Brevet FR2507290A1 — publié le 19821210

La présente invention se rapporte a un dispositif destiné permettre d'utiliser la chaleur excédentaire ou perdue dégagée par un foyer et qui comprend des moyens d1absorption de la chaleur placés dans le foyer et des moyens de dissipation de la chaleur placés à l'extérieur du foyer, ces moyens communiquant par un circuit fermé qui contient un liquide.Dans les foyers équipés d'une cheminée ou d'un dispositif analogue qui sert a évacuer les gaz de combustion, une grande partie de l'énergie thermique est perdue avec les gaz de combustion et la quantité d'énergie thermique utilisée est donc très inférieure dans la plupart des cas à la quantité d'énergie thermique qui est perdue par la cheminée Les cheminées d'appartement . foyer ouvert constituent un exemple particulièrement évident de ce mauvais rendement du chauffage, puisque le rendement y est habituellement inférieur è 10 %. On a présenté récemment des ch.eminées d'appartement à foyer ouvert de type moderne, des calorifères et autres moyens de chauffage dans lesquels les canaux d'air incorporés améliorent considérablement le rendement. Toutefois, ces dispositif sont principalement destinés aux constructions neuves, Par aIlleurs, on utilise déjà également des dispositifs rapportés pour cheminées foyer ouvert, constitués par exemple par des tubes placés au-dessus du foyer, dans lesquels de l'air provenant de l'atmosphère ambiante pénètre et s'échauffe, après quoi l'air s'élève dans les tubes et est renvoyé dans I'atmosphère ambiante.Un inconvénient de ces dispositiNs connus consiste en ce que l'amélioration du rendement est faIble et même insignifiante dans certains cas, entre autres en raison de la capacité limitée de la transmission de chaleur de l'air, de sorte que la quantité de chaleur qui peut ainsi être utilisée pour le chauffage est faible. Le but de l'invention est d'elim.ir.er cet inconvenient en réalisant un dispositif mobile qui puisse être facilement adapté à différents foyers et qui améliore considérablement le rendement de chauffage des foyers en économisant la quantité d'énergie thermique, qui, autrement, serait gaspillée par évacuation dans des conduits tels que les cheminées d'évacuation des gaz brûlés. Suivant l'invention, ce problème est résolu par un dispositif caractérisé en ce que les moyens d'absorption de la chaleur sont réalisés sous la forme d'un évaporateur et les moyens de dissipation de la chaleur sous la forme d'un condenseur. Le liquide contenu dans le circuit peut être de l'eau ou un autre liquide ayant un point d'ébullition à la pression atmospherique plus bas ou plus élevée par exemple du trichloromonofluorométhane (F 11).La chaleur de condensation peut être utilisée par une installation de chauffage central à air ou & eau, par exemple dans une maison d'habitation. Chaque litre d'eau qui est évaporé puis condensé cède environ 539 kcal qui peuvent être transmises du foyer à un emplacement désiré pour y être utilisées. Chaque kilogramme de bois qui est brûlé dans le foyer dégage environ 2000 à 4000 kcal. Des calculs préliminaires indiquent que le dispositif suivant l'invention permet d'utiliser environ 20 à 35 % de la quantité de chaleur contenue dans le bois. La combustion de 1 kg de bois fournit donc plus de 1000 kcal pour lue chauffage du volume d'une maison d'habitation. Ceci signifie que, si'l'on brûle 1 kg de bois en 20 à 30 mn, on devra vaporiser et condenser environ 2 1 d'eau dans le même temps. Deux exemples d'un dispositif suivant l'invention sont représentés aux dessins annexés. Pour améliorer la transmission de chaleur, l'évaporateur peut être constitué par un serpentin tubulaire muni d'ailettes , d'un type connu. Le tube du serpentin peut être en cuivre recuit de manière à pouvoir être cintré et mis à la mesure de différents foyers, en particulier dans le passage reliant l'évaporateur au condenseur. Le serpentin peut entre de préférence disposé dans un plan ascendant par rapport au plan horizontal. Dans le serpentin tubulaire, l'eau est vaporisée; après quoi la vapeur est envoyée au condenseur, lequel peut également etre constitué par un serpentin tubulaire et est de preférence disposé dans un plan vertical. La dissipation de la chaleur peut être assurée par l'air, par convection. Elle peut être améliorée et intensifiée par un courant d'air forcé, qui est obtenu de préférence par un ventilateur entraîné par un moteur électrique et qui répartit 1 'air chauffé dans le volume habitable. La chaleur peut égaiement être répartie et transportée par une circulation d'eau dans un circuit comportant des radiateurs. Le condenseur suivant l'invention fait alors partie d'un échangeur de chaleur de type connu, par exemple de type des radiateurs d'automobiles, dans lequel la chaleur de la condensation est absorbée par un liquide en cArculation et transmise ensuite aux radiateurs.Dans ce cas, on peut utIlIser pour la distribution de la chaleur dans le circuit une petite pompe entraînée par un moteur éle-ctrique., conformément à des principes connus. On peut également faire en sorte que de l'air chauffé dans un absorbeur de chaleur placé dans le foyer ou au-dessus- de ce foyer s'élève dans un espace compris entre le tube de liaison qui relie l'évaporateur au condenseur et un tube isolant situé à l'extérieur de ce tube de liaison De l'air est aspiré dans cet espace en provenance du volume extérieur, à trave.rs un dispositif d'étranglement fixe ou réglable quix permet de commander la vites- se derl'écoulement et l'air sort au-dessus du condenseur sous l'effet de la. différence de température existant entre la colonne d'air circulant dans le -conduit et l'air situé à l'extérieur de ce conduit. On peut ainsi éviter les pertes de chaleur qui pourraient provoquer une évaporation partielle dans le conduit de liaison.Le retour du condensat à l'évaporateur peut être amélioré par l'utilisa tion d'une matière poreuse qui remplit entièrement ou par tiellement un conduit de liaison. La matière poreuse peut être une matière ceramique ou une autre matière possédant des propriétés capillaires. Cette matière absorbe le condensat et le restitue à l'évaporateur. La circulation de la vapeur et du condensat entre l'évaporateur et le condenseur est assurée par la colonne de condensat liquide qui surmonte la matière poreuse. La colonne agit avec la même pression dans l'évaporateur et dans le condenseur. I1 est particulièrement important que le conduit de liaison reliant l'évaporateur au condenseur de vapeur soit bien isolé, de manière à éviter qu'il ne se produise une condensation partielle indésirable dans le conduit de liaison par un effet de paroi froide, ce qui permet de placer la zone de condensation dans un endroit approprié situé en dehors du foyer.L'isolation thermique peut être assurée par une matière isolante résistante s la chaleur, placée autour du conduit de liaison ou, de pré- férence par un tube concentrique en matière isolante qui entoure le conduit de liaison. Le dispositif suivant l'invention peut être monté dans une cheminée à foyer ouvert, sur un nombre approprié de pieds dont la présence ne fait pas obstacle à l'utilisation de la cheminée. Les pieds peuvent être réalisés suivant un principe de construction télescopique de manière re à permettre de relever ou d'abaisser l'évaporateur1 premièrement pour adapter le dispositif à différentes che- minées, et, deuxIèmement pour obtenir une distance appropriée entre l'évaporateur et la source de chaleur, qui peut être constituée par un feu de bois. On peut utiliser d'autres moyens de positionnement du dispositif sans sortir du cadre de l'invention, par exemple utiliser une colonne intercalée entre la paroi supérieure et la paroi inférieure de la cheminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple la Fig. 1 est une vue de côté d'un dispositif réalisé sous la forme d'un ensemble amovible monté dans une cheminée ~ . foyer ouvert la Fig.2 montre le même dispositif vu de dessus la Fig. 3 montre le même dispositif vu de l'avant; la Fig. 4 représente un dispositif à tube unique vu de côté la Fig. 5 représente un dispositif de la Fig.4 vu de l'avant les Fig. 6 et 7 sont des vues en coupe à plus grande échelle d'une parte du tube des Fig. 4 et 5 la Fig. 8 est une vue horizontale de l'évaporateur; la Fig. 9- montre le dispositif logé dans une cheminée à foyer ouvert, vu de dessus. Sur les Figt 1 à- 3, une cheminée à foyer-ouvert 1 renferme un dispositif amovible qui comprend un évaporateur 2 contenant de l'eau qui est vaporisée par la chaleur fournie par un feu de bois 3. La vapeur formée dans l'éva- porateur est conduite par un tube 4 à un condenseur 5 dans lequel elle est condensée. Le tube 4 est entouré d'un tube 6. Dans l'espace 7 compris entre les tubes 4 et 6, circule de l'air qu est aspiré de l'extérieur de la cheminée à travers une entrée 8 ménagée dans un conduit et présentant un étranglement.L'air est chauffé dans un absorbeur de chaleur g et quitte l'espace 7 par un trou 10 situé en dehors de la cheminée. Le condensat provenant du condenseur 5 est renvoyé à l'évaporateur 2 par un trou 11. Une matière poreuse 12 est logée dans le tube 11. Le dispositif repose sur des pieds 13 que l'on peut monter ou descendre à l'aide d'un dispositif télescopique 14. Un ventilateur 15 à moteur électrique refroidit le condenseur 15 et la circulation de l'air utilisé pour le chauffage du volume habitable 16 est représentée par des flèches. L'évaporateur 2 comprend un serpentin tubulaire i7 muni d'ailettes 18. L'entrée 8 de l'air est équipée d'un obturateur d'étranglement réglable 19. Sur la Fig.3, le condenseur est représenté sous la forme d'un serpentin tubulaire 20 muni d'ailettes 21. La flèche tracée à l'extérieur du serpentin tubulaire 20 indique l'écoulement du condensat à l'intérieur du serpentin. Sur les Fig.4 à 9, le dispositif est constitué par un tube extérieur fermé 23 muni d'ailettes 22 et à l'in térieur duquel est agencé un tube intérieur ouvert 24. Le tube intérieur 24 est plus court que le tube extérieur 23 et n'atteint aucune des extrémités de ce tube extérieur. Sur la Fig. 8, l'évaporateur 25 est représenté sous la forme d'un simple coude de tube de manière à pouvoir être utilisé au-dessus d'un feu relativement petit. Le condenseur 26 est réalisé sous la forme d'une hélice verticale présentant une surface relativement grande. Le tube 23 présente sur toute sa longueur, du haut du condenseur jusqu'au bas de l'évaporateur une pente descendante suffisante pour assurer l'écoulement du condensat par gravité. Pour obtenir la circulation désirée, c'est-à-dire la montée de la vapeur dans le tube intérieur et l'ecoule- ment descendant du condensat dans le tube extérieur, on monte dans le tube extérieur un élément opposant une résistance à l'écoulement de la vapeur. Cette résistance peut être formée de la façon représentée sur les Fig. 6 et 7. Pour réaliser le dispositif, on prend pour base un tube extérieur rectiligne à ailettes et un tube intérieur rectiligne. Sur le tube intérieur, sont montées deux collerettes 28 percées de trous 27. On enroule un tissu de fibre de verre 29 entre les collerettes, après- quoi on enfile le tube intérieur dans le tube extérieur. Ensuite, on cintre les tubes à la forme indiquée plus haut. Au cours du cintrasse, il se produit une certaine déformation de la section du tube extérieur mais cette déformation-ne présente pas d'importance parce que la bande de fibre de verre accompagne la déformation et continue à combler la totalité de l'espace compris entre les tubes. La résistance doit être placée dans la partie in inférieure du condenseur de manière à être refroidie par la circulation de l'air autour de ce condenseur. Elle ne forme pas seulement une résistance à l'ecoulement de la vapeur dans le tube extérieur mais également un frein pour ralentir l'écoulement descendant du condensat. La hauteur de la colonne de condensat formée au-dessus de la résistance est déterminée par un choix judicieux de la distance séparant les collerettes 28, la dimension des trous 27 percés dans ces collerettes et par un choix approprié de la matière fibreuse de la bande 29. La circulation du liquide peut être réglée de manière à permettre d'obtenir une vitesse appropriée de circulation du condensat.De cette façon, on peut régler la quantité de liquide qui circule dans le dispositif par unité de temps, En meme temps, on evite qu'il ne s 1accu- mule dans l'évaporateur une quantité de liquide susceptible de bloquer l'orifice Inférieur du tube intérieur et de s'opposer au passage-de la vapeur. On a mentionne plus haut que, dans un circuit comportant des conduits séparés pour la vapeur et pour le condensat, il existe un risque de condensation dans le conduit de vapeur. Dans un circuit comportant des conduits concentriques, ce risque est supprimé. I1 est- important d'évacuer flair du circuit avant de remplir ce circuit de liquide, On évite ainsi qu'un coussin d'air contenu dans le condenseur ne s 1oppose partiellement à la condensation. En qualité de liquide, on peut utiliser de l'eau, qui dot alors être exempte d'impuretés, par exemple de l'eau distillée. 11 est préférable de remplir le dispositif sous dépression. Dans ce cas, le liquide bout à une température inférieure à 100 C ce qui donne une plus grande différence de température entre le condenseur et le foyer, avec une amélioration de la transmission de la chaleur.Par ailleurs, la température des surfaces du dispositif qui sont utilisées pour dissiper la chaleur est plus basse, La chaleur émise par les surfaces chaudes du condenseur 26 est transmise à l'air du volume habitable grâce au fait que le condenseur est entouré d'un carter 30 dans lequel un ventilateur 32 entraîné par un moteur 31 est agencé pour faire circuler à force l'air du volume habitable. Même si le ventilateur n'est pas en fonctionnement, il se produit dans le carter un effet de cheminée suffisamment puissant pour assurer encore la circulation, bien que l'effet soit réduit. On peut utiliser un tube intérieur 30' pour mettre l'air circulant dans le carter en contact avec le condenseur 26 Pour régler la transmission de la chaleur on peut prévoir, soit l'arrêt du ventilateur soXt un réglage de la vitesse de ce dernier, Si l'on désire éviter d'ayoir à utiliser des connexions électriques entre le.yentilateur et le réseau, on peut utiliser un générateur thermo-électrique qui est alors connecté au moteur du ventilateur par des conduits.En effet, la puissance du moteur du ventilateur qui est nécessaire pour faire passer un déhit suffisant de l'air du volume habitable dans le condenseur est très faible, d'environ 25 watts, Le générateur thermoélectrique peut être mobile de manière à permettre de l'éloigner de la chaleur lorsqu'on désire arrêter le ventilateur. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de prévoir un commutateur par ticulier. Le dispositif représenté sur les Fig. 1 à 3 est monté sur quatre pieds et peut être levé ou abaissé. Le dispositif représenté sur les Fig,4 à 9 est moins yolumineux et plus commode. Gracie à.cette particularité, et ainsi qu'on l'a représenté sur les Fig. 4 et 5, ce dispositif peut être monté sur une colonne unique 33 qui est placée entre la paroi inférieure 34 et la paroi supérieure 35 de la cheminée. Ce tube 23 est fixé sur la colonne 33 par un assemblage a collier 36 et un joint amovible 37 de sorte qu'on peut ainsi faire pivoter l'évaporateur pour le placer dans les flammes ou l'en écarter et également l'abaisser sur les flammes ou l'élever au-dessus des flammes. La colonne 33 est de préférence réalisée sous une forme télescopique équipée d'un mécanisme d'extension et elle comprend un ressort qui, d'une part, est suffisamment fort pour maintenir la colonne 33 fixée entre la paroi inférieure 34 et la paroi supérieure 35 et qui, d'autre part, compense l'allongement des éléments de la colonne qui se produit lorsque cette colonne s'échauffe fortement. Le dispositif est représenté sur la Fig, dans sa position inactive. Il peut être amené par un mouvement de pivotement dans la position représentée en traits interrom- pus-en 38 I1 est placé sur un côté de la cheminée de sorte qu'on dispose encore de tout l'agrément de cette dernière. On a mentionné plus haut le faible rendement des cheminées à foyer ouvert. L'application de l'invention permet d'accroître considérablement la quantité de chaleur dégagée pour la mème consommation de combustible. Par ailleurs, si la cheminée n'est pas seulement destinée à l'agrément et qu'on ne désire pas en tirer le maximum de chauffage, on peut au contraire économiser de grandes quantités de combustible. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à l'excédent de chaleur dégagée par un foyer (1) comprenant des moyens (2) d'absorption de la chaleur placés dans le foyer et des moyens (5) de dissipation de la chaleur placés à l'extérieur du foyer, ces moyens (2, 5) communiquant entre eux par un circuit fermé (4, 11) qui contient un liquide, dispositif caractérisé en ce que les moyens (2, 25) d'absorption de la chaleur sont constitués par un évaporateur et les moyens (5, 26) de dissipation de la chaleur par un condenseur. 2. Dispositif suivant la revendication 1, carac térisé en ce que lesdits moyens (2,5 ; 25, 26) avec le circuit correspondant (4, 11) de circulation constituent un ensemble mobile dont les éléments sont inclinés de manière à assurer l'écoulement par gravité du condensat du condensateur à l'évaporateur. 3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins la partie éloignée du conduit de vapeur (4) qui relie les moyens (2) d'absorption de la chaleur aux moyens (5) de dissipation de la chaleur est entourée d'un carter (6) qui présente une ouverture su périeure et est parcouru par un flux d'air qui est chauffé dans un conduit tubulaire (9) muni d'ailettes qui passe dans le foyer, ce conduit étant relié à la partie inférieure du carter (6) et étant équipé d'une vanne réglable (19) à son entrée (8). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une matière poreuse (12), qui présente de préférence des propriétés capillaires est disposée dans la partie (11) du circuit de circulation qui s'étend des moyens de dissipation de la chaleur aux moyens d'absorption de la chaleur, pour absorber et accumuler le condensat avant de conduire le condensat plus loin vers les moyens (2) d'absdrption de la chaleur. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un ventilateur (15) est agencé dans les moyens (5, 26) de dissipation de la chaleur pour accroître l'échange thermique. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce au'il comprend des pieds réglables en hauteur. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérise en ce qu'il comprend un tube extérieur à ailettes qui est fermé, de préférence en cuivre, et un tube intérieur qui est ouvert à ses deux extrémités et plus court que le tube extérieur. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le condenseur est réalisé sous la forme d'une hélice verticale entourée d1un carter (30) muni d'un ventilateur (31) et ouvert à ses deux extrémités. 9. Dispositif suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en qu'il est supporté en un point proche de son centre de gravité, ce centre se trouvant en un point compris entre l1évaporateur (25) et le condenseur (26) et en ce que ltévaporateur (25) est mobile dans toutes les directions. 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le support comprend une colonne (33) réglable en longueur, montée entre la paroi supérieure (35) et la paroi inférieure 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce ques dans 1 'espa- ce compris entre les tubes (23, 24) est disposé un collecteur de condensat composé de deux collerettes (28) percées de trous (27) et d'une matière poreuse (29) qui présente de préférence des propriétés capillaires et qui est logée entre les collerettes, cette matière poreuse pouvant être constituée par exemple par une bande de fibre de verre enroulée autour du tube intérieur (24). 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications là 4, 6, 7 et 11, caractérisé en ce que les moyens (25) de dissipation de la chaleur font partie d'un échangeur de chaleur appartenant lui-même à un circuit de circulation de liquide comportant des radiateurs.