tuyaux en U peuvent traverser la plaque tubulaire qui sépare la chambre de combus- tion et l'enceinte d'accumulation de la chaleur, de telle manière que la base du U traverse la chambre de combustion. Dans ce cas un fluide caloporteur Z5 passant dans les tuyaux en U peut absorber dans leurs parties inférieures courbées directement la chaleur provenant du feu dans la chambre de combus- tion, Les conduits de gaz de combustion dans la présente invention ont de préférence un diamètre intérieur compris entre 20 et 35 mm,-le nom- bre de tuyaux est de l'ordre de 40 à 60 par rn de section de l'enceinte d'accu- mulation de chaleur perpendiculaire à l'axe des tuyaux. Il est évident qu'au lieu d'employer des tuyaux essentiellement droits ou des tuyaux en U pour véhiculer le fluide caloporteur, ceux-ci peu- vent avoir une forme différente, par exemple les tuyaux traversant l'enceinte 4 2482707 d'accumulation peuvent être de forme hélicoïdale. De tels tuyaux ne sont toutefois pas préférentiels, car ils opposent une plus grande résistance au fluide caloporteur qui les parcourt. La présente installation peut être encastrée dans une maison d'ha- bitation ou dans un autre bâtiment ou bien être installée de façon démontable. L'installation convient particulièrement pour le chauffage d'espaces assez grands, tels que serres de culture dans les jardins maraîchers et similaires. L'expression "chambre de combustion" employée dans les présentes descrip- tion et revendication ne doit pas recevoir une interprétation limitative. Elle désigne notamment une chambre dans laquelle on n'entretient pas de feu mais dans laquelle on introduit des gaz de combustion chauds, provenant par exemple d'un moteur à combustion. Dans les exemples non limitatifs ci-après l'invention sera décrite plus en détail à l'aide de quelques modes de réalisation et des dessins annexés. Dans ces dessins: - la Fig. 1 est une vue en coupe d'une première réalisation de la présente invention; - la Fig. 2 est une vue en coupe représentant partiellement une réalisation différente de la présente installation;et, - la Fig. 3 est une vue en coupe -d'un troisième mode de réalisa- tion de la présente installation. La réalisation représentée dans la Figure 1 comprend une enceinte de chauffage 1, une enceinte d'accumulation de chaleur 2 disposée au-dessus de l'enceinte de chauffage 1, et une chambre d'évacuation 3 disposée au- dessus de l'enceinte d'accumulation de chaleur 2. L'installation complète peut être encastrée ou montée dans une maison ou dans un immeuble à des fins de chauffage. Il est bien entendu possible de l'installer dans un bâtiment séparé et de transporter la chaleur au moyen de tuyaux vers l'immeuble à chauffer. L'enceinte de chauffage 1 comprend une chambre de combustion 4 dans laquelle un feu peut être entretenu d'une façon appropriée quelconque. On peut par exemple employer des combustibles solides tels que bois, tour- be ou charbon. Il est également possible d'installer des brûleurs à gaz ou à fuel dans la chambre de combustion pour entretenir le feu. La chambre de 2482707 combustion 4 est entourée de façon conventionnelle de. cloisons 5, réalisées par exemple en briques ou en béton, et munie d'un fond 6 en un matériau similaire. Les parois et le fond peuvent être revêtus à l'intérieur de briques réfractaires. A son sommet la chambre de combustion 4 est limitée-par une plaque tubulaire 7, séparant l'enceinte de chauffage 1 de l'enceinte d'accu- mulation de chaleur 2. La plaque tubulaire 7 est par exemple réalisée en acier d'une épaisseur de 20 mm. L'enceinte de chauffage peut être équipée de façon appropriée de moyens pour éviter que, s'il n'y a pas de feu, un effet de tirage naturel ne se produise à partir de l'extérieur vers et à travers la chambre de combustion et l'enceinte d'accumulation de chaleur, car un tel effet de tirage est indésirable en raison du refroidissement de l'enceinte d'accumulation qu'il produirai t. Un tel moyen est par exemple urevanne réglable dans la porte de la chambre de combustion, qui peut être manoeu- vré manuellement ou automatiquement. Lorsqu'il y a un feu dans la chambre de combustion l'admission de l'air est contrôlé par une vanne réglable de sorte à obtenir une combustion optimale donnant un développement de cha- leur maximum. Après l'extinction du feu la vanne est fermée pour éviter un tirage. L'enceinte. d'accumulation 2 présente des parois 8 réalisées par exemple en acier. A quelque distance des parois 8 est prévue une enveloppe 9 en matériau thermo-isolant, disposée de façon à former un passage 10 pour l'air entre les parois 8 et l'enveloppe 9. L'enceinte d'accumulationde chaleur 2 est fermée à son sommet par une plaque tubulaire 11, qui forme la limite inférieure des espaces 12 et 13. Ces derniers sont limités à leur sommet par une plaque tubulaire 14, une cloison 15 étant prévueentre les plaques tubulaires Il et 14 pour séparer l'espace 12 de l'espace 13. Les plaques 11 et 14 et la cloison 15 sont réalisées par exemple en acier d'une épaisseur approximative entre 4 et 5 mm. La chambre de combustion 4 communique avec le collecteur 16 de la cheminée 3 au-dessus de la plaque tubulaire 14 au moyen d'un grand nombre de tuyaux 17. Les extrémités inférieures des tuyaux 17 sont fixées sur ou dans la plaque tubulaire 7. Le terme "fixer" signifie par exemple que les tuyaux sont fixés sur des embouts qui font partie de la plaque tubu- laire 7 ou qui sont fixés sur celle-ci. Les tuyaux 17 traversent au sommet la plaque tubulaire 1 1 et aboutissent dans la plaque tubulaire 14 ou sont 6 2482707 fixés sur celle-ci. Grâce à cette constructiondes gaz de combustion peuvent être évacués de la chambre de combustion 4 à travers les tuyaux 17 vers le collecteur 16 de la chambre d'évacuation 3 et de là vers l'extérieur en pas- sant par la cheminée. Les tuyaux 17 sont choisis en fonction du combustible utilisé pour alimenter la chambre de combustion 1. Pour la plupart des combustibles des tuyaux en laiton donnent entière satisfaction. Lorsque le combustible est du gaz, des tuyaux en acier inoxydable conviennent mieux. Les tuyaux ont par exemple un diamètre interne de 28 mm et une épaisseur de paroi de 2 mm. Le nombre de tuyaux employés est relativement élevé. Ainsi par exemple dans le cas d'une enceinte d'accumulation de chaleur 2 ayant une section hori- zontale de 0, 7 x 1, 5 m, il peut y avoir 50 tuyaux. En outre des tuyaux 17, une pluralité de tuyaux 19 en U sont dis- posés à l'intérieur de l'enceinte d'accumulation de chaleur 2. Les tuyaux 19 sont fixés par leurs extrémités dans ou sur la plaque tubulaire 11, de telle sorte que de chaque tuyau 19 en U, une extrémité communique avec l'espace 12 et l'autre avec l'espace 13. De cette façon les espaces 12 et 13 sont inter- connectés à travers les tuyaux 19 en U. Ainsi que les tuyaux 17, les tuyaux 19 peuvent être en laiton ou en acier inoxydable. Le nombre de tuyaux en U est de préférence inférieur au nombre de tuyaux 17. Dans le cas des dimen- sions indiquées ci-dessus pour l'enceinte d'accumulation de chaleur 2, le nombre des tuyaux 19 en U est par exemple 14. L'enceinte d'accumulation de chaleur 2 peut être remplie entière- ment de sable 20 ou d'une autre matière ayant de bonnes propriétés d'accu- mulation de chaleur, par exemple un sel approprié. Pendant le fonctionnement, un feu est maintenu dans la chambre de combustion 4 de l'enceinte de chauffage 1. Les gaz de combustion formés - sont évacués par les tuyaux 17 vers le collecteur 16 et ensuite parla chemi- née 18 vers l'extérieur. Cela est indiqué dans la Figure 1 par des flèches. Les gaz de combustion initialement chauds cèdent leur chaleur aux parois des tuyaux 17 et cette chaleur est transférée à travers ces parois à la ma- tière accumulant la chaleur 20. Dans le cas o l'on utilise une enceinte d'ac- cumulation de chaleur 2 relativement haut, d'environ 5 m par exemple, pra- tiquement toute la chaleur provenant des gaz de combustion est emmagasinée 7 2482707 dans la matière 20. Selon une réalisation de la présente invention présentant les di- mensions données ci-dessus à titre d'exemple et le nombre de tuyaux indiqué, on a trouvé après un chauffage très intensif pendant plus de quatre heures que la paroi 16' du collecteur 16 est juste tiède. La température de la matière , en l'occurence du sable, était par contre montée à plusieurs centaines de degrés centigrades. La chaleur accumulée dans l'enceinte 2 est employée de la façon suivante. On fait passer un fluide caloporteur de l'espace 12 à travers les tuyaux 19 en U vers l'espace 13 et de là il est évacué pour son utilisation ultérieure. De façon appropriée on emploie de l'air comme fluide calopor- teur. Cet air peut être soufflé par exemple à travers les tuyaux 19 à l'aide d'un ventilateur ou d'une pompe disposée dans un conduit ou orifice d'alimen- tation ouvert sur l'espace 12. Des conduits appropriés peuvent être reliés à l'espace 13 pour l'évacuation de l'air chauffé dans les tuyaux 19. L'air chauffé peut être employé directement à des fins de chauffage, par exemple dans un système de chauffage par air chaud. Il est égalementpossible d'em- ployer cet air chaud pour chauffer un autre fluide, par exemple de l'eau dans un échangeur de chaleur et employer cet autre fluide pour le chauffage ou à d'autres fins. Bien entendu, lorsqu'un échangeur de chaleur est employé pour le transfert de la chaleur absorbée, on peutfairescirculer le fluide calo- porteur dans un circuit fermé; à partir de l'espace 12 à travers les tuyaux 19 vers l'espace 13 et delà à travers des conduits appropriés comprenant l'échangeur de chaleur, de retour vers l'espace 12. En pareil cas le circuit sera équipé d'un ventilateur. La Figure 2 est une vue en coupe représentant partiellement une autre réalisation de la présente invention. Les éléments correspondant à ceux de la Figure 1 portent les mêmes références. Dans la réalisation de la Figure 2 les tuyaux 19 en U passent également à travers la plaque tubulaire 7, de sorte que la base du U des tuyaux 19 se trouve dans la chambre de combustion 4. Pendant le fonctionnement, selon cette réalisation, le fluide caloporteur passant dans les tuyaux 19 est chauffé directement par le feu dans la chambre de combustion 4. La Figure 3 représente une vue en coupe d'une troisième réali- 8 2482707 sation de la présente installation. Selon cette réalisation la chambre de com- bustion 21 est limitée à son sommet par une enceinte d'accumulation de cha- leur remplie d'une matière accumulant la chaleur, par exemple du sable. Sur le fond et dans la partie arrière de la chambre de combustion 21 il y a égale- ment un espace rempli de matière accumulant la chaleur. Les conduits de gaz de combustion traversent l'enceinte d'accumulation de chaleur située au- dessus de la chambre de combustion 21, ces conduits étant composés chacun d'une pluralité de tuyaux 22 en matière céramique. Les tuyaux céramiques 22 sont munis à une extrémité d'une partie élargie qui s'adapte à l'autre extrémité du tuyau adjacent. Des joints thermo-isolants 23 sont disposés entre les tuyaux 22 et le point de connexion. Le résultat obtenu est qu'il n'y a pas de transfert de chaleur entre les tuyaux, et que la chaleur libérée par les gaz de combustion provenant de la chambre de combustion 21 est emmaga- sinée pour ainsi dire par couches. Les tuyaux 22 sont par exemple en porce- laine ou une autre matière céramique résistante à la chaleur ayant une épais- seur de paroi entre 8 et 25 mm et un diamètre interne de 2 à 15 cm. Les conduits de gaz de combustion aboutissent au-dessus de l'enceinte d'accumulation de chaleur dans un collecteur 24, auquel est attachée la cheminée 25. L'installation est entourée entièrement d'une paroi thermo- isolante 26. A l'arrière est aménagé un espace 28 entre la paroi 26 et une paroi interne 27 perméable à la chaleur ou conductrice de chaleur. Les ou- vertures 29 et 30 donnent accès aux parties supérieure et inférieure de l'es- pace 28. Pendant le fonctionnement et grâce à la convection, l'air est aspiré par l'orifice 29 dans l'espace 28. Dans cet espace l'air est chauffé. Par l'orifice 30 l'air s'échappe de nouveau. De cette façon on chauffe une pièce contiguë à l'installation. Si l'on désire les orifices 29 et 30 peuvent être munis-de dispositifs de fermeture. Dans l'enceinte d'accumulation est disposée une pluralité de conducteurs de chaleur sous la forme de tiges 31. Chacune des tiges 31 traverse l'enceinte d'accumulation au-dessus de la chambre de combustion 21, passe derrière la chambre de combustion 21 toujours dans l'enceinte d'accumulation et va jusqu'au-dessous de la chambre de combustion ' 1. 9 2482707 Pendant le fonctionnement, grâce à la présence de ces tiges 31, la chaleur est rapidement transportée vers l'enceinte d'accumulation au- dessus de la chambre de combustion 2 1. Si par la suite le feu dans la chambre de com- bustion Zl est éteint, la chaleur peut être dissipée de l'enceinte d'accumu- lation derrière et au-dessous de la chambre de combustion à travers celleci. Par conséquentces parties restitueraient la chaleur emmagasinée plus rapidement que l'enceinte d'accumulation au-dessus de la chambre de com- bustion. Grâce à la présence des tiges 31 cependant, la chaleur est trans- portée de haut en bas. La chambre de combustion 21 peut être fermée à l'avant par une porte en verre 32, et dans ce cas des ouvertures pour l'admission d'air seront aménagées pour entretenir le feu dans la chambre 21. Celle-ci peut toutefois être conçue comme une chambre de combustion du type ouvert. o 2482707 REVENDICATIONS 1 - Installation de chauffage comprenant une chambre de combustion dans laquelle un feu peut être entretenu et une cheminée séparée par un espace de la chambre de combustion, et pourvue d'une pluralité de conduits de gaz de combustion relativement longs disposés entre la chambre de combustion et la cheminée, ces conduits et éventuellement la chambre de combustion étant entourés d'une matière susceptible d'accumuler la chaleur, ainsi que des moyens pour évacuer la chaleur de la matière d'accumulation de chaleur, caractérisée ence que les conduits (17) de gaz de combustion sont essentiellement droits, en ce que les moyens pour évacuer la chaleur accumulée dans la matière (20) prévue à cet effet, sont constitués par une pluralité de tuyaux ou de conduits (19) passant à travers ou le long de la ma- tière (20) accumulant la chaleur et disposés de façon à relier un premier espace (12) dans laquelle un fluide caloporteur peut être introduit, à un deuxième espace, (13) à partir de laquelle le fluide caloporteur peut être évacué après avoir parcouru les tuyaux ou conduits (19). 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conduits (22) de gaz de combustion sont composés d'une pluralité de tuyaux céramiques (22) s'adaptant les uns aux autres, et isolés thermi- quement entre eux afin d'éviter le transfert de chaleur entre tuyaux adjacents. 3 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les tuyaux céramiques (22) sont revêtus à l'intérieur d'une couche d'é-. mail. 4 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte remplie de matière accumulant la chaleur au-dessous ou à côté de la chambre de combustion (21), et une pluralité de tiges conductrices de la chaleur dont une extrémité s'é- tend jusque dans la matière d'accumulation au-dessous ou à côté de la cham- bre de combustion (21), et dont l'autre extrémité s'étend jusque dans la ma- tière d'accumulation entourant les conduits de gaz de combustion. 5 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les premier (12) et second. (13) espaces sont disposés entre deux plaques tubulaires (11, 14) espacées, la première XR plaque tubulaire (11) formant la séparation entre l'enceinte d'accumulation de chaleur et les deux espaces (12, 13), et la seconde plaque tubulaire for- mant la séparation entre les deux espaces (12, 13) et la cheminée, les es- paces (12, 13) étant séparés l'un de l'àutre par une cloison (15) s'étendant de la première plaque tubulaire (11) à la seconde plaque tubulaire (14), en ce que les tuyaux (19) pour l'évacuation de la chaleur accumulée ont la forme d'un U, leurs extrémités étant fixées sur ou dans la première plaque tubu- laire (11), l'une des extrémités étant reliée au premier espace (12) et l'autre des extrémités étant reliée au. second espace, (13), et en ce que les conduits de gaz de combustion (17) traversent la première plaque tubu- laire (17) et le premier espace (12), et sont fixés sur ou dans la seconde plaque tubulaire (14), communiquant ainsi avec la cheminée. 6 - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les tuyaux en U (19) se trouvent entièrement dans l'enceinte d'accumulation et sont entourés de la matière accumulant la chaleur (20). 7 - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les tuyaux (19) en U traversent la plaque tubulaire (7) qui sépare la chambre de combustion de l'enceinte d'accumulation de chaleur, de sorte que la base du U parcourt la chambre de combustion (4). 8 - Installation selon l'une quelconque des revendications là 7, caractérisée en ce que les tuyaux (17) de gaz de combustion présentent un diamètre interne de l'ordre de 20 à 35 mm et le nombre de tuyaux est de l'ordre de 40 à 60 parm2 de la section de l'enceinte d'accumulation prise perpendiculairement à l'axe des tuyaux.