Brevet FR2528951A1 — publié le 19831223

La présente invention a pour objet un dispositif pour la récupération des calories dans un foyer à feu ouvert ou fermé, dispositif du type dans lequel les fumées et gaz d'évacu- ation traversent des tubes d'échange thermique. L'invention-a également pour objet un procédé pour la réalisation d'un tel dispositif. On a proposé depuis quelques années de multiples systèmes permettant la récupération des calories dans les cheminées à foyer ouvert et, plus récemment, dans le S cheminées à foyer fermé. Le dénominateur commun de tous ces dispositifs est de disposer dans le passage des fumées et gaz d'évacuation des batteries de tubes de toutes sortes, les surfaces d'échange thermique étant plus ou moins optimisées d'un dispositif à l'autre De la même manière, on a fait varier à satiété les formes et positions relatives des tubes. Les rendements obtenus par ces dispositifs restent cependant encore faibles et le chauffage n'est pas régulier. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu avec un dispositif du type décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il remplace l'avaloir de la cheminée et en ce que les tubes d'échange thermique sont noyés dans un matériau formant accumu- lateur de chaleur. On comprendra que l'accumulation réalisée dans le matériau accumulateur réalise un tampon thermique, ce qui permet une meilleure régularité de chauffe. Le matériau accumulateur pourra être de tout type connu compatible-avec l'application envisagée, par exemple un béton réfractaire ou tout autre matériau utilisant un liant Il pourra être également composite. Avantageusement, le dispositif sera réalisé directemen sur chantier à partir d'un avaloir en métal formant caisson et comportant-des tubes en orgues verticales ou inclinées sur l'horizontale et dans ce cas convergentes vers le centre de l'avaloir, le matériau accumulateur étant coulé directement dans le caisson autour des tubes échangeurs. Selon un autre mode de mise en oeuvre de ce procédé, les tubes seront remplacés par des réservations ménagées dans le l matériau accumulateur au moment de son coulage, les réserva- tions étant retirées ultérieurement après séchage du matériau réfractaire. Grâce à ce dispositif, la masse réfractaire est chauffée par le passage des fumées dans les tubes On obtient avec cette structuré une surface d'échange considérable et bien répartie, car on peut disposer autant de tubes que l'on désire. Cet ensemble permet plusieurs heures de chauffage après extinction du foyer grâce à l'accumulation La chaleur accumulée peut être rejetée statiquement ou forcée par-turbine. Le rejet s'opère par exemple par des orifices supérieurs ou plus avantageusement par une multitude de canalisations traversant le matériau réfractaire et débouchant en partie supérieure sur un collecteur relié à l'extérieur du dispositif. Dans cette réalisation on réalise donc deux circuits un circuit de tubes traversés par les fumées et reliés à un col-lecteur de fumées lui-même relié à la cheminée, un circuit de canalisations dans lesquelles circule un fluide à réchauffer, par exemple de l'air, qui se réchauffe par extraction des calories accumulées, ce circuit débouchant sur un collecteur relié vers l'extérieur au réseau d'utilisation. Avantageusement, l'air circulera dans les canalisa- tions par convection naturelle. Le récupérateur de l'invention peut être disposé par exemple sur un foyer de forte épaisseur en béton réfractaire - conçu sur le même principe, c'est-à-dire dans lequel les jambages comportent des canalisations de circulation d'air, ou encore très avantageusement sur un foyer fermé. Le foyer est généralement muni de canalisations péri- phériques de circulation d'air, -la circulation s'opérant par convection naturelle, qui permet une première récupération de calories sur les parois latérales réfractaires du foyer avant que l'air ne parvienne au niveau du dispositif de l'invention. On peut également combiner en une seule unité le foyer ferméget le caisson-avaloir métalliqẻ dans lequel on coulera le matériau réfractaire La pose d'un tel dispositif devient aisée, rapide et accessible au particulier. Les avantages du dispositif selon l'invention sont en outre les suivants - excellente répartition de la chaleur dans le matériau réfractaire grâce à l'avaloir perforé sur toute sa surface de base par les tubes échangeurs grande puissance de chauffe avec une bonne régula- tion du fait du tampon réalisé grâce à l'accumulation amélioration du tirage du foyer grâce à l'aspiration provoquée par la masse de matériau réfractaire chauffé entretien et ramonage des tubes échangeurs possible et aisé dans le cas spécifique d'un foyer fermé, on évite le noircissement de la vitre grâce à une combustion parfaite sans bistrage, les fumées étant aspirées par les tubes au droit de la vitre; - du fait de la masse de béton sur l'ensemble du foyer, le rayonnement dans la pièce est amélioré de-manière générale, grande économie de combustible (bois) à performances égales enfin le dispositif est très fiable, car il n'y a pas de pièce mécanique complexe ou de tubulure spéciale, donc pas de risque de détérioration. On comprendra mieux l'invention à l'aide de-la descrip- tion ci-après d'un mode non limitatif de mise en oeuvre donné à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure I est une vue perpective en coupe partielle d'une cheminée à foyer ouvert équipée du dispositif récupérateur conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure I la figure 3 est une vue en coupe transversale par- tielle d'un foyer fermé adapté pour un dispositif récupérateur conforme à-l'invention. Sur une cheminée à foyer ouvert ou fermé, référencée généralement ( 1), on dispose un dispositif référencé-généralement ( 2) et conforme à l'invention. Ce dispositif comporte des tubes ( 3) verticaux ou'inclinés par rapport à la verticale et dans ce cas convergents, un collecteur de fumées ( 4) de forme sensiblement cylindrique et dans lequel débouchent les tubes ( 3) soit direc- tement soit par le biais d'une chambre collectrice intermédiaire non représentée. Les tubes ( 3) sont de préférence réparti S en orgues ou batteries sur tout le volume du dispositif ( 2). Conformément à l'invention, les tubes ( 3) sont noyés dans un matériau réfractaire ( 5), par exemple du béton réfrac- taire. Les tubes pourront être des tubes métalliques soli- daires du caisson ( 6) du récupérateur ( 2), ou être formés lors du coulage du matériau réfractaire en prévoyant dans celui-ci des réservations, par exemple avec du polystyrène expansé ou tout autre matériau analogue pouvant être retiré après prise du béton - Une-partie des éléments de réservation peut même être laissée en place, ceux-ci se consommant dès le premier feu pour dégager les tubes Il suffira que l'un au moins des tubes soit dégagé avant la mise en route du foyer pour le tirage. Cette réalisation est le mode de mise en oeuvre le plus simple du dispositif de l'invention et de son procédé de -fabrication. Avantageusement, les calories accumulées dans la masse réfractaire seront extraites par une circulation-fluide, de préférence de l'air ambiant circulant par convection naturelle. L'air traversera la masse réfractaire ( 5) ayant accu- mulé la chaleur par le biais de canalisations ( 7) représentées à la figure 2 en section rectangulaire par opposition aux tubes représentés en section circulaire pour une meilleure compréhen- -sion Il est clair que les canalisations ( 7) et les tubes ( 3) peuvent être de toute section, et même de sections différentes à l'intérieur de chacune des deux familles. Les canalisations ( 7) seront disposées de préférence sur toute la périphérie de la masse réfractaire et convergeront à leur partie supérieure vers un collecteur de récupération d'air chaud-( 8) relié par un orifice ( 9) au circuit d'utilisa- tion. Avantageusement les canalisations ( 7) se prolongeront dans les jambages de la cheminée, l'air étant extrait en partie basse de la cheminée - On comprendra que le collecteur ( 8) d'air chaud est traversé de part en part par le collecteur de fumées ( 3). Bien entendu la masse réfractaire peut être réalisée à partir d'éléments préfabriqués empilables, mais de préférence elle sera coulée sur place par l'utilisateur ou l'installateur, ce conformément au procédé de l'invention. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse en combinaison avec un foyer fermé Dans ce-cas le foyer fermé et le caisson peuvent former un ensemble qui est placé tel queldans une cheminée, après coulage du réfractaire. La circulation latérale d'air autour du foyer fermé peut être réalisée en rapportant sur les parois latérales du foyer un crénelage ( 10) tel que représenté à la figure 3, les tubes creux ( 11) de ce crénelage étant reliés directement aux tubes de circulation d'air ( 7) Bien en tendu les tubes (Il) sont ouverts à leur partie inférieure Les interstices entre les tubes ( 11) sont remplis de béton ou autre matériau. Dans le cas d'un foyer ouvert, l'alimentation-en air du foyer s'opèrera de manière traditionnelle Dans le cas d'un foyer fermé, celle-ci sera réalisée de manière en elle-même connue par un orifice central disposé en bas du caisson, avec éventuellement la possibilité de répartir cet air de combustion sur toute la surface. Avantageusement, on prévoiera dans le conduit de fumées un dispositif de ralentissement des gaz e-t fumées, du type registre, régulant le débit de sortie des fumées et gaz et surtout permettant d'augmenter la durée d'échange au niveau du dispositif de l'invention. D'autre part dans le cas d'un foyer fermé, la partie supérieure de-celuici pourra, au lieu d'être métallique être réalisée tout simplement en un matériau consommable s'utr lequel sera coulé le matériau accumulateur Lorsque celui-ci se sera solidifié, la partie consommable disparaîtra à la première uti- lisation Ceci évite en outre un décoffrage. D'autre part il est clair que l'ensemble accumulateur peut être préfabriqué, par exemple réalisé en strates empilables. Pour optimiser les conditions de ramonages des tubes du dispositif, on prévoiera que les tubes ( 3) déboucheront dans une chambre en forme d'entonnoir, seul l'un des tubes ( 3) étant dans l'axe vertical et au centre de cette chambre, dans l'ali- gnement direct du conduit ( 4) Ainsi toutes les suies-tomberont essentiellement dans un seul tube. Enfin, on pourra prévoir un clapet d'obturation manoeu- vrable depuis l'extérieur, et permettant de faire varier la section libre d'ouverture des tubes de fumée. REVENDICATIONS. 1 Dispositif pour la récupération de calories dans un foyer à feu ouvert ou fermé, dispositif du type dans lequel les fumées et gaz d'évacuation traversent des tubes d'échange thér- mique, caractérisé en ce qu'il remplace l'avaloir de la chemi- née, et en ce que les tubes d'échange thermique ( 3) sont noyés dans un matériau formant accumulateur de chaleur. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau accumulateur est réfractaire. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est du béton réfractaire ou autre matériau utilisant ou-non un liant-. 4 Dispositif selon l'iune quelconque des revendications - I à 3, caractérisé en ce que les tubes ( 3) sont disposés en orgues verticales ou inclinées et convergentes, et qu'ils débouchent dans un collecteur de fumées ( 4). Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que les tubes ( 3)-sont répartis régu- lièrement dans le matériau réfractaire; 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un réseau de canalisations de circulation d'air ( 7), ces canalisations ( 7) débouchant dans un collecteur ( 8) relié au réseau d'utilisation de l'air - 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les calories accumulées sont évacuées par de l'air circulant dans les canalisations (,7)-par convection naturelle. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que les calories sont évacuées de l'ac- cumulateur par'une turbine. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé en-ce qu'il est utilisé en combinaison avec un foyer fermé. Dispositif selon la revendication 9 pour un foyer fermé, caractérisé en ce que le foyer fermé et le caisson ( 6) sont réalisés en une seule pièce - Il Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les parois latérales du foyer fermé sont munies d'un crénelage ( 10) comportant des tubes ( 11) de circulation d'air reliés aux canalisations ( 7). 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte dans le conduit de fumées, un dispositif de ralentissement des gaz et fumées permettant d'augmenter la durée d'échange au niveau de l'accu- mulateur. 13 Dispositif selon l'une quelconque des' revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les tubes ( 3) débouchent dans une chambre en forme d'entonnoir, seul l'un des tubes ( 3) étant dans l'axe vertical et au centre de ladite chambre, dans l'ali- gnement direct du conduit ( 4). 14 Procédé pour la fabrication d'un dispositif de récu- pération de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu e le matériau réfractaire est coulé sur place dans le caisson ( 6). Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le caisson ( 6) comporte des tubes ( 3) qui en sont solidaires. 16 Procédé pour la fabrication d'un dispositif-de récu- pération de chaleur selon l'une quelconque des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que le matériau accumulateur est coulé sur une plaque en matériau consommable. 17 Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que les tubes sont réalisés au coulage en prévoyant des réservations dans le matériau réfractaire. 18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que une partie des éléments de réservation subsiste dans l'accu- mulateur et est consommée ultérieurement. 19 Procédé pour la fabrication d'un dispositif de récu- pération de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'ensemble accumulateur est réalisé en préfabrication en strates empilables.