Brevet FR2495287A1 — publié le 19820604

DISPOSITIF COMPORTANT DES TUBES A GAINE SURMOULEE POUR LA RECUPERATION DE LA CHALEUR DEGAGEE PAR UN FOYER La présente invention concerne un dispositif de récu pération destines à être placé dans le foyer ouvert d'une cheminée à usage domestique, en vue de récupérer la chaleur dégagée par la combustion de combustibles solides placés à l'intérieur d foyer, notamment pour le chauffage des autres pièces d'un local d'habitation. On sait, en effet, que des dispositifs de ce genre peuvent être raccordés à une installation classique de chauffage central dans lequel la cheminée constitue, à coté de la source principale de chaleur formée par la chaudière, une soirce de chaleur auxiliaire permettant d'économiser, lorsque la cheminée est allumé, une partie d.l combustible brûlé dans la chadière. Plus précisément, la présente invention vise à perfectionner un système de récupération de chaleur de type connu comportant au oins un réseau ou faisceau de tubes séparés, sensiblement parallèles, à l'intérieur desquels circule le fluide caloporteur L'ensemble des tubes du réseau peuvent être coudés de façon à présenter une partie sensiblement horizontale conçue pour supporter le combustible à br5- ler dans le foyer et une autre partie sensiblement verticale constituant le fond du foyer. L'ensemble des tubes est, de façon classiques raccordé en partie basse à un collecteur d'eau froide et'en partie haute à un collecteur d'eau chaude qui sont reliés aux canalisations de l'installation de chauffage central. Le dispositif de récupération vise ci-dessus, présente de nombreux inconvénients : les tubes de circulation de fluide caloporteur, à paroi mince ne bénéficient pas d'une protection efficace contre les chocs thermiques ni contre la corrosion importante causée par l'attaque directe de la paroi des tubes par les flammes du foyer. Au surplus, la partie des tubes qui constitue le fond du foyer peut etre soumis à des chocs mécaniques importants intervenant lors du garnissage du foyer en combustible solide et en particulier lors de la mise au feu de grosses bûches de bois. Il s'ensuit que les tubes qui sont appelés à supporter le combustible solide ne présentent pas, en raison de leur paroi mince, toutes les caracté ristiques mécaniques désirées et en particulier une bonne résistance aux chocs.Compte tenu des tolérances de fabrication, les tubes ont une épaisseur de paroi qui peut varier dans de larges proportions de sorte qu'ils comportent souvent des zones de paroi affaiblie ayant bien évidemment me @ésistance à la corrosion et une to@ue mécanique très réduites. La présente invention vise à remédier aux in@onvénients précités et à cet effet, elle se propose de décrire @@ dispositif de récupération de chaleur du type ci-dessus mentionné, dans lequel les tubes sont revêtus d'une geine de protection en métal ou en alliage bon conducteur de chaleur et résistant au feu, cette gaine étant surmoulée autour des tubes précités. L'intérêt d'une gaine de protection surmoulée autour de chacun des tubes du dispositif est triple : en prsmier lieu, les gaines de protection permettent bien entendu de protéger les tubes contre la corrosion et aussi d'améliorer leur résistance mécanique notamment dans la partie des tubes qui est destinée à recevoir le combustible solide. En second lie@, @e surmoulage d'un métal bon conducteur le long des tubes du dispositif selon l'invention a pour effet d'améliorer la diffusion de la chaleur sur toute la longueur des tubes et d'accroître l'inertie thermique d@ dispositif ; en outre, comme les tubes gainés ont une section plus importante que les tobes non gainés, il en résulte un accroissement de la surface de chauffe et une sugmentation sensible de la puiseance calorffique.En troisième lieu, étant donné que les tubes sont protégés contre la corrosion et les chocs chermiques importants et que leur tenue mécanique se trouve accrue par la présence des gaines de protection, il est possible d'utiliser dans la fabrication du dispositif de récupération de chaleur, des tubes à paroi plus minces ayant de larges tolérances de fabrication et, par conséquent, de prix de revient moins élevé. Sur le plan de la fabrication, le surmoulage des tubes du dispositif constitue une opération simpi mettant en oeuvre un moule à deux coquilles de type classique ; en outre, cette opération de surmoulage peut astre mise à piofit pour l'exéc@- tion d'organes auxiliaires notamment d'ailettes ménagées sur la partie antérieure du tronçon sensiblement vertical du faisceau de tubes, ou encore de bossages constituant le logement des vérins de réglage par lesquels le dispositif de récu pération repose sur le sol de la cheminée. La présente invention a donc pour objet un dispositif de récupération de la chaleur dégagée par le foyer d'une cheminée d'habitation, en vue notamment de réchauffer le fluide caloportejr d'une installation de chauffage central, ce dispositif comportant au moins un réseau ou faisceau de tubes séparés raccordés par des collecteurs à l'installation de chauffage central et, à l'intérieur desquels peut circuler le fluide caloporteur caractérisé par le fait que chacun des tubes précités est, sur au moins une partie de sa longueur revêtu d'une gaine de protection en métal bon conducteur de la chaleur et résistant au feu, ladite gaine étant surmoulée autour dudit tube. Parmi les métaux bons conducteurs de la chaleur et résistant au feu utilisables pour le surmoulage des gaines de protection, on peut citer la fonte grise ou un alliage léger tel qu'un alliage à base d'aluminium et de cuivre. Dans un mode préféré de réalisation, la gaine de protection surmoulée autour de chacun des tubes du (ou des) réseau(x) de tubes s'étend sur sensiblement toute la longueur desdits tubes sans recouvrir leurs deux zones de raccordement aux collecteurs ; les tubes du (ou des) réseau(x) de tubes sont sensiblement parallèles, écartés les uns des autres et raccordés à chaque extrémité à un collecteur s'étendant perpendiculairement auxdits tubes. La section extérieure des gaines de protection des tubes surmoulés peut être quelconque dans la mesure où elle ne complique pas les opérations de démoulage. On préfère que la section extérieure des gaines de protection affecte la forme d'un carré à pans coupés. Le dispositif de récupération de La chaleur selon l'invention comporte, d'une part, une partie conçue pour supporter le foyer et d'autre part, une partie constituant le fond du foyer. Dans un premier mode de réalisation, le dispositif de récupération selon l'invention comporte un seul ré seaJ de tubes revetus d'une gaine de protection surmoulée, chaque tube du réseau étant coudé de façon à définir au moins deux tronçons : d'une part, un premier tronçon équipant la partie du dispositif supportant le foyer et, d'autre part, un second tronçon équipant la partie du dispositif constituant le fond du foyer.Dans ce cas, les axes des premier et second tronçons de tubes définissent au moins deux plans sécants les tubes coudés sont avantageusement raccordés à au moins une de leurs extrémités à un collecteur le long duquel est rapportée une cornière de protection dont l'une des ailes recouvre les extrémités des tubes qui ne sont pas revêtues de la gaine de protection ; le second tronçon de chaque tube cour dé peut comprendre un tronçon intermédiaire raccordé en équer- re au premier tronçon et un tronçon terminal incliné raccordé au tronçon intermédiaire ; pour chaque tube coudé du réseau, l'inclinaison du tronçon terminal par rapport au premier tronçon est tel que les deux tronçons considérez convergent en direction du foyer. Dans un second mode de réalisation, le dispositif de récupération de chaleur selon l'invention comporte deux réseaux de tubes sensiblement rectilignes revêtus d'une gaine de protection surmoulée, l'un des réseaux de tubes équipant la partie du dispositif supportant le foyer et l'autre réseau de tubes équipant la partie du dispositif constituant le fond du foyer.Dans ce cas, les deux réseaux de tubes rectilignes sont disposés selon deux plans sécants dont l'angle dièdre est inférieur ou égal à un droit ; ils sont raccordés entre eux par un collecteur intermédiaire commun aux deux réseaux, les collecteurs précités étant sensiblement parallèles et perpendiculaires aux axes des tubes rectilignes des deux réseaux ; sur les deux collecteurs d'extrémité peut Etre également soudée une cornière de protection s'étendant sensiblement sur toute la longueur desdits collecteurs. Avantageusement, le dispositif de récupération selon l'invention repose sur le sol de la cheminée au moyen de vé rins réglables dont le logement fileté est ménagé dans un bossage venu de moulage avec la gaine de protection des tubes. Pour mieux faire comprendre ltobjet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1A est une vue d'enselr.ble schématique d'une installation de chauffage central mettant en oeuvre un dispositif de récupération de chaleur selon l'invention - la figure 1B est une vue en élévation d'un dispositif de récupération de chaleur selon l'invention - la figure 2 est une vue de côté selon II-II de la figure lB - la figure 3 est une coupe d'un tube gainé selon III III de la figure 2 ;; - la figure 4 est une coupe d'un tube gainé au droit de l'un des vérins réglables qui supportent le dispositif de récupération, cette coupe étant effectuée selon IV-IV de la figure 2 - la figure 5 est une vue de côté analogue à celle de la figure 2 montrant n second mode de réalisation du dispositif de récupération de chaleur - la figure 6 est une vue de côté analogue à celle de la figure 2 montrant une variante du premier mode de réalisation représenté sur les figures 1B et 2. En se référant à la figure 1A du dessin, on voit que l'on a représenté de façon schématique, une installation de chauffage central d'un local d'habitation comprenant, d'une part, une source principale de chauffage, à savoir une chaudière l de type classique et, d'autre part, une source auxiliaire de chauffage formée par une cheminée 2 à usage domestique. La chaudière 1 alimente en eau chaude des radiateurs 3 (dont un seul est représenté). Dans litre de la cheminée 2 est disposé un dispositif de récupération de la chaleur désigné par 4 dans son ensemble dont la structure détaillée est illustrée sur les -figures 1B et 2 à 4. Une canalisation 5 branchée sur la partie basse du dispositif de récupération 4 communique avec une canalisation 6 branchée entre la partie basse du radiateur 3 et une vanne à plusieurs voies 7. Sur la vanne 7, se raccorde également une canalisation 8 communiquant avec la partie haute du dispositif de récupération 4 de m8me que le serpentin 9 de la chaudière 1 qui est lui-même relié par une canalisation 10 à la partie haute du radiateur 3. Suivant la position donnée à la vanne à plusieurs voies 7, l'eau circulant à l'intérieur de l'installation de chauffage central peut être chauffée soit uniquement par la chaudière 1, soit par l'intermédiaire du dispositif de récupération 4, lorsque du combustible solide, tel que du bois ou du charbon est brûlé à l'intérieur de la cheminée 2 soit encore par ces deux sources de chaleur à la fois. Ainsi qu'il est mieux visible sur les figures 1B et 2, le dispositif de récupération de la chaleur 4 comprend un réseau cu faisceau unique de neuf tubes lia de section circulai- re revêtus d'une gaine de protection lib de section sensible- ment constante qui est surmoulée autour de chaque tube 11a.La gaine de protection llb est en un métal ou un alliage bon conducteur de la chaleur et résistant an feu nocamment en fonte d'aluminium ; les tubes 11a peuvent être en cuivre ou en un autre métal ou alliage bon conducteur de la chaleur ; la gaine de protection 11b a, dans cet exemple, une section extérieure en forme de carré à pans coupés ; elle recouvre chaque tube lia sur sensiblement toute sa longuer ; saules les deux extrémités lic des tubes 11a ne sont pas revêtues par la gaine de protection 11b. Les neuf tubes lia du dispositif de récupération 4 sont sensiblement parallèles et régulièrement espacés les uns des autres d'une courte distance inférieure à la dimension de leur gaine de protection 11b mesurée entre deux pans coupés. Ils sont coudés en deux endroite de façon que leurs axes défipissent entre eux trois plans sécants : un plan horizontal, un plan vertical incermédiaire et un plan terminal incliné dont l'inclinaison par rapport au plan horizontal est d'environ 45 . Ainsi, l'cnsemble des tubes 11a revêtus de leur gaine de protection 11b présentent trois tronçons : un tronçon horizontal 14a, un tronçon vertical intermédiaire 14b et un tronçon terminal incliné 14c.Les coudes des tubes 11a sont courbes et non pas droits, de façon que la perte de charte å l'intérieur des tubes correspondant au changement de direction soit moins grande Les gaines de protection ilo de ensemble des tubes lia ont deux de leurs quatre pans coupes qui sont alignés tandis que leurs deux autres pans coupés sont disposés parallèlement les uns aux autres. Le tronçon horizontal 14e du réseau de tubes lla se raccorde par ses extrémités non gainées lic à an collecteur d'eau froide 15 tandis que, de la meme fanon, le tronçon terminal incliné 14c des tubes se raccorde par ses extrémités non gainées lic à un collecteur d'eau chaude 16. Les deux collec tueurs 15, 16 sont sensiblement parallèles et perpendiculaires aux tubes gainés lla du réseau. Des raccords classiques (non représentes) relient les deux collecteurs 15 et 16 aux canalisations 5 et 8 de l'installation de chauffage central.Les deux collecteurs 15 et 16 sont constitués par des tronçons de tube non revêtus d'une gaine de protection, dont le diamètre incérie;lr est supérieur à celui des tubes lla ; sur le collec ter 15 est sodée une cornière de protection 17 en équerre qui s'étend sur toute la partie dudit collecteur qui est raccordée au réseau de tubes gainés lla. L'aile sensiblement ho rizontale de la cornière de protection 17 recouvre non seulement le collecteur 15 mais encore les extrémités lic des tubes lla qui ne sont pas revêtues par la gaine de protection llb ;; l'aile considérée vient sensiblement dans le prolongement du plan défini par les pans coupés supérieurs des gaines d tronçon horizontal 14a ; l'aile sensiblement verticale de la cornière 17 a une largeur qui est légèrement supérieure eu diamètre extérieur du collecteur 15. De la meme façon, une cornière de protection 18 est soudée sur le collecter d'eau chaude 16 ; elle comporte > dune part, une aile sensiblement horizontale qui recouvre la partie supérieure du collecteur 16 et, d'autre part, une aile inclinée faisant un angle d'environ 45 par rapport à l'aile horizontale précitée. L'aile. inclinée de la cornière de protection 18 recouvre non seulement la partie antérieure du collecteur 16 mais aussi les ex trémités non gainées lic du réseau de tubes lla ; elle vient sensiblement dans le prolongement du plan formé par les pans coupés alignés des gaines du tronçon incliné 14c (figure 2). S@r la cornière de protection 17 sont rapportés par soudage des éléments métalliques courbes 19 en saillie par rapport au tronçon horizontal 14a des tubes gainés lla. Le dispositif de récupération de chaleur 4 repose sur le sol de la cheminée par quatre vérins de réglage 20 permettant d'ajuster son niveau. Les deux tubes d'extrémité lia du réseau de tubes portent chacun une paire de vérins de réglage 20. Chaque vérin est constit;ié (figure 4) d'un bossage 21 avantageusement venu de moulage avec la gaine de protection llb des tubes. Une vis 22 dont la tête prend appui sur le sol de la cheminée s'engage à l'intérieur d'un alésage fileté pratiqué dans le bossage 21. La manoeuvre de la vis 22 du vé rin de réglage peut être effectuée directement, sans outil, ou à l'aide d'une broche (non représentée). Dans cet exemple, le tronçon horizontal 14a des tubes gainés lla constitue une grille de combustion sur laquelle sont disposés des combustibles solides tels que du bois ou du charbon ; le tronçon vertical 14b et le tronçon terminal in cliné 14c des tubes gainés lla constituent le fond du foyer b le tronçon terminal incliné 14c permet de renvoyer -i chaleur dégagée par la combustion vers la partie verticale 14' cu la partie horizontale 14a des tubes gainés 11a, de façon à améliorer la récupération des calories s'échappant par le conduit de cheminée disposé au-dessus du foyer. Les gaines llb en métal bon conducteur et résistant au feu qui sont surmoulées autour des tubes lia ont pour fonction de les protéger contre la corrosion et d'améliorer leur résistance mécanique notamment leur résistance aux. chocs. En outre, les gaines surmoulées llb protègent les tubes 11a contre les chocs thermiques, assurent une diffusion plus régulière de la chaleur sur toute leur longueur et confèrent simultanément au dispositif de récupération l'inertie thermique désirée. Par rapport à un dispositif de récupération pourvu de tubes non gaines, celui qui vient d'être décrit a pour avantage de b- néficier d'une plus grande surface de chauffe, étant donné que la section extérieure des tubes gainés est supérieure à la section de tubes qui ne le sont pas.En outre, on peut prévoir, dans le but d'accroître la surface de chauffe et d'améliorer ainsi la récuperation de chaleur, des ailettes longitudinales non représentées qui sont venues de moulage avec les gaines de protection ilb, ces ailettes s'étendant sur le tronçon vertical 14b des tubes lia et sur le côté desdits tabes qui est opposé au foyer. Au surpl@s, les bossages 21 des vérins de réglage 20 sont avantageusement venus de moulage avcc la gaine de protection llb des tubes lia. La réalisation du dispositif de récupération à tubes gaines ne soulève pas de difficultés : on assemble par soudage les tubes préalablement coudés lla avec leur collecteur 15, 16 ; puis on place cet ensemble dans un moule à deux coquilles de type classique de façon à surmouler les gaines de protec- tion llb autour des tubes lia, les gaines d protection llb des deux tubes d'extrémité lia étant venues de moulage avec les bossages 21 des vérins de réglage ; une fois que ltopdra- tion de moulage est accomplie, on ménage les alésages fi le tés à 1 ' intérieur des bossages 20, on soude les cornières de protection 17, 18 sur les deux collecteurs 15, 16 et l'on met en place les vis 22 des vérins de réglage. Dans le second mode de réalisation représenté sur la figure 5, le dispositif de récupération de chaleur que l'on a désigné par 30 dans son ensemble est composé non pas d'un seul réseau ou faisceau de tubes gainés mais de deux réseaux 31, 32 disposés selon deux plans sécants formant entre eux un angle dièdre d'environ 45 Les tubes gainas des deux réseaux 31, 32 ont la m & e structure : ils comportent un tronçon de tube rectiligne 33 autour duquel est surmoulée une gaine de protection 34 en métal bon conducteur de la chaleur et résistant au feu par exemple en fonte d'aluminium.A l'intérieur de chacun des réseaux, les tubes 33 revêtus de leur gaine de protection 34 sont sensiblement parallèles et régulièrement écartés les uns des autres. La section extérieure des gaines de protection 34 a la configuration d'un carré a pans coupés, les tubes 33 du ré seau 32 se raccordent par leurs extrémités qui ne sont pas revêtues de la gaine de protection 34, d'une part, à un collecteur d'eau froide 35 et, d'autre part, à un collecteur intermé- diaire 36 commun aux deux réseaux. Les deux collecteurs 35 et 36 sont sensiblement parallèles et perpendiculaires aux tubes du réseau 32 ; les tubes surmoulés du réseau 31 sont raccordés en partie basse au collecteur intermédiaire 36 et en partie haute à un collecteur d'eau chaude 37. Les deux tubes d'extrémité du réseau 32 portent chacun une paire de vérins de réglage 38 analogues aux vérins 20 de la figure 4. Le réseau de tubes 32 fait fonction de grille de combustion sur laquelle sont disposés les combusti- bles solides (bois ou charbon) tandis que le réseau de tubes 31 constitue le fond incliné du foyer. Les avantages procurés par la variante de réalisation de la figure 5 sont sensiblement identiques à ceux du mode de réalisation des figures 1b 3 et 4. Dans la variante de la figure 6, le dispositif de récupération de chaleur, désigné par 40 dans son ensemble, comporte un réseau unique de tubes coudés 41 de section circu laire revêtus d'une gaine de protection 42 par exemple en fonte d'aluminium qui est surmoulée autour de chaque tube coudé 41. La section transversale extérieure des gaines de protection 42 a aussi la con figuration d'un carré à pans compés. Les tubes 41 sont raccordés en partie bas@@ à un collecteur d'eau froide 43 et en partie haute à un collecteur d'eau chaude 44 ; les deux collecteurs 43, 44 sont parsilèles et perpendiculaires aux tubes 41.Les tubes coudés 41 revêtus de leur gaine de protection 42 sont sensi@lement pa- rallèles et régulièrement écartés les uns des autres ; les axes des tubes coudés 4@ définissent deux plans sensiblement perpendiculaires. Le réseau de tubes coudés 41 présente ainsi un tronçon horizontal 43a constituant la grille ou le sol du foyer et un tronçon vertical 43b constituant la fond du foyer. Le dispositif de récupération viant reposer sur le sol de la cheminée par deux paires de vérins réglables @4 en cous points analogues à ceux de la figure 4. La variante de la figure 6 procure sens@blement les mêmes avantages que le mode de réalisation de la figure 5 ou celui des figures 1b et 2. Il est bien entendu que les modes de realisation cidessus décrits ce sunt aucunement limicatifs et po@@ront donner lieu à toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de récupération de la chaleur dégagée par le foyer d'une cheminée d'habitation, en vue notamment de réchauffer le fluide caloporteur d'une installation de chauffage central, ce dispositif comportant au moins un réseau ou faisceau de tubes séparés raccordés par des collecteurs à l'installation de chauffage central et à l'intérieur desquels peut circuler le fluide caloporteur, caractérisé par le fait que chaque tube (ila, 33, 41) du dispositif est, au moins sur une partie de sa longueur, revêtu d'une gaine de protection (11b, 34, 42) en métal bon conducteur de la chaleur et résistant au feu, ladite-gaine étant surmoulée autour dudit tube. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la gaine de protection (llb, 34, 42) surmoulée autour de chacun des tubes (lla, 33 > 41) s'étend sur sensiblement toute la longueur desdits tubes, sans recouvrir leurs deux zones de raccordement (lic ) aux collecteurs. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les tubes (11a, 33 > 41) (du ou des) réseau(x) de tubes sont sensiblement parallèles, écartés les uns des autres et raccordés, à chaque extrémit, à un collecteur (15, 16, 35, 36, 37, 43, 44) s'étendant perpendiculairement auxdits tubes. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 & 3, caractérisé par le fait qu'il comporte > d'une part, une partie (14a, 32, 43) conçue pour supporter le foyer et > d'autre part, une partie (14b, 14c, 31, 43b) constituant le fond du foyer. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractéri- se par le fait qu'il comporte un seul réseau de tubes (11a, 41) revêtus d'une gaine de protection surmoulée (11b, 42), chaque tube du réseau étant coudé de façon à définir au moins deux tronçons : d'une part, un premier tronçon (14a, 43a) équipant la partie du dispositif supportant le foyer et, d'autre part, un second tronçon (14b-14c, 43b) équipant la partie du dispositif constituant le fond du foyer. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les axes des premier et second tronçons de tubes coudés (14a, 14b-14c et 43a, 43b) définissent au moins deux plans sécants. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les tubes coudés (lia) du réseau sont raccordés à au moins une de leurs extrémités à un collecteur (15, 16) le long duquel est rapportée une cornière de protection (17, 18), dont l'une des ailes recouvre les extrémités (11c) des tubes, qui ne sont pas revêtues de la gaine de protection (11b). 8 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte deux réseau (31, 32) de tubes sensiblement rectilignes (33) revêtus d'une gaine de protec- tion surmoulée (34), un des réseaux de tubes (31) équipant la partie du dispositif supportant le foyer et l'autre réseau de tubes (32) équipant la partie du dispositif constituant le fond du foyer. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les -deux réseaux (31, 32) de tubes rectili- gnes sont disposés selon deux plans sécants et sontraccordés entre eux par un collecteur intermédiaire (36) commun aux deux réseaux. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il repose sur le sol de la cheminée au moyen de vérins réglables (20, 38, 44), dont le logement fileté est ménagé dans un bossage (21) venu de moulage avec la gaine de protection (l1b, 34, 42) des tubes.