Brevet FR2542849A1 — publié le 19840921

L'invention concerne une installation de chauffage domestique à foyer fermé utilisant un combustible solide du type bois ci ses dérivés. L'objet de l'invention se rattache au secteur technique des appareils à combustion à usage domestique pour combustibles solides. Les problèmes actuels d'économie d'énergie ont amené les constructeurs à concevoir des appareils de chauffage plus performants. Dans le cas des cheminées à feu de bois, cela s'est traduit par l'adaptation de divers dispositifs tels que convecteurs, récupérateurs et autres organes similaires destinés à améliorer le rendement très faible des cheminées à feu ouvert. Pour obtenir de meilleurs résultats, on s'oriente maintenant vers les cheminées à foyer fermé appelées encore poeles- cheminées", qui permettent d'augmenter très sensiblement le rendement tout en diminuant notablement la consommation de bois. Cependant, ce type de chauffage présente encore de nombreu inconvénients et ne permet pas de tirer le meilleur parti des avantages du foyer fermé. En particulier, 30 à 50 % des calories produites dans le foyer sont perdues avec l'évacuation directe des fumées très chaude les systèmes de régulation proposés ne permettent pas d'obtenir un tirage optimum, les dispositifd'admission d'air n'assurént pas une combustion complète du bois, ce qui provoque rapidement des dépôts de goudrons et résines dans les conduits sur les parois du foyer et sur la vitre de la porte du foyer qui n'est pas toujours facile à nettoyer. Suivant l'invention, on a voulu réaliser une installation de chauffage à foyer fermé de rendement très élevé, avec un fonctionnement rationnel et économique et un entretien commode. Pour atteindre ces objectifs, l'installation selon l'invention comprend en combinaison à partir d'un foyer fermé de préférence en fonte, un échangeur thermique des fumées chaudes interposé dans le conduit au-dessus du foyer pour réinjecter la chaleur dans la pièce à chauffer, un dispositif de régulation automatique à dépression de la combustion avec controle précis de la température, ur. dispositif d'admission d'air supplémentaire ou secondaire pour obtenir une combustion complète et propre du combustible, et une porte vitrée de fermeture du foyer à relevage équilibré et à vitre amovible pour faciliter llentretien. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la description qui suit. Pour fixer l'objet de l'invention sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés : La figure 1 est une vue de profil et en coupe à caractère schématique, de l'installation suivant l'invention. La figure 2 est une vue en plan et en coupe considérée suivant la ligne 2-2 de la figure 1, illustrant l'échangeur thermique selon l'invention. La figure 3 est une vue en perspective illustrant le dispositif d'admission d'air secondaire. La figure 4 est une vue de face illustrant la porte de fermeture du foyer selon l'invention. La figure 5 est une vue en coupe à plus grande échelle considérée suivant la ligne brisée 5-5 de la figure 4. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous une forme non limitative de réalisation illustrée aux figures des dessins. L'installation illustrée à la figure 1 comprend un foyer (1) de tout type connu, par exemple à parois en fonte, matériau d' excellente résistance au feu et à bonne capacité d'emmagasinage de la chaleur et de restitution de cette chaleur par rayonnement. Le foyer est en général posé sur un caisson métallique (2) ouvert sur le dessus pour le passage d'air de combustion, et enfermant un cendrier (3) à tiroir pour recueillir les cendres. Selon l'invention, la fermeture du foyer est assurée par un châssis (4) à vitre résistant à la chaleur, qui est fixé à sa partie supérieure sur une traverse (5) guidée à coulissement en (5a) dans les montants (6a) d'un cadre (6) solidaire du foyer pour être relevé par action manuelle sur une poignée (L'a) du châssis vitré. Le relevage est équilibré par deux contrepoids étalonnés (7) suspendus aux extrémités de câbles ou channes (8) qui sont attachés à la traverse (5) et s'enroulent sur des poulies (9) portées à rotation libre par des étriers (10) solidaires des montants (6a), ou des étriers (11) suspendus à des potences (12) également solidaires du cadre (6). D'autre part, afin de faciliter le nettoyage de la vitre, le châssis (4) est articulé à sa partie supérieure sur la traverse (5) par des charnières dégondables (13), tandis qu'à sa partie inférieure le châssis lorsqu'il est en position de fermeture, est guidé et maintenu plaqué contre le cadre par passage derrière des butées (14) solidaires du cadre (figures 4 et 5). Un verrouillage en position fermée est prévu par exemple par un loqueteau aimanté (15) encastré dans le cadre. Selon une autre caractéristique de l'invention, illustrée aux figures 1 et 2, on interpose dans le conduit de fumée (16), audessus du foyer, un échangeur thermique (17) destiné à emmagasiner la chaleur des fumées perdues et à la réinjecter dans la pièce à chauffer par les sorties supérieures à filtre (18) réalisées dans la hotte décorative (19). L'échangeur thermique est constitué d'une enveloppe en tôle (17a) dont les parois supérieure et inférieure présentent axia lement des manchettes amovibles (17b) pour le raccordement universel aux conduits ou autres éléments de circulation de fumée. Latéralement, des tubes verticaux (17c) (4 dans l'exemple non limitatif illustré) traversant de part en part l'enveloppe, emmagasinent la chaleur des fumées et assurent leur transfert dans la hotte en direction de la ou des sorties supérieures (18). Afin de diriger un maximum de fumées chaudes vers les tubes (17c) sans altérer notablement l'effet de tirage, on prévoit des déflecteurs ou chicanes par exemple sous forme de tôles en vé ajourées (17d) dans l'axe du conduit. On comprend que cet échangeur porté à haute température par l'évacuation des fumées très chaudes accélère leur vitesse en éliminant ainsi les goudrons et les résines qui se déposent normalement dans un conduit de fumée froid. On a encore prévu sur la paroi d l'échangeur dirigée ver: la hotte, une trappe (17e) pour le ramonage aisé de l'échangeur, ex passant par une porte de visite (19au intégrée dans la hotte. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit d'admission d'air dans le foyer est équipé d'un dispositif de régu. lation précis de la combustion avec contrôle de la température. Le système le plus répandu dans le chauffage à bois feu continu est un thermostat du type bilame qui commande l'entrée d' air de combustion. Ce système fonctionne correctement lorsque le bois utilisé est bien sec. Par contre, si le bois n'est pas suffisamment séché, il se produit un phénomène de bistrage dû à la condensation des vapeurs d'eau contenues dans les fumées et retenant des résidus goudronneux. Lorsque ce dépôt est très important, il provoque une odeu désagréable dans la pièce, noircit immédiatement la vitre du foyer et peut même entraîner des feux de cheminée. Le dispositif à dépression selon l'invention remédie à ces inconvénients car il permet d'savoir toujours une combustion complète te à flamme visible grâce à un dosage minimum d'air en équilibre avec la dépression du conduit. Pour cela, on ajuste entre l'échangeur thermique (17j et le foyer (1) un conduit en forme de Té (20) dont la branche horizontale est obturée par un volet oscillant et équilibré (21) appelé aussi venelle, qui est relié par une tringlerie (22) à un autre volet oscillant et équilibré (23) placé à l'extrémité d'un conduit d'admission d'air de combustion (24) et situé sous le foyer. On comprend que ces deux volets équilibrés assurent automatiquement- le dosage précis entre l'admission d'air et la dépression créé par le tirage. De plus, la température est contrôlée par un thermostat à bilame (25) agissant sur l'un ou l'autre des volets (21 ou 23) pour ouvrir ou fermer la combinaison admission-tirage en fonction de la plage de température choisie. Dans l'exemple illustré, le thermostat est relié au vo-let (21) de commande du tirage qui lorsqu' il s'ouvre provoque la fermeture du volet (23) d'admission d'air et inversement. Le dispositif d'admission d'air joue un role primordial dans le bon fonctionnement et le rendement d'un poêle. Plus cette admission est modulée avec précision, plus la combustion est satisfaisante en fonction de l'effet recherché. Il n'est pas vrai pour autant que l'air strictement nécessaire à la combustion (air primaire) suffise pour assurer un bon rendement à l' appareil. Il faut en effet qu'un supplément d'air (air secondaire) soit fourni pour faire brûler dans un second temps les gaz de fumée résultant de la combustion initiale. Il est important également que cet apport supplémentaire présente une double caractéristique : son débit doit être aussi exactement dosé que possible, et sa température doit être relativement élevée. En effet, un débit excessif aurait pour conséquence de réduire la température au coeur même du foyer, alors que c'est cette température qui constitue l'élément le plus déterminant du rapport economie lefficacité. Dans cette optique et selon une autre caractéristique de l'invention, on dispose dans le foyer un dispositif d'admission d' air secondaire sous forme d'une structure tubulaire (26) comprenant deux tubes verticaux (26a) reliés près de leur extrémité inférieure par un tube horizontal (26b) en forme de U. Les dites extrémités inférieures des tubes (26a) sont engagés dans des trous de la grills (la) à l'arrière du foyer, et le tube horizontal (26b) repose sur ladite grille (figure 1), avec sa partie transversale derrière la porte vitrée. Les tubes (26a et 26b) sont percés dans leur longueur et au moins dans leur partie en regard des flammes d'une pluralité d' orifices (26c) destinés à distribuer l'air d'admission venant de dessous le foyer, d'une part sur les flammes et, d'autre part, au niveau de la vitre. Par effet de thermosyphon, la structure tubulaire appelée encore tube inducteur, envoie de l'air préchauffé au contact de la vitre et la réchauffe immédiatement dans un premier temps et réoxygène les flammes dans leur partie haute dans un second temps. L'air secondaire ainsi préchauffé permet une meilleure com bustion des gaz résiduels et favorise le maintien d'une température élevée. Cet air secondaire peut être mesuré exactement par un mouvement naturel fondé sur le principe du thermosyphon. La dépression créée par la combustion aspire l'air par les orifices ménagés dans la partie supérieure du poêle et par des conduits exposes au rayonnement de chaleur et où cet air se réchauffe avant d'intervenir dans la combustion. Les avantages ressortent bien de la description, on souligne notamment - L'augmentation importante du rendement et de la fiabilité de l' installation selon l'invention par l'échangeur thermique réinjectant les fumées chaudes dans la pièce et éliminant les dépôts importants de goudrons et résines dans les conduits et sur les parois et par la combinaison avec le dispositif à dépression assurant un dosage précis entre l'admission d'air et le tirage avec une combustion complète et contrôlée, et un minimum de salissures grâce au tube injecteur d'air supplémentaire. - Les facilités d'entretien grâce à la bonne accessibilité à 1' échangeur par les trappes, et au foyer par la porte relevable équilibrée et à vitre dégondable ou amovible. - L'adaptation aisée des éléments de l'installation dans une cheminée existante à foyer ouvert ou fermé. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiquées ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS -1- Installation de chauffage domestique à foyer fermé utilisant un combustible solide du type bois ou ses dérivés, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison à partir d'un foyer fermé (1) de préférence en fonte, un échangeur thermique (17) des fumées chaudes interposé dans le conduit au-dessus du foyer pour réinjecter la chaleur dans la pièce à chauffer, un dispositif (21, 22, 23, 25) de régulation automatique à dépression de la combustion avee contrôle précis de la température, un dispositif (26) d'admission d'air supplémentaire ou secondaire pour obtenir une combustion complète et propre du combustible, et une porte vitrée (4) de fermeture du foye à relevage équilibré et à vitre amovible pour faciliter l'entretien -2- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'échangeur thermique (17) est constitué par une enveloppe en tôle (17a) dont les parois supérieure et inférieure présentent axialement des manchettes amovibles (17b) pour le raccordement universel aux conduits ou autres éléments de circulation de fumée, et blatéra. lement des tubes verticaux (17c) traversant de part en part l'en- veloppe pour emmagasiner la chaleur des fumées et assurer leur trar fert dans la hotte (19) en direction de la ou des sorties supérieures (18). -3- Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce qut l'enveloppe de l'échangeur thermique présente dans l'axe des manchettes un ou plusieurs déflecteurs de fumée pour en diriger un ma ximum sur les tubes verticaux (17c) ; ces déflecteurs étant consti tués par exemple par des tôles ajourées et pliées en Vé (17d). -4- Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 ou2, caractérisée en ce que la paroi de l'échangeur thermique dirigé vers la hotte présente ùne trappe (17e) pour le ramonage aisé de 1 échangeur en passant par une porte de visite (19a) intégrée dans l hotte. -5- Installation suivant la revendication 1,caractérisée en ce que le dispositif de régulation automatique de la combustion est const tué par deux volets oscillants équilibrés (21 - 23) disposés aux extrémités de deux conduits (20 - 24) dont l'un est placé en dérivation du conduit de fumée et'autre est situé sous le foyer ; ce deux volets sont reliés par une tringlerie (22) de telle sorte que lorsque l'un se ferme, l'autre s'ouvre, sous l'effet de la dépression et de l'admission. -6- Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que l'un des volets oscillants équilibrés (21 ou 23) est relié à un thermostat (25) destiné à commander la combinaison admission-tirage en fonction de la plage de température choisie. -7- Installation suivant la revendication 1,caraetérisée en ce que le dispositif d'admission d'air secondaire est constitué par une structure tubulaire (26)-comprenant deux tubes verticaux (26a) reliés près de leur extrémité inférieure à un tube horizontal(26bY.- en forme de U ; lesdites extrémités des tubes verticaux sont engagées dans des trous à l'arrière de la grille (la) du foyer, tandis que le tube horizontal s'étend sur la grille avec sa partie trans- versale derrière la porte vitrée du foyer ; les tubes verticaux et le tube horizontal sont percés au moins dans leur partie en regard~ des flammes d'une pluralité d'orifices (26c) destinés à distribuer l'air d'admission venant de dessous le foyer, d'une part sur les flammes et, d'autre part, au niveau de la vitre, afin que par effet de thermosyphon, la structure tubulaire envoie de l'air préchauffé sur les flammes et au contact de la vitre. -8- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la porte (4) à vitre résistant à la chaleur est fixée à une traverse supérieure (5) reliée à coulissement aux montants (6a) d'un cadre (6) solidaire du foyer ; ladite traverse est attachépar par câbles ou channes (8) à des contrepoids étalonnés (7) passant par des poulies de renvoi (9) portées à rotation libre par des étriers (10 - 11) solidaires du cadre ou de potences (12). -9- Installation suivant les revendications 1 et 8 ensemble, caractérisée en ce que le châssis vitré (4) de la porte est articulé sur la traverse (5) par des charnières dégondables, tandis qu'à l'opposé, le châssis en position de fermeture du foyer est maintenu plaqué contre le cadre (6) par passage derrière des butées (14) solidaires du cadre, et verrouillé en position fermée par interaction entre le chassies et un loqueteau aimanté (15) encastré dans le cadre.