Brevet FR2488375A1 — publié le 19820212

La présente invention concerne un appareil de production d'eau chaude installé dans une cheminée à foyer ouvert. Depuis quelques années, pour des raisons d'économies d'énergie, on a cherché à réalisé des dispositifs de récupération de la chaleur dégagée dans les cheminées à foyer ouvert pour alimenter une installation de chauffage central. Parmi ces dispositifs connus, certains se composent de tubes chauffés par les flammes et dans lesquels circule l'eau, d'autres comprennent des caissons disposés sous la plaque foyère et/ou derrière le contre-feu et comportant ou non des chicanes autour desquelles circule l'eau. Par ailleurs, les dispositifs installés dans les cheminées ne sont généralement utilisés qu'en générateurs d'eau chaude d'appoint, auprès desquels les chaudières classiques de chauffage central sont conservées. Il en résulte que des moyens de couplage de la chaudière ou du dispositif à la colonne de distribution d'eau chaude aux radiateurs sont nécessaires. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un dispositif de production d'eau chaude associé à des moyens de couplage adéquats. Par ailleurs, dans les dispositifs installés dans les cheminées, il y a lieu d'éviter les dépôts de suie ou de goudron sur certaines parties au moins du dispositif. C'est pourquoi, un autre objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif dans lequel de tels dépôts sont éliminés ou réduits au minimum. Bien entendu, un autre objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif esthétique et d'une forme telle que les échanges thermiques sont favorisés pour obtenir un bon rendement. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un appareil qui se compose d'un caisson vertical frontal, de deux caissons verticaux latéraux communiquant respectivement avec le caisson vertical frontal et d'une première nappe de tubes soudés entre lesdits caisson verticaux latéraux et supportant les bûches enflammées, de l'eau circulant entre une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie du caisson vertical frontal par l'intermédiaire des caissons verticaux latéraux et les tubes. Suivant une autre caractéristique, le caisson vertical frontal est séparé par une cloison interne en deux parties non directement communicantes. Suivant une autre caractéristique, l'appreil conprend une secon de nappe de tubes soudés entre les caisson verticaux latéraux et disposés au-dessus et dans les flammes. Suivant une autre caractéristique, l'appareil à l'allure d'un fauteuil avec, pour dossier, le caisson vertical frontal, pour accoudoirs et oreilles, les caissons verticaux latéraux, et, pour siège, la première nappe de tubes. Suivant une autre caractéristique, l'appareil est pourvu de deux aquastats fonctionnant l'un à une température de l'ordre de 500 et l'autre de l'ordre de 700, et des moyens de commutation électrique commandant la connexion de l'appareil aux radiateurs de chauffage central, la connexion étant effectuée quand la température de l'eau dépasse la température du second aquastat et la déconnexion étant effectuée quand ladite température descend au-dessous de celle du premier aquastat. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un appareil se composant d'un caisson vertical frontal, de deux caissons verticaux latéraux communiquant respectivement avec le caisson vertical frontal et d'une première nappe de tubes soudés entre lesdists caissons verticaux latéraux et supportant les bûches enflammées, de l'eau circulant entre une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie du caisson vertical frontal par l'intermédiaire des caissons verticaux latéraux et les tubes. Suivant une autre caractéristique, le caisson vertical frontal est séparé en deux parties non communicantes directement par une cloison interne. Suivant une autre caractéristique, l'appareil comprend une seconde nappe de tubes soudés entre les deux caissons verticaux latéraux et disposés au-dessus et dans les flammes. Suivant une autre caractéristique, l'appareil a l'allure d'un fauteuil avec pour dossier le caisson vertical frontal, pour accoudoirs et oreilles les caissons verticaux latéraux et pour siège la première nappe de tubes. Suivant une autre caractéristique, l'appareil est pourvu de deux aquastats fonctionnant l'un à une température de l'ordre de 500 et l'autre de l'ordre de 700, et des moyens de commutation électrique\ commandant la connexion de l'appareil aux radiateurs de chauffage central, la connexion étant effectuée quand la température de l'eau de l'appareil dépasse la température du second aquastat et la décon flexion étant effectuée quand ladite température descend au-dessous de celle du premier aquastat. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique en perspective de l'appareil de production d'eau chaude, suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue en plan de l'appareil de la Fig. 1, la Fig. 3 est une vue en coupe verticale de l'appareil de la Fig. 1, suivant la ligne III-III, D la Fig. 4 est une vue en coupe verticale de l'appareil de la Fig. 1, suivant la ligne IV-IV, la Fig. 5 est une vue en coupe horizontale de l'appareil, suivant la ligne V-V, la Fig. 6 est un schéma d'une installation de chauffage central dans laquelle s'intègre l'appareil de la Fig. 1, et la Fig. 7 est un schéma électrique illustrant le fonctionnement de l'appareil de la Fig. 1. L'appareil 1 de la Fig. 1 comprend un caisson vertical frontal 2 servant de contre-feu, deux caissons verticaux latéraux 3 et 4 communiquant respectivement avec les côtés latéraux du caisson 2, une première nappe de tubes horizontaux 5 soutenant les bûches en combustion et une seconde nappe de tubes horizontaux 6 en travers du trajet des fumées. D'une manière générale, on peut considérer que l'appareil 1 a l'apparence d'un fauteuil du genre bergère dont le dossier serait constitué par le caisson 2, les accoudoirs et les oreilles par les caissons 3 et 4, et le siège par la nappe de tubes 5, et qui serait complété par la nappe de tubes 6 entre les deux oreilles. Le caisson 2 est formé de deux plaques de tôle verticales transversales 7 et 8, d'une plaque horizontale 9 fermant le bas du caisson, et d'une plaque 10 fermant le haut du caisson. La plaque 7 est la plaque de contre-feu tandis que la plaque 8 est en contact avec la maçonnerie du fond de la cheminée. La distance entre les plaques 7 et 8 peut être de l'ordre de 5 cm. L'espace défini par les plaques 7 à 10 est séparé en deux parties par une plaque intermédiai re 11, perpendiculaire à 7 et 8 et disposée dans le plan de symétrie vertical de l'appareil entre le fond 9 et la plaque supérieure 10. La largeur de la plaque intermédiaire ou cloison 11 est égale à la distance entre 7 et 8. Le caisson 3 est formé de deux plaques verticales latérales 12 et 13, d'une plaque de fond horizontale 14 et d'une plaque 15 fermant le haut du caisson. La plaque 12 est située du côté du feu et a son côté arrière vertical soudé au côté correspondant de la plaque 7 tandis que la plaque 13 a son côté arrière vertical soudé au côté correspondant de la plaque 8. La distance entre 12 et 13 peut être de l'ordre de 2 à 3 cm. Le fond 14 est dans le meme plan que la plaque 9 et est soudé à celle-ci. De même, la plaque 15 est soudée à un bout de la plaque 10. Les caissons 2 et 3 communiquent par leurs faces latérales adjacentes. Le caisson 4 est formé des plaques 12' à 15' qui sont respectivement symétriques des plaques 12 à 15 de 3 par rapport au plan de symétrie vertical de l'appareil.Des pieds verticaux 16 de hauteur réglable, par exemple entre 5 et 15 cm, sont prévus sous les fonds 9, 14 et 14'. Les tubes 5 ont leurs extrémités respectivement soudées aux bords de trous percés dans les plaques 12 et 12' pour mettre en communication les caissons 3 et 4. Etant donné la présence des pieds, la nappe horizontale de tubes 5 est surélevée par rapport à la dalle foyère de la cheminée. Le diamètre intérieur des tubes 5 peut être de l'ordre de 20 mm. La nappe de tube 5 est complétée par un tube 5', identique aux tubes 5, mais situé un peu au-dessus du premier tube 5, à l'avant de la nappe, de manière à créer un rebord empêchant la chute des bûches vers l'avant. En pratique, la nappe des tubes 5 forme, avec le tube 5', une sorte de grille supportant les bûches en combustion et remplaçant les chenets. Les braises peuvent tomber entre les tubes 5 sur la dalle foyère où elles contribuent à chauffer les tubes par dessous. Les tubes 6 ont leurs extrémités respectivement soudées aux bords de trous percés dans la partie haute des plaques 12 et 12', pour également mettre en communication les caissons 3 et 4. Les tubes 6 sont disposés de manière à former des chicanes qui sont léchées par les fumées et les flammes du foyer. Le plan général contenant les tubes 6 est, de préférence, oblique par rapport à la face du caisson 2, le tube 6 le plus haut étant le plus près de 2. Ils peuvent avoir un diamètre de l'ordre de 40 mm. Comme le montre la Fig. 5, à la plaque de fond 9, sont soudées deux tubulures 17 et 18, l'une d'un côté de la plaque 11 et l'autre de l'autre côté de celle-ci. Dans l'exemple de réalisation décrit, la tubulure 17 sert d'entrée d'eau froide et la tubulure 18 de sortie d'eau chaude, mais ces rôles peuvent être inversés. Dans le haut du caisson 2, est prévu un manchon interne 35 soudé à la plaque13' et servant de logement pour des sondes de température. Un purgeur 19 est monté au point le plus haut du caisson 2. Au-dessus de la tubulure 18 est monté un bout de tube 20, aligné avec elle. La cloison 11 a pour effet de forcer l'eau refroidie entrant par 17 à circuler successivement dans le demi-compartiment de 2 situé au-dessus de 17, puis dans le caisson 3, puis dans les tubes 5 ou 6, puis dans le caisson 4 et dans l'autre demi-compartiment de 2 avant de sortir chauffée à travers le tronçon de tube 20 vers la sortie 18. Comme le montre le schéma de la Fig. 6, la sortie 18 de l'appareil 1 est reliée à une entrée d'une vanne à trois voies 21 dont une sortie est reliée à l'entrée d'un accélérateur ou pompe de circulation 22 dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour 23 à la canalisation 24 d'alimentation en eau chaude d'une batterie de radiateurs de chauffage central 25. La canalisation de retour 26 d'eau refroidie par les radiateurs 25 est reliée, d'une part, à l'entrée 17 et, d'autre part, à la seconde sortie de la vanne 21. Par ailleurs, l'installation de chauffage comprend une chaudière classique 27, fonctionnant au fuel, au gaz, ou avec un autre combustible. La sortie d'eau chaude 28 de la chaudière 27 est reliée à une entrée d'une vanne à quatre voies 29 dont une sortie est reliée à l'entrée d'un accélérateur 30 dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour 31, à la canalisation 24. L'entrée 32 de la chaudière ainsi que la seconde sortie de la vanne 29 sont reliées à la canalisation 26. Sur le tronçon de canalisation qui relie la seconde entrée de 29 à 32, est monté en dérivation un vase d'expansion 33, muni d'un robinet de purge 34. Dans le manchon 35, sont logés trois aquastats 36, 37 et 38 respectivement réglés pour fermer leurs contacts électriques à 50 , 70 et 900 C. Le schéma électrique de la Fig. 7 comprend une bobine de relais 39 dont une borne est reliée au fil de phase PH par le conctact de travail de l'aquastat 37 et l'autre borne est reliée au neutre N. Le relais 39 comporte trois contacts de travail 39.1, 39.2 et 39.3 et un contact de repos 39.4. Une borne du contact 39.1 est reliée au fil de phase PH par le contact de travail de l'aquastat 36 tandis que l'autre borne est reliée au point commun à la bobine 39 et au contact 37. Une borne du contact 39.2 est reliée au fil de phase PH tandis que l'autre borne est reliée au neutre N par l'intermédiaire d'un voyant lumineux 40. Une borne du contact 39.3 est reliée au fil de phase PH tandis que l'autre borne est reliée, d'une part, au neutre N par l'intermédiaire de l'enroulement de l'accélérateur 22 et, d'autre part, au fil de phase PH, par l'intermédiaire du contact de travail de l'aquastat 38. Une borne du contact 39.4 est reliée au fil de phase PH par l'intermédiaire du contact de travail d'un thermostat d'ambiance 41 tandis que l'autre borne est reliée au neutre N par l'intermédiaire de l'enroulement de l'accélérateur 30. On va d'abord supposer qu'il n'y a pas de feu dans la cheminée où est installée l'appareil 1. Le relais 39 est alors au repos si bien que le thermostat 5 commande simplement le fonctionnement de la chaudière 27 par l'intermédiaire de l'accélérateur 30 le contact 39.4 fermant le circuit de 30 quand le contact 41 passe au travail et vice versa. Quand on allume le feu, la température monte progressivement jusqu'à 500 sans que le fonctionnement précédent soit modifié. Quand la température passe au-dessus de 500, le contact 36 se ferme, mais n'a pas d'action sur la bobine 39 car le contact 39.1 est toujours ouvert. Quand la température dépasse 700, le contact 37 se ferme ce qui excite la bobine 39 qui change l'état de ces contacts. Le contact 39.4 ouvert coupe l'alimentation de l'accélérateur 30. Le contact 39.3 fermé ferme le circuit de l'accélérateur 22 qui délivre l'eau chaude de l'appareil 1 aux radiateurs 25. Par ailleurs, le contact 39.2 ferme le circuit de la lampe 40 qui s'allume. Enfin, le contact 39.1 ferme le circuit de maintien de la bobine 39 car le contact 36 est fermé. La circulation de l'eau de l'appareil fait que de l'eau plus froide y est introduite ce qui a pour effet de faire redescendre la température au-dessous de 700. Le contact 38 s'ouvre, mais la bobine 39 reste excitée par son circuit de maintien. Si le feu est suffisamment fort, la température de l'eau de l'appareil 1 peut rester entre 50 et, par exemple, 800 si bien que les radiateurs 25 continuent à être chauffés par l'appareil 1, c'est à dire le feu de cheminée. Si le feu n'est pas suffisant, la température tombe au-dessous de 500, le contact 36 s'ouvre et le relais 39 retombe en remettant l'accélérateur 30 en circuit par son contact 39.4. Si le feu est trop fort, le contact 38 se ferme ce qui provoque l'alimentation forcée de l'accélérateur 22 pour faire descendre la température de l'eau. On notera que la vanne à trois voies 21 mélange une partie de l'eau chaude du départ avec l'eau refroidie par les radiateurs avec pour effet de réchauffer cette dernière. Ainsi, l'eau entrant dans l'appareil est à une température suffisante pour éviter les dépôts de goudrons et de suies. Il faut noter que les clapets anti-retours 23 et 31 évitent aux accélérateurs de débiter l'un dans l'autre. Il faut encore noter qu'avec une hauteur du caisson de 50 cm et les autres dimensions indiquées, l'appareil 1 peut représenter une valeur calorifique de 20 à 22 000 calories permettant ainsi d'alimenter une dizaine de radiateurs et de maintenir une température de 18 à 190 dans toute une maison. I1 faut noter également que les tubulures 17 et 18 et les raccordements peuvent être installés sous le caisson 2, comme indiqué ci-dessus, mais également sur les côtés de celui-ci ou même derrière pour éliminer à la vue les tuyauteries. REVENDICATIONS 1) Appareil de production d'eau chaude installé dans une cheminée à foyer ouvert caractérisé en ce qu'il se compose d'un caisson vertical frontal (2), de deux caissons verticaux latéraux (3, 4) communiquant respectivement avec le caisson vertical frontal et d'une première nappe de tubes (5) soudés entre lesdits caissons verticaux latéraux (3, 4) et supportant les bûches enflammées, de l'eau circulant entre une tubulure d'entrée (17) et une tubulure de sortie (18) du caisson vertical frontal (2), par l'intermédiaire des caissons verticaux latéraux (3, 4) et les tubes (5). 2) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le caisson vertical frontal (2) est séparé par une cloison (11) interne en deux parties non directement communicante. 3) Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde nappe de tubes (6) soudés entre les deux caissons verticaux latéraux (3, 4), et disposés au-dessus et dans les flammes. 4) Appareil suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il a l'allure d'un fauteuil avec, pour dossier, le caisson vertical frontal (2), pour accoudoirs et oreilles, les caissons verticaux latéraux (3, 4) et, pour siège, la première nappe de tubes (5). 5) Appareil suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est pourvu de deux aquastats (36, 37) fonctionnant l'un (37) à une température de l'ordre de 500 et l'autre (37) de l'ordre de 70 , et des moyens de commutation électrique (39) commandant la connexion de l'appareil aux radiateurs de chauffage central (25), la connexion étant effectuée quand la température de l'eau de l'appareil dépasse la température du second aquastat (37) et la déconnexion étant effectuée quand ladite température descend au-dessous de celle du premier aquastat (36). 6) Appareil suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le plan général de la seconde nappe de tubes (6) est oblique par rapport au caisson vertical frontal (2) en montant vers ce dernier.