Brevet FR2498302A1 — publié le 19820723

Description "Chaudière d'atre à récupération et restituton d'énergie La prXsenteLinvention concerne une chasadière combinée avec récupérateur de chaleur à eirculation d'eau et récupérateur de chaleur à circulation d'air activée. Cet ensemble s'intègre parfaitement dans une cheminée à foyer ou- vert. De nombreux dispositifs de récupération de chaleur sont actuellement sur le marché, ils sont adaptables à des chemines à foyer ouvert existantes, ils ont la particularité de récupérer partiellement la chaleur remise au niveau de la sole du foyer et de la partie de foyer en contact direct avec l'appareil. La plupart négligent la récupération d'énergie au niveau de la fumée et des gaz chauds. Leur fonctionnement ne permet une récupération que pendant la durez du fonctionnement de la cheminée La présente invention a la particularité de récupérer au maximum et de stocker l'énergie afin de la restituer suivant les besoins pendant plusieurs heures après l'extinction du foyer ; de plus, une porte en façade permet de "charger" le foyer pour continuer le fonctionnement de nuit ou en liabsence de ses utilisateurs. Cette "chaudière d' tre" a une très grande surface de chauffe, constituée par un échangeur en tubes acier tarif 3 et tubes acier TU 37 b pour la sole protégés par grille fonte amovible. Cet échangeur est noyé dans un volume de béton réfractaire. La circulation de l'eau dans cet échangeur est assurée par une pompe placée sur le retour. La chaleur produite au niveau de la sole est immédiatement transmise p & l'eau circulant dans le reste de l'échangeur au bloc de béton qu'il charge en calories récupérées ; de plus, ce bloc se charge également en direct au contact des braises et éventuel- lement des flammes mais surtout des gaz chauds venant lècher sa paroi oblique avant l'avaloir de cheminée.La chaleur ainsi stockée peut etre utilisée immédiatement si l'installation de chauffage nécessite un apport calorifitue ou conserve dans le bloc réfractaire. Au point de vue sécurité, cette chaudière se raccorde sur un vase d'expansion à l'air libre, dimen sionnX suivant les normes actuelles, tube de sécurité 26/34. La "chaudière d'âtre" peut être jumelée avec une installation de chauffage dont la-chau dière -utilise une source quelconque d'énergie-- - seule précaution à prendre, que le vase d'expansion soit de type "à l'air libre" et dimensionné pour une chaudière à bois. Le jumelage nécessite, en cas d'automaticité totale, une vanne 3 ou 4 voies dite d'aiguillage et asservie à la sonde de température placée sur le départ contact à fermeture par + 300 C. Cette "chaudière d'âtre" est, en outre, équipée d'un échangeur plan en forte tôle d'acier, strié côté conduit de fumée, dont il assure la fermeture. Cet échangeur est divisé intérieurement en deux parties sur le plan vertical. e compartiment situé contre le conduit de fumée est porté Le tempéra- titre élevée, avec circulation d'air pris imnediatement sous la poutre au nez à la cheminée à Sa sortie, en partie haute, cet air chaud, dont la vitesse de dégagement est élevée, aspire par induction dans le second con- partiment l'air ambiant de la pièce. Le mélange s'opère et l'air chaud est disponible à 500/850 environ. Cet air chaud eut autre utilisé directement dans la pièce où se trouve la cheminée ou par réseau de gaines dans des locaux voiins. La récupération par gaine permet, éventuellement, d'alimenter un stockage réalisé en béton réfractaire et d'assurer ainsi une réserve complémentaire de calories. Ce stockage peut etre jumelé avec la sortie d'eau chaude de la "chaudière d'âtre" et prolonger ainsi la courée de restitution d'énergie. La durée totale de restitution, apyres extinction du foyer, est de plusieurs heures. Le rendement global de l'ensemble se situe à 65 %. Pour son fonctionnement propre, la "chaudière d'âtre" a Besoin d'air primaire, ce dernier est distribué par un collecteur noye à la base, et par deux rampes latérales - l'admission d'air est règlée par un régulateur agissant sur un volet. La fonction principale de la chaudière d'âtre est l'utilisation du bois, Bis la mise en place d'une grille fonte poste sur la sole de foyer permet l'utilisation des "buchettes" de charbon. En complément un réservoir de production d'eau chaude, raccordé surl'échan- geur eau, peut etre installé entre l'échangeur air et le manteau décoratif de la cheminée. Figure 1/16 représente i'échangent tubulaire équipe du clapet de réglage et de ferme ture du conduit linéaire d'évacuation des gaz de combustion. On remarque en haut et à gauche le piquage pour la sonde thermostatique de règlage d'air. Figure 2/16 représente en détail la sole de foyer selon la coupe AA. On remarque le disque plein percé en son centre d'un trou de quelques millimètres. Figure 3/16 représente l'échangeur tubulaire équipé de la plaque de façade munie de ses deux portes et du tiroir de décendrage. Figure 4/16 représente l'échangeur tubulaire en vue de dessus. Figure 5/16 représente l'échangeur tubulaire en vue de profil gauche. Figure 6/16 représente l'échangeur tubulaire selon la vue n 1 équipé du collecteur d'air et des deux rampes latérales, du régulateur thermostatique et du Figure 7/16 représente l'6changeur tubulaire selon la figure 6 équipé de la façade et des portes. Figure 8/16 représente le générateur d'air chaud en vue de face. Figure 9/16 représente le générateur d'air chaud en vue de profil gauche. On remarque en pointillé la séparation centrale du générateur. Figure 10/16 représente la chaudière d'âtre entièrement montée et équipée en vue de tacle. Figure 11/16 représente la chaudière d'âtre entièrement montée et équipée en vue de profil gauche. Figure 12/16 représente l'échangeur tubulaire selon la figure 6 noyé dans la masse de béton réfractaire en vue de face. Figure 13/16 représente l'échangeur tubulaire selon la figure 12 équipé de la plaque façade. Figure 114/16 représente l'6changeur tubulaire selon la figure 12 en vue de profil gaur che. Figure 15/16 représente un des blocs de béton pour le stockage complémentaire d'éner- gie air/air en air/eau. Figure 16/16 représente ltéchangeur tubulaire selon la figure 1 en vue perspective sans clapet ni piquage. -L'échangeur est constitué par deux collecteur (2-et 5) en L placés de placés de chs- que côté de la sole de foyer (4). Cette sole de foyer (4), réalisée en tut bes acier TU 37 b, est assemblée par soudure électrique aux collecteurs (2 et 5), l'épaisseur du tube a été choisie en fonction de son utilisation a température élevée. Les tubes latéraux (7) constituant la surface d'échange principale sont réalisés en tubes acier tarif 3, les cintrages sont réalisés à froid, l'assemblage est fait par soudures électri-ques. Les collecteurs (2 et 5) et tubes latéraux (7) sont noyés dans un bloc de béton réfractaire (22). La circulation de l'eau se fait par le collecteur(2) de gauche alimenté par le tube (l) de retour de l'installation au niveau du coude du collecteur (2) gauche. Juste avant la partie verticale se trouve placé un disque plein (3), perfore d'un orifice de quelques millimètres, permettant à l'air de s'évacuer vers le départ, l'eau circule dans les tubes noyés de ltéchangeur pour sortir à l'orifice de départ. L'admission d'air frais réalisé par un collecteur horizontal (20) noyé en partie inférieure régulé par un volet asservi à une sonde thermostatique, l'air primaire est distribué au niveau de la sole de foyer (4) par deux rampes horizontales (21) avec un orifice linéaire. L'échangeur air/air, construction en tale d'acier chaudronné de forteépais- seur comporte 2 compartiments (13 et 16) sépares par une cloison (12). La face côté passage des fumées est réalisée en tôle striée, pour augmenter ltéchange, assemblage par soudure électrique. Fonctionnement, la face chaude élève itair aspiré à température élevée pour le compartiment (13) proche du conduit de fumée, à sa sortie en partie haute (15), cet air entraîne par induction celui plus frais du compartiment avant (16) et le mélange sort ainsi à 60/85 .Particularités : cet échangeur en comporte 3 - a) la prise d'air eafaçade assure une protection (14) parfaite de la poutre de déco- ration-- b) la partie assurant la couverture du foyer est réalisée avec une pente de 30 , de 'extérieur vers l'intérieur, constituant ainsi un matelas d'air chaud interdisant tout refoulement de fumée vers la pièce - c) à la jonction entre ltéchangeur et le bloc de béton se trouve le clapet (10) de réglage de l'avaloir. Cet organe ormet de faire varier la vitesse des fu- mées, donc la température, faisant varier ainsi le rendement de la chaudière. Dans l'étau actuel de la crise de l'énergie, cette invention peut intéres- ser tous ceux qui ont la chance de posseder-dubois et, qui désirant joindre l'utile à }'agréable, veulent réaliser une cheminée à foyer ouvert dans leur résidence. Tous les éléments constitutifs de la chaudière d'âtre peuvent être industrialisés pour réaliser des petites ou moyennes séries. Revendications 1) Chaudière d'autre à circulation d'eau et à accumulation d'énergie carantérisEe par le fait qu'elle est associée à un générateur d'air chaud à recyclage de l'air ambiant. 2) Chaudière d'âtre selon 1) caractérisée par le fait que la capacité de stockage de l'énergie est réalisée par l'utilisation d'une masse de béton réfractaire dans laquelle est noyé le faisceau tubulaire. 3) Chaudière d'âtre selon 1) caractérisée par le fait que la capacité de stockage de l'énergie est augmentée de façon sensible par des blocs de béton placés sur le parcours de recyclage de l'air ambiant. 4) Chaudière d'âtre selon l'une quelconque des revendications précèdentes caracté risée par le fait que la production d'eau chaude sanitaire est fournie par l'installation d'un réservoir entre le manteau d'habillage de la cheminée et le générateur d'air chaud. 5) Chaudière d'âtre selon l'une quelconque des revendications précèdentes caracté risée par le fait qu'elle comporte deux portes (17) transformant cette chaudière d'aire à foyer ouvert en chaudière d'âtre à foyer fermé, d'un régulateur à sonde thermostatique (18) d'air primaire agissant sur un volet (19), cet air est ache miné par un collecteur (20) noye dans la masse de béton réfractaire et est dis tribué de part et d'autre des collecteurs 2 et 5 de la sole de foyer par deux rampes latérales (21). 6) chaudière d'âtre selon l'une quelconque des revendications précèdentes caracté risée par le fait qu'elle comporte un tube d'alimentation (1) dans lequel circu le l'eau de retour des radiateurs jusqu'au collecteur horizontal (2) bouché à son extrêmité cintrée par un disque épais d'acier (3) percé en son centre d'un trou de quelques millimètres permettant à l'air de s'échapper dans le collecteur (8), elle passe ensuite dans les tubes horizontaux de la sole de foyer (4) sur lesquels reposent les braises du combustible solide, on remarque qu'ils remon tent très en avant et assez haut dans les cintres des collecteurs 2 et 5 et for ment ainsi les chenêts.L'eau se réchauffe donc très rapidement et passe dans le collecteur cintré (5), elle est bloque par un fond plein (6) à I'extrêmité ver ticale du collecteur (5) et est donc obligée de passer dans les tubes du fais ceau (7) noyé dans la masse de béton réfractaire (22) qu'elle charge en énergie thermique par l'intérieur. L'eau est ensuite canalisée dans le tube (9) du fais ceau et va alimenter les radiateurs de l'installation. Sur ce tube (9) est fixé un clapet mobile règlable (10) contre lequel vient buter le générateur d'air chaud (11), lequel est divisé en deux parties sur le plan horizontal et vertical par une tale d'acier (12). Le compartiment (13) le plus proche du foyer et du conduit de fumée est ainsi porté à température élevée, la prise d'air se faisant au nez du générateur air chaud, juste au dessous de la tôle d'acier de protec tion (14) de la poutre, à sa sortie (15) en partie haute cet air chaud dont la vitesse est élevée aspire par invention dans le second compartiment (16) l'air ambiant de la pièce, le mélange s'opère et l'air chaud est disponible à une tem pérature convenable.