Brevet FR2518224A1 — publié le 19830617

La présente invention a trait aux cheminées a feu ouvert fonctionnant selon le principe du tirage renversé et du type de celles comportant - une plaque foyère munie d'une grille sur laquelle reposent des combustibles en ignition, - un conduit d'évacuation des gaz de combustion, - une arrivée d'air neuf apportant l'oxygène nécessaire à la combustion du foyer, - une chambre de combustion de forme parallélépipédique, placée sous la grille de la plaque foyère et dans laquelle débouche, éventuellement au moyen d'un carneau, le susdit conduit d'évacuation, - un cendrier disposé sous la grille foyère et dans la chambre de combustion, - et un moyen de réglage de l'ouverture et/ou de la fermeture du susdit conduit d' évacuation. Le foyer d'une telle cheminée, basé sur le principe du tirage renversé, fonctionne de la manière suivante. L'air portant l'oxygène nécessaire à la combustion pénètre dans le foyer par le dessus du brasier, et les gaz brûlés, constitués par ce qui reste d'air et par les produits de la combustion, sont dirigés sous le brasier, par l'intermédiaire du carneau, vers le conduit d'évacuation communiquant avec la chambre de combustion. La présente invention se rapporte plus particulièrement aux dispositifs de récupération d'énergie thermique associés à ces cheminées et qui permettent d'emmagasiner la plus grande partie des calories aspirées vers le conduit d'évacuation des gaz brûlés, pour les restituer dans le milieu ambiant d'une pièce à réchauffer, De tels dispositifs sont constitués d'un circuit comportant sur une partie de sa longueur une paroi qui joue le rôle de surface d'échange thermique avec les gaz de combustion et/ou les flammes du foyer venant la lécher, et à l'intérieur duquel évolue un fluide caloporteur admis et refoulé dans ledit circuit au moyen de deux orifices d'arrivée et de sortie.Ainsi, un échange de chaleur s'opère, à travers la paroi de séparation du circuit, entre les gaz brûlés et/ou les flammes et le fluide caloporteur, lequel, après avoir été réchauffé, diffuse en sortie du circuit les calories accumulées dans le volume de la pièce dont on désire élever le degré de température. Les dispositifs actuellement connus, se présentant souvant sous la forme de caissons, sont généralement placés sur le trajet des gaz de combustion avant l'évacuation de ces derniers vers le conduit approprié. Par cette disposition ils perturbent les courants d'air de tirage qui sont engendrés dans la cheminée pour assurer une bonne combustion du foyer. Faisant le bilan de cet état de fait, le demandeur a imaginé un dispositif de récupération de chaleur associé à une cheminée à feu ouvert et à tirage renversé, et n'opposant pas de résistance mécanique au passage des gaz de combustion. Le dispositif, objet de la présente invention, est remarquable par le fait que la longueur de circuit de fluide caloporteur est disposée, en partie ou en totalité, autour de la chambre de combustion dotée, à cet effet, d'une enceinte formée par une double paroi délimitant un espace hermétique dans lequel évolue le fluide caloporteur. Il va de soi, bien évidemment, et ce, pour des raisons techniques préférentielles de réalisations, que certains endroits de 11 enceinte ne seront pas équipés d'une double paroi et en tout état de cause ceux pourvus d'une lumière pour autoriser soit la pose de la grille foyère, soit le passage du cendrier, soit encore l'évacuation des gaz brûlés. Les autres caractéristiques et les autres avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de deux exemples de réalisations concrètes choisis pour illustrer les concepts fondamentauxde l'invention mais nullement limitatifs de leurs nombreuses variantes d'exécution et d'application. Cette description est annexée de dessins sur lesquels La figure 1 est une vue en perspective partiellement écorchée d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de récupération de chaleur conforme à lf invention. La figure 2 est une vue en coupe du dispositif-de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective partiellement écorchée d'un déu xième mode de réalisation d'un dispositif de récupération de chaleur conforme à l'invention. Le premier dispositif, référencé I et illustré par les dessins des figures 1 et 2, comprend les organes nécessaires pour assurrer la circulation d'air du tirage renversé d'un foyer d'une cheminée à feu ouvert de type classique. Ces organes, faisant intégralement partie du dispositif, sont notamment - une plaque foyère 1 équipée d'une grille 1 sur laquelle sont déposés a les combustibles B (ces derniers ont été uniquement représentés à la figure 2 pour plus de clarté du dessin de la figure 1), - un conduit 2 d'évacuation des gaz brûlés (ces derniers sont symbolisés par les flèches G), - une chambre de combustion 3, parallélépipèdique placée sous la grille foyère la et dans laquelle débouche l'extrémité inférieure du conduit 2 munie a sur sa hauteur-d'une lumière 2 découpé en biseau pour assurer le passage a direct des gaz G, - et un cendrier 4 ayant la forme d'un tiroir, disposé dans la chambre 3 sous la grille 1 pour récupérer les déchets de la combustion (les coulis a sements du tiroir 4 sont symbolisés par la flèche C). Comme on l'a précisé au début du présent mémoire, le conduit 2, et principalement la lumière 2a débouchant dans la chambre 3, oblige les gaz chauds à redescendre à travers le brasier du foyer sous la grille 1 avant de a s'échapper vers l'extérieur par le tuyau de cheminée, via le conduit 2. Le principe du tirage renversé est donc respecté par le dispositif I qui vient s'encastre dans l'âtre et le contre-coeur d'une cheminée à feu ouvert de construction connue. Selon une caractéristique principale de l'invention, l'enceinte de la chambre de combustion 3 est délimitée par des doubles-parois définissant entre elles un espace hermétique. Cet espace constitue un circuit 5 dans lequel est introduit un fluide caloporteur, symbolisé par les flèches A, par exemple de l'air, admis et refoulé respectivement au moyen de deux orifices d'arrivée 6 et de sortie 6 a et de sortie 6b ménagés dans la plaque foyère 1, sur sa partie définissant la paroi extérieure dorsale du circuit 5. Les parois intérieures de ce dernier, délimitant l'enceinte de la chambre 3, constituent donc une surface de séparation des gaz chauds G du fluide A, à travers laquelle s'opère un échange thermique entre les deux fluides.Aussi, pour favoriser cet échange, il est conseillé de fabriquer ces parois intérieures dans un matériau possèdant un coefficient de conductibilité thermique éleve. Ainsi, le cycle du fluide caloporteur A, dont la circulation pourra etre naturelle ou forcée, est le suivant : de l'air frais est admis dans le -cir- cuit-échangeur 5 par l'orifice 6a, se réchauffe par convection au contact des parois intérieures dudit circuit, lesquelles ont été portées à un degré de température élevé par convection avec les gaz chauds G en contact avec leur face opposée, puis est refoulé dans le milieu ambiant de la pièce à chauffer par 11 orifice de sortie 6b. il va de soi que des gaines non représentées viendront se loger dans les orifices 6 et 6 a b afin que le fluide caloporteur soit acheminé de et vers l'extérieur du foyer de la cheminée à feu ouvert. On remarquera, selon une caractéristique préférentielle de l'invention, que la paroi dorsale de la chambre de combustion 3, dans laquelle est pratiquée l'ouverture communiquant avec la lumière 2a du conduit 2, un carneau de forme conique 7 destiné à concentrer les gaz brûlés vers la susdite lumière. Le dessin de la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de récupération d'énergie thermique II conforme à l'invention. Sur ce dessin, les mêmes éléments principaux du dispositif I qui se retrouvent dans ce dispositif II ont été affectés des mêmes références numériques et ne seront donc pas à nouveau décrits ci-après. Dans ce dispositif II, quelques aménagements ont été apportés dans la configuration du circuit-échangeur 5 tout en respectant l'idée générale de l'invention, afin de favoriser les échanges thermiques entre le fluide caloporteur A et les gaz chauds G. Ces aménagements consistent à éviter le passage du fluide A dans les longueurs du circuit-échangeur 5 situées au-dessus du cendrier 4 dans les parties frontale et dorsale de la chambre de combustion 3.Ces dispositions permettent d'une part de limiter le passage du fluide A dans les zones de moindre chauffe et d'autre part, d'assurer un passage direct des gaz G vers la lumière 2 de la a buse 2 sans la présence d'un carneau. Les dispositifs I et Il comprennent également chacun un moyen de réglage de l'ouverture et/ou de la fermeture de la lumière 2a pour réaliser un équilibre dans la combustion et dans le tirage du foyer. Ce moyen de réglage pourra être de type classique tel qu'un-registre installé dans le conduit 2, ou, selon des réalisations préconisées de l'invention, soit par une buse mu nie d'une ouverture identique à celle de la lumière 2 et montée rotative a autour du conduit 2 à son extrémité inférieure, soit par un bandeau mobile selon un axe vertical et venant obstruer la susdite lumière 2 . Comme on peut a le voir sur le dessin de la figure 3, ce bandeau pourra etre constitué par un bottier 8 ouvert à sa base et dont les deux côtés latéraux ferment le passage de la longueur de circuit-échangeur 5 située dans la partie dorsale de la chambre 3.Ainsi, le fluide A admis-par l'orifice d'arrivée 6a est contraint de contourner la chambre 3 pour s'échapper par 11 orifice de sortie 6b. Selon une caracteristique particulièrement avantageuse de ltinvention, les barreaux de la grille foyère 1 sont constitués par des-éléments tubulai a res à travers lesquels s'écoule un deuxième fluide caloporteur tel que de l'eau, amene et refoulé au moyen de deux collecteurs d'entrée et de sortie introduits dans le circuit 5 > respectivement par ses deux orifices 6 et 6 -a b Cette grille la, selon une interconnection appropriée de ses barreaux tubulaires, peut constituer un échangeur en forme de serpentin. En conséquence, le fonctionnement des dispositifs I et II dont la grille foyère 1 définit un deuxième circuit-échangeur d'un autre fluide calopor a teur, pourra donc etre d'un usage mixte. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et-représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes d'exécution, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de récupération de calories dans lequel un échange thermique est opéré entre de l'air chargé des gaz de combustion (G) provenant du brasier d'un foyer d'une cheminée à feu ouvert fonctionnant selon le principe du tirage renversé et uu fluide caloporteur (A) circulant à l'intérieur de la cheminée au moyen d'un circuit (5) muni de deux orifices d'arrivée (6 ) et de sortie (6b) dudit fluide et comportant sur une partie de sa longueur une paroi jouant le rôle de surface d'échange avec les gaz de combustion, ladite cheminée à tirage renversé comprenant - une plaque foyère (1) munie d'une grille (1) ) sur laquelle reposent des combustibles (B) en ignition, - un conduit (2) d'évacuation des gaz de combustion, - une arrivée d'air de combustion, - une chambre (3) de combustion adoptant de preférence la forme d'un parallélépipède rectangle placée sous la grille de la plaque foyère et dans laquelle débouche éventuellement au moyen d'un carneau (7), le susdit conduit d'évacuation des gaz de combustion pour réaliser le tirage renversé, - un cendrier (4) disposé sous la grille Soyère dans la chambre de combustion, - un moyen de réglage (8) de l'ouverture et/ou de la fermeture du conduit d'évacuation des gaz de combustion, ledit dispositif étanteCARACTERISE PAR LE FAIT QUE la longueur de circuit (5) de fluide caloporteur assurant l'échange thermique avec les gaz de combustion est disposée en partie ou en totalité autour de la susdite chambre de combustion (3). 2. Dispositif de récupération selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les parois confinant l'enceinte de la chambre de combustion (3) constituent la surface d'échange thermique entre les gaz de combustion et le fluide caloporteur. 3. Dispositif de récupération selon les revendications 1 et 2,CARACTE- RISE PAR LE FAIT QU'une ouverture est pratiquée dans la paroi frontale de la chambre de combustion (3) pour autoriser l'introduction et/ou le retrait du susdit cendrier (4) à l'intérieur de ladite chambre. 4. Dispositif de récupération selon les revendications 1, 2 et 3, CARAC TERISE PAR LE FAIT QUE les cinq parois dites intérieures - les deux latérales, l'inférieure, la frontale et la dorsale- de la chambre de combustion (3) qui constituent une surface d'échange thermique entre les gaz de combustion et le fluide caloporteur, sont doublées chacune d'une deuxième paroi dite extérieure pour délimiter avec les premières un espace hermétique (5) défi- nissant la longueur de circuit-échangeur dans lequel évolue le susdit fluide caloporteur au moyen des susdits orifices d'arrivée (6a) et de sortie 5.Dispositif de récupération selon les revendications 1 à 4 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la surface de plaque foyère (1) définissant une paroi de la partie dorsale du circuit-échangeur (3) comporte un orifice central dans lequel est logé le susdit conduit (2) d'évacuation des gaz de combustion qui débouche dans la susdite chambre de combustion (3). 6. Dispositif de récupération selon les revendications 1 à 5 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les deux orifices d'arrivée (6 ) et de sortie (6b) du fluide caloporteur du susdit circuit-échangeur sont pratiques dans la paroi de la partie dorsale de ce dernier de part et d'autre du susdit orifice central. 7. Dispositif de récupération selon les revendications 1 à 6 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE l'ouverture de la paroi intérieure dorsale de la chambre de combustion (3) débouche dans le susdit conduit d'évacuation au moyen d'un carneau (7) de forme conique pour concentrer les gaz brûles vers l'ouverture du susdit conduit (2). 8. Dispositif de récupération selon la revendication 5, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE l'extrémité inférieure du conduit d'évacuation (2) des gaz de combustion comporte une lumière (2a) en forme de biseau orientée vers la chambre de combustion (3). 9. Dispositif de récupération selon les revendications 1, 5 et 8, CARAC TERISE PAR LE FAIT QUE le susdit moyen de réglage de l'ouverture et/ou de la fermeture du conduit d'évacuation (2r est constitué par une buse montée rotative autour du susdit conduit et munie d'une ouverture identique à celle de la lumière de ce dernier. 10. Dispositif de récupération selon la revendication 6, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la longueur de circuit-échangeur (5) située dans la partie dorsale de la chambreNde combustion (3) est obturée entre les deux orifices d'en -trée (6a) et de sortie (6b) pour imposer au fluide caloporteur admis par l'orifice d'entrée (6 ), un trajet autour de la susdite chambre de combus a tion. 11. Dispositif de récupération selon l'une quelconque des revendications l à 10, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les barreaux de la susdite grille foyère (la) sont constitués d'éléments tubulaires à l'intérieur desquels s'écoule un fluide caloporteur amené et refoulé au moyen de deux collecteurs d'entrée et de sortie.