Brevet FR2553498A1 — publié le 19850419

La pressente invention concerne un appareil destiné au chauffage des fluides dans les cheminées ouvertes.Il permet de récuperer énergie au coeur du foyer par enrobage dans la braise de la batterie d'échangeur,de canaliser et répartir fonctionnellement le fluide b chauffer sur les surfaces recevant les énergie les plus élévées. De par leur conception, les récupérateur actuellement connus,ont des surfaces d'échange thermique trés importantes, éloignées de la source ae chaleur où se manifestent les températures les plus élevées. Ce foyer occupe d'ailleurs une faible surface; il en résulte que le fluide à chauffer s'élève à une haute température lorsquXil passe sous le foyer,et céde cette énergie au contact des parois plus froides qui, de par leurs positions, ne reçoient pas d'énergie ou des énergie plus faibles.Les calories sont alors dissipées dans les conduits de fumée et les maçonneries. D'autres appareils,trés volumineux sont inclus dans les maçonneries,et de ce fait une grande partie de énergie récupérée au foyer ,ou dans les fumées,se perd dans les murs maçonnés. La construction de certains échangeurs,de par la circulation du fluide, ne permettent pas un débit important(Coudes nombreux,serpentins de faible diamètre et trop longs d'où pertes de charges importantes). Dans certains cas,la forme de l'échangeur thermique et sa position ne permettent pas l'enrobage complet des surfaces d'échanges avec la source d'énergie Le dispositif selon l'invention permet de remédier a ces inconvénients. De dimensions trés réduites,placé sous le foyer, il occupe la surface destinée à la combustion du bois.Il est réalisé en acier ou en fonte,parfaitement étanche,sans joints,la circulation du fluide à chauffer se fait horizontalement à l'intérieur de l'appareil suivant le même axe que l'entrée et la sortie. Le fluide à chauffer pénètre latéralement dans l'appareil ,à sa base, par l'intermédiaire d'une gaine ou tubulure oui est reliée c une pompe ou turbine qui pousse le fluide à chauffer dans l'échangeur. Le fluide chaud ressort du côté opposé à l'entrée, par un oriffice place au même niveau que l'entrée. Le dispositif suivant l'invention est ccrcctérisé par trois éléments monoblocs. * Un cadre métallique (référencé A) placé sur l'échangeur, il main -tient un espace entre l'appareil et les maçonneries.Il permet une libre dilatation,l'interposition d'un isalant,aucune liaison avec les murs,il donne une bonne finition de raccordement. * L'échangeur monobloc (référencé B),est cgjstitué par un boitier de distribution (1),eut un boitier collecteur (2),par lesquels se font les entrées et les sorties de fluide à chauffer(4).Ils sont reliés entre eux par des tubes ronds horizontaux et paralléies,aistants ies uns des autres de deux à trois centimétres et constituent la batterie d'échangeur(3).Le fluide arrive au distributeur par une ouverture de grand diamétre,paralléle à l'axe des tubes échangeurs.Les formes du distributeur et du collecteur ont été particuliérement étudiées pour:: 1") Répartir le fluide dans les tubulures(3);la plus grande section droite du distributeur diminue progressivement suivant le nombre de tube échangeur restant à deservir. 2") Maintenir horizontalement l'appareil :des parois verticales (5) forment pieds sous le distributeur et le collecteur, ils permettent une bonne stabilité et mise en place .Les pieds des boitiers collec -teur et distributeur permettent également la mise en place d'un cen -drier et de canaliser l'air frais jusqu'au foyer. 3 ) Maintenir une grille placée sous la batterie d'échangeur.La bc.- -terie échangeur, réalisée avec des tubes ronds de grands diamétres, relie le boitier distributeur au boitier collecteur. Pendant ce trajet,le fluide accumule le maximum d'énergie en léchant les parois internes des tubes qui sont à de trés hautes températures. Les braises qui se consument sur les tubes,glissent,puis tombent sur une grille placée à cet effet. * Cette grille est le 3 éme élément (référencé C) permet par sa forme de conserver les braises du feu sous les tubes de l'échangeur. Les barreaux de la grille et sa position ont été pa=ticuliérement étudiés pour canaliser la braise.La section droite de cnaque barreau à la forme d'un V renversé dont le sommet est placé dans l'axe du vide ménagé entre chaque tube échangeur.Les fentes d'air de la grille permettent la chute des cendre du combustible.(Largeur 1 cm). Cette disposition permet de plaquer les braises contre les tubes échangeurs suivant leur combustion, et aussi de créer un enrobage de braise autour des tubes.La grille est maintenue sous les tubes échan -geurs par des aménagements prévus dans les pieds du distributeur et du collecteur. La figure 1 est une vue perspective de l'appareil dans une cheminée. La figure 2 est une vue de dessus de l'appareil sqns le cadre A. La figure 3 est une vue de face de l'appareil sans le cadre A. La figure 4 est une coupe suivant AA,sans le cadre A. La figure 5 est une coupe perspective BB sans la grille C La figure 6 est une coupe suivant AA,de l'appareil placé dans une cheminée,permettant de-suivre le trajet de combustion des braises. La figure 7 est un schéma d'installation de l'appareil couplé avec des capteurs solaires à air. LEGENDE : (1) distributeur,(2) collecteur,(3) tubes échangeurs, (4) entrée et sortie des fluides(de l'air dans la présente représentation). (5) pieds des boitiers,(6) grille, (7) ventilateur,(8) cendrier,(9) thermostat,(10) gaine de distribution, (iî) volet de fermeture,(l2) accumulateur stockage d'énergie,(13) capteur solaire. DESCRIPTION D'UNE INSTALLATION :L'invention ci-dessus décrite est actuellement en fonctionnement dans une cheminée à foyer ouvert située au premier étage d'un bureau, comportant :un rez de chausée,un premier étage et un second ,soit trois niveoux. Une turbine à air placé au rez de chaussée envoie dans l'échangeur par l'intermédiaire d'une gaine,l'air à chauffer qui est pris dans le local.Cette turbine est commandée électriquement par un circuit composé d'un interrupteur général, un régulateur manuel agissant sur la vitesse de la turbine, permettant de doser le débit d'airez un thermostat placé aurez de chaussée qui coupe l'alimentation éléctrique de la turbine suivant la température programmée.L'air chaud ressort dans une gaine qui distribue le fluide aux différents nivaux. Ce bureau est entiérement chauffé avec ce dispositif. Températures enregistrées suivant un débit de 295 M3 /h,entre 70"C et 1250C. AUTRES POSSIBILITES D'INSTALLATIONS. RECUPERATEUR COUPLE AVEC DES CAPTEURS SQLAIRES A AIR. Les capteurs solaires ne fournissant qu'une partie du bilan thermique retenu pour le chauffage des locaux,les calories manquantes seront fournies par le récupérateur placé dans une cheminée ouverte et stockées dans un accumulateur solide.Dans la présente description les caractéristiques et dispositions prisent pour la programmation, la régulation automatique à partir de comparateurs,sondes,relais,ne seront pas expliquées.Sevl le schéma de fonctionnement de l'instal -lation sera décrit (figure N07). L'installation est réalisée à partir de capteurs solaires à air(l3) placés en couverture.L'air chaud est pulsé à partir de la sortie des capteurs par une soufflante (7)dons une gaine en direction du stockage(12).Le fluide céde une partie de son énergie dans l'accumu -lateur ,puis est véhiculé aux différents niveaux par une gaine (10), la distribution se faisant par une grille à ouverture réglable.Le ventilateur des copteurs est mis en marche par un thermostat placé en parie haute des capteurs.Afin de compléter le bilan du solaire, le récupérateur d'énergie est mis en fonctionnement.L'air est pris au rez de chaussée, envoyé dans l'échangeur par une turbine (7),se charge d'énergie,sort dans la gaine d'alimentation du stockage en fermant le volet anti-retour (11),passe dans le stockage, puis est distribué aux différents niveaux.Pendant la mise hors circuit des capteurs,l'air est réchauffé par le stockage .I1 est véhiculé par la turbine du récupérateur. RECHAUFEUR POUR POMPE A CHALEUR AIR/AIR ET AIR/EAU. L'appareil en période de froid, permet en envoyant l'air àchauffer sur la batterie d'évaporation d'une pompe à chaleur AIR/AIR ou AIR/EAU d'augmenter considérablement le rendement de celle-ci. DEVEhDICATIO.'% 1) Dispositif pour récupérer l'énergie au coeur du foyer des cheminées ouvertes,caractérisé en ce qu'il est placé horizontale -ment dans la cheminée sur des pieds, qu'il ne reçoit que des tem -pératures élevées, qu'il occupe que la surface du foyer, qu'il est constitué de deux boitiers;;entrée le distributeur (1),sortie le collecteur (2) présentant chacun un orifice par lequel circule ie fluide à chauffer, qu'ils sont reliés entre eux par des tubes ronds,creux,(3 > , la yénératrice de ces cylindres sera paralléle aux entrée et sortie des boitiers.Une grille (C) placé sous les tubes retiendra les braises contre les parois inférieurs de la batterie échangeur 2)Ensemble récupérateur suivant revendication N"1 caractérisé en ce que les boitiers distributeur (1) et collecteur (2) sont pourvus d'un aileron en partie basse formant pieds, permettant la fixation de la grille (C) et le guidage du cendrier,offrant une faible 4nc fgiblo section d'échange par conduction dans les maçon -neries. 3) Ensemble récupérateur suivant revendications N"let 2 caractérisé en ce que les boitiers sont pourvus d'un orifice de grand diamétre(4) débouchant horizontalement sur la partie laté -rale et dans l'axe des boitiers,permettant un débit plus important lft dans tubes placés au milieu de l'appcreil;à l'emplacement ou la température est la plus élevée. 4) Ensemble récupérateur selon l'une quelconque des revendica -tions précédentes caractérisé en ce que les boitiers ont leur section qui diminue au fure et à mesureque les tubes échangeurs sont alimen -tés et que l'on s'éloigne de l'orifice entrée ou sortie afin de diriger le fluide à chauffer. 5) Ensemble récupérateur selon l'une quelconque des revendica -tions précédentes caractérisé en ce que les tubes échangeurs reli -ant le distributeur et le collecteur sont horizontaux,paralléles dans un même plan avec un vide entre eux, qu'ils présentent une n section creuse transversale, que la jonction boitiers tubes est parfaitement étanche. 6) Ensemble récupérateur selon l'une quelconque des revendica -tions précédentes caractérisé en ce que la grille recevant la braise est placée sous les tubes échangeurs (3) qu'elle est constituée par des barreaux(section V renvérsé) ,dont le sommet est placé dans l'axe de la fente d'air ménagée entre les tubes ,permettant ainsi d'accumuler et bloquer les braises contre l'enveloppe des tubes.