Brevet FR2543267A1 — publié le 19840928

DISPOSITIF DE RECUPERATION DE CHALEUR POUR CHEMINEE L'invention concerne un dispositif de récupération de chaleur destiné à se loger dans l'autre d'une cheminée, en vue de prélever une partie des calories dégagées par un feu de bois ; elle vise un dispositif du type comprenant un caisson appelé à se placer au voisinage du contrecoeur de la cheminée pour être traversé par les gaz chauds et un échangeur de chaleur logé dans ledit caisson en vue de transférer les calories de ces gaz chauds vers un fluide secondaire. L'invention s'étend aussi bien au mode de réalisation dans lequel l'échangeur est un échangeur gaz/liquide, parcouru par un liquide, qu'au mode de réalisation dans lequel cet échangeur est échangeur gaz/gaz,parcouru par de l'air. Quel que soit le mode de réalisation, le fluide parcourant l'échangeur sera désigné par "fluide secondaire. De nombreux dispositifs ont été à ce jour imaginés pour assurer une récupération partielle de la chaleur dégagée par un feu de cheminée. On pourra se reporter par exemple au brevet FR nO 2 483 053 qui présente de façon générale un dispositif de ce type ou au brevet FR nO 1 231 400 qui vise à améliorer la qualité de la combustion. Par ailleurs, certains brevets, tel que le brevet FR nO 2 205 936, prévoient des systèmes d'obturation réglables du conduit d'échappement des gtz brûlés, afin de pouvoir réduire le régime de la combustion et d'obtenir une régulation de température du fluide secondaire.Toutefois, la mise en oeuvre de ces systèmes d'obturation s'effectue au détriment du rendement de la combustion : même si le récupérateur est prévu pour posséder un bon rendement à plein régime, on peut constater un effondrement de ses performances pour les bas régimes de combustion, avec les divers inconvénients afférents surconsommation de bois, dépôts de goudrons réduisant au cours du temps les performances du récupérateur, présence de fumées préjudiciables à l'agrément apporté par le feu de bois, accroissement du caractère corrosif des gaz brûlés, régime de combustion irrégulier, etc... La présente invention se propose de remédier aux défauts précités des dispositifs connus, en fournis sant un dispositif perfectionné de récupération de chaleur, permettant d'assurer une régulation de la température du fluide secondaire, tout en bénéficiant d'un rendement de combustion peu influencé par le régime imposé. Un objectif de l'invention est en particulier de permettre d'associer une régulation de température avec un rendement élevé à tout régime. Un autre objectif de l'invention est d'amé- liorer, pour un régime donné, le rendement de la combustion et la proportion des calories récupérées et transférées au fluide secondaire. Un autre objectif est de régulariser la combustion quel que soit le régime et d'éviter toute surchauffe locale susceptible d'entrainer un vieillissement prématuré du matériel. Le dispositif de récupération de chaleur visé par la présente invention comprend d'une part, un caisson doté à sa base de moyens d'entrée de gaz chauds et à sa partie haute d'une sortie de gaz brûlés, d'autre part, un échangeur de chaleur logé dans ledit caisson de façon à être léché par les gaz chauds et pourvu d'une entrée et d'une sortie de fluide secondaire. Selon la présente invention, ce dispositif est équipé d'un conduit de dépression, raccordé en partie haute du caisson à la sortie de gaz brûlés et agencé pour pouvoir s'étendre en position ascendante dans la cheminée, dans la partie basse du conduit de dépression, de moyens de communication entre le volume intérieur dudit conduit et l'extérieur de celui-ci, lesdits moyens étant pourvus d'un système de réglage de la section de communication, et de moyens de commande dudit système de réglage, adaptés pour permettre de régler ladite section de communication en fonction directe de la température dans une plage de température prédéterminée. Ainsi, le réglage à chaque instant de régime de combustion (déterminant l'énergie calorifère disponible) est assuré en faisant varier le tirage dans le conduit de dépression et,donc,dans le caisson,et ce, sans aucune obturation de ce conduit, grâce à une mise en communication plus ou moins importante de l'intérieur dudit conduit avec le volume interne de la hotte ou de la cheminée. Dans ces conditions, on a pu constater que les baisses de régime (engendrées par un accroissement de la section de communication) ne s'accompagnent d'aucune modification sensible du rendement de la combustion ; les mesures du taux de C02 des gaz brûlés ont donné des taux très peu différents selon les régimes. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, les moyens de commande du système de réglage précité comprennent de préférence une sonde de température placée au voisinage de la sortie du fluide secondaire ; ces moyens de commande peuvent, par exemple,- être réglés pour réguler la température de sortie du fluide secondaire dans une plage comprise entre un seuil minimum et un seuil maximum. Si la température détectée est inférieure au seuil minimum, les moyens de commande déterminent un positionnement du système de réglage, correspondant à une section de communication nulle ou minimum : la dépression est alors maximum dans le conduit de dépression et la combustion se déroule au régime le plus élevé. Lorsque la température mesurée devient supérieure à ce seuil minimum, la section de communication est augmentée, ce qui réduit la dépression à la sortie du caisson et tend à abaisser le régime de combustion Si la température détectée atteint le seuil maximum, la section de communication est ajustée à sa valeur maximale afin d'assurer une combustion au régime le plus bas. I1 est à noter que les réglages intermédiaires du régime de combustion peuvent être effectués de deux façons, auxquelles s'étend la présente invention soit par un réglage en tout ou rien de la section de communication (communication ouverte ou fermée) les régimes intermédiaires sont alors obtenus en ajustant les temps relatifs d'ouverture et de fermeture de façon à obtenir une dépression moyenne correspondant au régime désiré, soit par un réglage progressif de la section de communication grâce à un mécanisme de manoeuvre doté de moyens d'entrainement progressif (moteurCavec vis sans fin ou équivalent). La première solution sera en pratique préférée car elle correspond à une structure plus simple et plus fiable du système de réglage : mécanisme de manoeuvre en tout ou rien d'un volet, constitué par exemple par une tringlerie liée au noyau plongeur d'un électroaimant. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention -destinée à améliorer le rendement de la combustion et, donc, les performances du dispositif (quel que soit le régime), les moyens d'entrée d'air chauds dans le caisson comprennent une première grille disposée dans un plan sensiblement vertical en partie basse de la paroi frontale dudit caisson, une seconde grille étant disposée dans un plan sensiblement horizontal, à l'intérieur du caisson, au dessous de l'échangeur ; ces deux grilles sont réalisées en un matériau apte à catalyser la combustion et la transformation de CO en C02. Il est à noter que "par grille", on entend tout organe présentant une pluralité de trous répartis sur sa surface : plaque perforée, prolongement perforé d'une paroi de caisson, grille classique réalisée par des éléments croisés... D'autres caractéristiques de l'invention se dégageront de la description qui suit en référence aux dessins annexés qui en présentent, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description la figure 1 est une vue schématique en perspective avec arraché partiel, d'un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 en est une coupe transversale par un plan A, . la figure 3 en est une coupe par un plan B orthogonal au précédent, . la figure 4 est une vue schématique en perspective, montrant le dispositif installé dans une cheminée, la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un autre mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de récupération de chaleur représenté à titre d'exemple aux figures 1 à 3 comprend un caisson métallique 1 de forme parallélépipèdique ayant une profondeur réduite par rapport à sa hauteur et à sa largeur. Ce caisson est dimensionné pour pouvoir être disposé dans l'autre d'une cheminée, au voisinage du contrecoeur de celle-ci comme le schématise la figure 4. A sa partie baisse, le caisson 1 comporte une grille verticale 2 qui est en l'exemple constituée par une plaque perforée en fonte refractaire,située dans le prolongement de la paroi frontale-la-du caisson. En outre, le caisson 1 est doté d'une seconde grille 3 disposée dans un plan horizontal de façon à joindre l'arête supérieure de la grille 2 et la paroi arrière lb du caisson. Cette grille est de même nature que la précédente. La répartition et la dimension des trous de ces grilles sont prévues de façon à assurer l'action catalytique la plus efficace sur la combustion, sans introduire une perte de charge trop élevée dans le-courant gazeux les traversant. La première grille 2 qui se trouve au coeur de la combustion favorise l'effet de pyrolise, cependant que la seconde grille, à travers laquelle passent les gaz brûlées, favorise l'oxydation complète du CO de façon à fournir une combustion complète de rendement élevé. Une paroi inclinée 4 est disposée entre la partie basse de la première grille 2 et la partie arrière de la seconde 3 de façon à guider le flux de gaz et à rigidifier, sur le plan mécanique, le caisson 1. Par ailleurs, la paroi inférieure lc, qui ferme en partie basse le caisson 1 et sur laquelle s'appuie la grille 2 et la paroi 4, se prolonge à l'avant par une plaque antérieure 5 qui est appelée à reposer sur la plaque horizontale de cheminée. Des moyens-supports de bois sont disposés en position réglable sur cette plaque antérieure 5 à l'avant du caisson 1. Ces moyens sont en l'exemple constitués par une grille mobile 6 dotée de pieds tels que 7 qui la maintiennent inclinée vers l'carrière de façon à assurer par gravité un glissement du bois vers la grille 2. La plaque antérieure 5 est dotée de moyens de positionnement de la grille 6, qui permettent de disposer celle-ci dans plusieurs positions décalées les unes par rapport aux autres dans le sens avant/arrière. Cette disposition permet d'ajuster le volume délimité par la grille 2 aux quantités de bois à disposer dans la cheminée, tout en condition-nant le déroulement de la combustion au voisinage de la grille 2. En l'exemple, deux des pieds de la grille 6 sont dotés de tétons, tels que 8, qui pénètrent dans des lumières adaptées 9 que comporte la plaque 5. Par ailleurs, le caisson 1 contient un échangeur 10 situé au-dessus de la grille horizontale 3. En l'exemple cet échangeur est un échangeur du type connu en soi gaz/eau. Cet échangeur possède une entrée d'eau 11 (ou de tout autre liquide appropriée) et une sortie d'eau 12. En partie haute, le caisson 1 est pourvu d'une sortie de gaz brûlés 13 qui est raccordée à un conduit ascendant 14, dit conduit de dépression. Ce conduit de dépression 14 qui peut avoir une longueur comprise entre 2 et 7 mètres est installé dans le conduit de cheminée en vue de conditionner au niveau de la sortie 13 une dépression maximum de l'ordre de 0,15 à 0,20 millibar (après mise en température de la cheminée). Au voisinage de son raccordement avec la sortie 13 de gaz brûlés, le conduit 14 comprend un orifice 14a de communication entre le volume intérieur du conduit et l'ambiance extérieure à celui-ci située à l'intérieur de la hotte ou de la cheminée). Un manchon 15 piqué sur le conduit 14 autour de son orifice 14a est équipé d'un volet d'obturation 16 associé à un mécanisme de manoeuvre. Lorsqu'il est ouvert, le volet 16 permet donc de réduire la dépression régnant à la base du conduit 14 et ce, sans réaliser une obturation du conduit 14 lui-même. Le mécanisme de manoeuvre associé au volet 16 est en l'exemple du type en tout ou rien, constitué par une courte tringle 17 fixée sur l'axe diamétral de volet 16 et par une tringle 18 articulée sur la première afin d'en assurer le déplacement. La tringle 18 est liée au noyau plongeur d'un électroaimant 19 dont l'alimentation électrique assurée par des conducteurs 20 est asservie à une sonde de température 21 par l'entremise d'un ensemble électronique classique 22. La sonde 21 est montée sur la sortie 12 du fluide secondaire de fa çon à détecter la température de ce fluide à la sortie de l'é changeur 10. Comme le schématise la figure 4, 1'électro- aimant 19 et l'ensemble électronique 22 sont de préférence dis posés à l'extérieur du manteau de la cheminée. Les expérimentations ont permis de constater qu'un tel dispositif de récupération possédait un bon rendement (de l'ordre de 80 %), peu influencé par le régime de combustion imposé. La loi de régulation est programmée de façon classique dans l'ensemble 22. Par exemple, le volet 16 est commandé pour rester en position fermée lorsque la température détectée par la sonde 21 est inférieure à une température de l'ordre de 600 C ; ce volet est séquentiellement ouvert entre environ 600 C et 800 C, les séquences d'ouverture étant de plus en plus longues à l'approche de ce seuil maximum. Il est ensuite-gardé en position ouverte lorsque la température atteint ce seuil. I1 est à noter que, pour des raisons de sécu- rité, il est souhaitable d'adjoindre au conduit 14 un volet intérieur qui l'obturera si la température atteint accidentellement une valeur limite donnée (par exemple 850 C). Ce volet n'est pas utilisé pour la régulation mais sert uniquement à accroitre la sécurité du système en supprimant tout risque de mise en ébullition du liquide secondaire. La figure 5 représente un autre mode de réa- lisation fonctionnant selon le même principe, avec un fluide secondaire constitué par de l'air qui est prélevé par une entrée 11' et ressort échauffé par une sortie 12'. Ce mode de réalisation est équipé d'un échangeur à chicanes gaz/gaz 10' de type connu. Dans ce cas un ventilateur prévu pour en gendrer la circulation de l'air secondaire peut etre-commandé par l'ensemble électronique 22' de façon à posséder une vitesse fonction directe de la température détectée, sa vitesse maximale étant atteinte pour une valeur de la plage de régulation. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif de récupération de chaleur, destiné à se loger dans l'âtre d'une cheminée, du type comprenant, d'une part, un caisson (1) doté à sa base de moyens d'entrée de gaz chauds et à sa partie haute d'une sortie (13) de gaz brûlés, d'autre part, un échangeur de chaleur (10) logé dans ledit caisson de façon à être léché par les gaz chauds et pourvu d'une entrée (11) et d'une sortie (12) de fluide secondaire, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un conduit de dépression (14), raccordé en partie haute du caisson à la sortie (13) de gaz brûlés et agencé pour pouvoir s'étendre en position ascendante dans la cheminée, dans la partie basse du conduit de dépression, des moyens de communication (14a, 15) entre le volume intérieur dudit conduit et l'extérieur de celui-ci, lesdits moyens étant pourvus d'un système (16-19) de réglage de la section de communication, et, des moyens de commande (21, 22) dudit système de réglage, adaptés pour permettre de régler ladite section de communication en fonction directe de la température dans une plage de température prédéterminée. 2/ - Dispositif de récupération de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande précités comprennent une sonde de température (21) placée au voisinage de la sortie (12) de fluide secondaire. 3/ - Dispositif de récupération de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de communication et système de réglage p-récités comprennent un orifice (14a) ménagé dans le conduit de dépression (14) au voisinage de son raccordement avec la sortie (13) de gaz brûlés, un manchon (15) piqué dans ledit conduit de dépression autour de l'orifice (14a) précité, un volet mobile (16) d'obturation dudit manchon et un mécanisme de manoeuvre dudit volet (17, 18, 19). 4/ - Dispositif de récupération de chaleur selon les revendications 2 et 3 prises ensemble, caractérisé en ce que le mécanisme de manoeuvre comprend une tringlerie (17, 18) liée à des moyens d'entrainement (19), lesquels sont asservis à la sonde de température (21). 5/ - Dispositif de récupération de chaleur selon la revendication 4, dans lequel les moyens d'entrainement comprennent un électroaimant (19) à noyau plongeur lié à la tringlerie (17, 18) de façon à obtenir un réglage en tout ou rien du volet (16) entre une position d'oturation et une position d'ouverture. 6/ - Dispositif de récupération de chaleur selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens d'entrée d'air chauds dans le caisson comprennent une première grille (2) disposée dans un plan sensiblement vertical en partie basse de la paroi frontale (la) dudit caisson, une seconde grille (3) étant disposée dans un plan sensiblement horizontal, à l'intérieur du caisson audessous de l'échangeur (10), lesdites grilles (2, 3) étant réalisées en un matériau apte à catalyser la combustion et la transformation de C0 en C02. 7/ - Dispositif de récupération de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une paroi inclinée (4) est disposée entre la partie basse de la première grille (2) et la partie arrière de la seconde (3). 8/ - Dispositif de récupération de chaleur selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, carac térisé en ce qu'il comprend des moyens-supports de bois (6, 7, 8) disposés en position réglable à l'avant du caisson (1) et agencés avec une inclinaison vers l'arrière de façon à assurer par gravité un glissement du bois vers la partie basse du caisson au fur et à mesure de la combustion. 9/ - Dispositif de récupération de chaleur selon les revendications 6 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que le caisson (1) est fermé en partie basse par une paroi (-lc) sur laquelle s'appuie la première grille, ladite paroi (lc) se prolongeant à l'avant par une plaque antérieure (5) qui comprend des moyens de positionnement (9) des organes-supports (6, 7, 8) selon plusieurs positions décalées les unes par rapport aux autres dans le sens avant-arrière. 10/ - -Dispositif de récupération de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'échangeur de chaleur est un échangeur gaz/liquide (10), le fluide secondaire étant constitué par un liquide. 11/ - Dispositif de récupération de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'échangeur de chaleur est un échangeur gaz/gaz (10'), le fluide selon daire étant constitué par de l'air.