Brevet FR2543266A1 — publié le 19840928

RECUPERATEUR DE CALORIES POUR CHEMINEES AVEC AMENEE D'AIR EXTERIEUR ETANCHE La présente invention a pour objet un récupérateur à double circuit d'air pour cheminée décorative. Cet appareil est un échangeur de calories qui-récupère celles-ci au niveau des braises, au niveau des flammes et au niveau des fumées, ce qui permet d'atteindre dans la ou les pièces à chauffer une température donnée avec une consommation moindre en combustible. En effet, les cheminées ordinaires ne produisent un chauffage que par rayonnement des parties enflammées et des éléments qui, chauffés par conduction ou rayonnement du foyer, renvoyent à leur tour des calories dans le local à chauffer. Certains procédés de récupération des calories sont basés sur la convection naturelle (d'après le principe de physique qu'un gaz chaud est plus léger qu'un gaz froid). D'autres procedés utilisent une circulation forcée mais par prélèvement d'air froid extérieur, ce qui diminue considérablement le rendement et la mise à la température désirée du local à chauffer. Un autre procédé utilise l'air ambiant qui est pulsé travers un échangeur, mais il présente les inconvénients suivants a) I'air de combustion prélevé à l'extérieur n'est pas raccordé directement au foyer. Une simple ouverture ménagée vers le vide sanitaire, la cave ou l'extérieur de la maison évite de mettre la pièce en dépression. Par grand vent, il peut entrer dans cette pièce une quantité surabondante d'air extérieur, ce qui la refroidit. b) il n'y a pas de dispositif de réglage de l'arrivée d'air frais, ce qui, en cas de surpression d'air extérieur, peut occasionner la projection des cendres du foyer dans l'air ambiant. c) la disposition horizontale des tuyaux où circule l'air chaud dans l'avaloir ne facilite pas la circulation d'air par convection naturelle lorsque le ventilateur tangentiel est arrêté. d) les bouches de pulsion, par leur forme rectangulaire, rendent difficile l'amenée d'air chaud à quelque distance de la cheminée. e) ces bouches n'ont pas d'obturateur, ce qui empêche le réglage du flux d'air chaud vers certains endroits que l'on désire privilégier. L'invention présentée ici pallie ces inconvénients de la façon suivante: - L'air frais de combustion prélevé au dehors du local à chauffer est amenez au foyer par une canalisation qui, d'une part, est scellée dans la paroi qu'elle traverse, empêchant ainsi toute propagation d'air frais extérieur dans le local et d'autre part est raccordée d'une façon étanche au foyer. - l'arrivée d'air au foyer est réglée par un papillon commandé par une tringlerie extérieure. - les tuyaux d'acier formant l'échangeur supérieur dans l'avaloir sont disposés en oblique afin de faciliter la circulation d'air par conection naturelle. - les prises de raccordement sur le troisième échangeur (avaloir) sont cylindriques, ce qui permet le raccordement aisé de canalisations pour conduire l'air chaud aux bouches de pulsion. - les bouches de pulsion sont munies d'un clapet obturateur Il est donné, à titre d'exemple un mode de réalisation; la description ci-dessous se rapportant aux dessins ci-annexés dont la nomenclature est la suivante, ce mode de réalisation étant non limitatif - Figure 1: COUPE HORIZONTALE A TRAVERS LE COEUR - Figure 2: VUE EN ELEVATION DU COEUR - Figure 3: COUPE DANS L'ECHANGEUR INTERIEUR - Figure 4 : COIJPE TRANSVERSALE DANS L'ECHANGEUR INFERIEUR ET LE COEUR - Figure 5: AVALOIR (ECHANGEUR SUPERIEUR) VU DU DESSUS - Figure 6 : VUE FRONTALE DE L'AVALOIR - Figure 7 : COUPE TRANSVERSALE DANS L'AVALOIR - Figure 8 :COUPE TRANSVERSALE MONTRANT L'ASSEMBLAGE DES ECHANCEURS La cheminée équipée de son récupérateur fonctionne de la façon suivante Le premier circuit est formé par l'air comburant qui, venant du vide sanitaire, ou de la cave, (voir 1), est canalisé par une gaine (voir 2) qui est fixée d'une façon étanche à la virole d'arrivée (voir 3) munie d'un papillon de réglage (voir 4) commandé par une tringlerie extérieure (voir 5). De la virole (voir 3) I'air est réparti aux deux bouches (voir 6) placées de part et d'autre du foyer. L'air de combustion accompagné des gaz et fumées s'échappe par le conduit après avoir traversé l'avaloir où ils cèdent une partie des calories qu'ils contiennent à l'échangeur supérieur (parois internes de l'avaloir -voir 7- et tubes - voir 8-). Le second circuit est constitué essentiellement du ventilateur tangentiel (voir 9) d'une puissance d'environ 20 watts, placé sous la plaque foyère, donc à peu de distance du sol, lâ où l'air de la pièce est le moins chaud. Cet air est pulsé successivement : a) dans un caisson de section trapézoidale (voir 10) dont la plaque supérieure supporte les braises du foyer. Ce caisson est entièrement fabriqué en tôles assemblées par soudure. b) dans le coeur du foyer (voir 11) dans lequel sont noyés des tubes d'acier (voir 12). c) dans l'avaloir en forme de pyramide tronquée d'où l'air est pulsé dans le local à chauffer (voir planche 2/3). Les avantages de ce système sont a) I'air du circuit secondaire étant repris dans le local même, sa température s'élève de plus en plus, ce qui n'est pas le cas avec les systèmes prenant de l'air extérieur à réchauffer b) il n'y a pas de mélange possible entre l'air chaud pulsé et les fumées, le circuit d'air étant mis en surpression, grâce au ventilateur tangentiel, par rapport au circuit des fumées ; ceci est important au cas où un défaut de montage provoquerait un manque d'étanchéité c) l'inertie thermique du coeur lui fait jouer le rôle de récupérateur de chaleur, même après l'extinctiondu foyer d) il est possible de couper l'arrivée d'air frais en cas de non utilisation de la cheminée, et l'étanchéité de la prise d'air frais interdit la propagation de celuici dans le local e) I'échangeur est constitué de trois parties distinctes à assembler sur place sans outillage spécial, ce qui diminue le poids des éléments à manipuler et leur donne une certaine souplesse permettant aux dilatations thermiques de se manifester sans perturber ni la cohésion ni l'étanchéité des circuits. Les trois parties principales citées ci-dessus sont assemblées entre elles par des joints d'amiante et de plâtre confectionnés sur place (voirl3). L'échangeur inférieur est construit, pour la plaque (voir 14 ) en contact avec la braise, en acier spécial allié principalement à du silicium, du cuivre, du chrome, du nickel et du manganèse, ce qui lui donne une bonne résistance à la corrosiondue à l'agressivité des résidus de la combustion du bois. Sous cette plaque sont soudés sur toute leur longueur des éléments en tôle pliés en forme d'ondes (voir 15) et dont le rôle est double: a) amener par conduction thermique la chaleur de la plaque foyère au contact de l'air pulsé et augmenter la surface de contact entre celui-ci et les parties les plus chaudes b) jouer le rôle de raidisseurs de la plaque foyère. Le ventilateur tangentiel est fixé sur la partie la plus large du caisson trapézoidal et son oule de refoulement s'adapte parfaitement au caisson. L'autre extrémité de celui-ci débouche dans une rampe de répartition (voir 16) d'où l'air est distribué aux tubes en acier formant le second échangeur (voir 12). Ceux-ci font passer l'air du premier au troisième échangeur, et permettent à l'air de s'échauffer à nouveau au contact des briques chauffées principalement par le rayonnement des flammes, A chaque extrémité de la rampe de répartition sont placées les arrivées d'air frais qui, par un collecteur en acier soudé (voir 17), sont reliées à la virole munie d'un papillon de réglage (voir 4) ; c'est sur cette virole que se raccorde le tuyau spiralé spiralé reliant le foyer à l'air extérieur. Les tuyaux d'acier noyés dans le coeur font saillie dans les tranches inférieure et supérieure du coeur ; ils s'emboitent dans une fente ménagée d'une part dans la rampe de répartition pour la tranche inférieure et dans la partie postérieure de l'avaloir (voir 18) pour la tranche supérieure. L'avaloir est constitué d'une enveloppe intérieure en acier résistant à la corrosion. Dans les parois antérieures et postérieures sont soudés des tubes d'acier (voir 8) formant un réseau parallèle faisant un angle d'environ 300 avec l'horizontale, conduisant l'air arrivant par la partie postérieure en oblique et en montant vers la partie antérieure. Un seconde enveloppe en tôle d'acier forme un habillage parfaitement étanche sur lequel sont placées les viroles (voir 19) où peuvent se connecter les flexibles en aluminium spiralés conduisant l'air réchauffé aux bouches de pulsion munies d'un clapet de réglage (voir 20). Ces viroles sont au nombre de quatre dont deux su r la face antérieure et une sur chaque côté. Les embases de l'avaloir reposent sur le coeur (partie arrière), sur une frise en briques (voir 21) pour la partie anterieure et sur les contrecoeurs ou les retours de frise pour les côtés. L'avaloir est surmonté d'une collerette rectangulaire pénétrant de 3 cm à l'intérieur du premier boisseau formant le conduit des fumées. Cette collerette sert de surface d'appui à une trappe basculante (voir 22) tournant autour d'un axe transversal. La trappe est manoeuvrée par une chaînette qui, lorsqu'elle est relâchée, provoque la fermeture de la trappe Pour le reste de la cheminée, les éléments constitutifs sont ceux que l'on rencontre dans une construction traditionnelle, sauf que les différentes parties sont préfabriquées et livrées prêtes à être assemblées. Il s'agit essentiellement: - de la plaque foyère (voir 23) en briques réfractaires assemblée sur un un béton à base de ciment fondu.Il est nécessaire que la plaque foyère soit éloignée du sol d'au moins 25 cm afin de permettre l'accès au ventilateur tangentiel (circuit d'air secondaire et entretien). - d'un ou deux contre-coeurs, avec éventuellement les jambages et corbeaux. - une poutre en bois ou en pierre, une hotte, ainsi qu'éventuellement des banquettes terminent la construction de la cheminée. Quant au ventilateur tangentiel, il est commandé par un interrupteur à 3 positions (arrêt, petite vitesse, grande vitesse), placé normalement à proximité de la cheminée. II est raccordé au réseau 220 volts et à la prise de terre. Il convient de noter que le ventilateur tangentiel peut être couplé à un thermostat l'ambiance qui permet d'arrêter ou de mettre en marche le ventilateur en fonction de la température réglée. De plus, lorsque le ventilateur tangentiel est arrêté, il se produit une convection naturelle à travers le ventilateur lui-même, le caisson trapézoidal formant l'échangeur inférieur, le réseau de tubes verticaux formant l'échangeur intermédiaire, les tubes obliques de l'avaloir, pour parvenir enfin aux bouches de pulsion d'air. Il faut ajouter que par une-connexion en gaine souple branchée sur une des bouches de l'avaloir, il est possible de chauffer une pièce voisine soit au même étage, soit à l'étage supérieur. La seule précaution à observer, est de ménager un retour de l'air pulsé vers le local où se trouve la cheminée afin de ne pas mettre en surpression le local voisin. Ceci aurait évidemment pour résultat de freiner considérablement la pulsion d'air chaud dans celui- ci. La cheminée equipée de son récupérateur de chaleur peut être, soit adossée à un mur, soit placée en coin. Au cas où le mur contre lequel la cheminée est adossée serait en matériau combustible ou facilement inflammable, une isolation thermique est prévue automatiquement, et l'habillage de la cheminée (jambages, corbeaux, contre-coeurs etc...), serait aménagé de façon à masquer sur les côtés cette isolation. Le procédé faisant l'objet du présent brevet ne s'applique pas seulement à une cheminée d'allure traditionnelle, mais peut être également utilisé pour une cheminée moderne par exemple dont la hotte serait complètement suspendue. Dans ce cas, on pourrait soit encastrer le coeur de telle manière qu'il effleure la surface du mur soit l'adosser au mur et prévoir des chants sur les côtés du coeur. i REVERDICATIONS 1.- Récupérateur de calories destiné à équiper une cheminée (âtre) pour local habité fonctionnant en utilisant normalement du bois comme combustible et basé essentiellement sur un double circuit d'air. Il est caractérisé en ce que le premier est un circuit ouvert qui est raccordé d'unefaçon étanche au foyer pour y amener, à sa base venant de l'extérieur du local, I'air comburant. Une imprégnation de la surface extérieure des tubes noyés dans le béton réfractaire, de matière à bas point de fusion permet à ceux-ci de se dilater en évitant ainsi toute fissuration du coeur due aux dilatations différentielles entre les tubes d'acier et le béton. A la sortie du second échangeur, I'air passe dans un faisceau de tubes d'acier parallèles disposés en oblique dans le sens ascendant. 2.- Echangeur de calories selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'air du circuit primaire venant de l'extérieur est raccordé de façon étanche au foyer, par l'intermédiaire d'une gaine spiralée. 3.- Echangeur de calories selon la revendication 1, caractérisé par des éléments en tôle ondulée plongés dans le circuit d'air pulsé par le ventilateur tangentiel et y amenant par conduction thermique la chaleur de la plaque foyère. 4.- Echangeur de calories suivant la revendication l,caractérisé en ce que le coeur formant un accumulateur thermique peut, en variante, être remplacé par un caisson en tôle spéciale, à faible inertie thermique, le premier et le troisième échangeur restant inchangés. Cette variante présente l'avantage, lors de l'allumage, d'obtenir plus rapidement de l'air plus chaud aux bouches de pulsion.Ce caisson peut, soit être visible dans le coeur de la cheminée, soit être recouvert par un élément préfabriqué en briques réfractaires. 5.- Echangeur de calories suivant la revendication I, caractérisé par le fait que les faces des échangeurs non en contact avec les éléments cédant de la chaleur, (braises, flammes, fumées), soit isolés thermiquement afin d'améliorer le rendement de l'appareil.