Brevet FR2570167A1 — publié le 19860314

La présente invention concerne les cheminées à combustibles solides brulant dans des foyers ouverts ou fermés. Elle est particulièrement bien adaptée aux cheminées domestiques. les conduits de fumées des cheminées domestiques sont équipées d'un volet ou d'une trappe mobile destiné en priorité à fermer le conduit en absence de feu évitant ainsi des déperditions thermiques par ventilation et accessoirement à règler le tirage de la cheminée lors du fonctionnement. En ce qui concerne la fermeture du volet l'opération généralement manuelle est faite dans de mauvaises conditions : En effet très souvent le feu finit de se consumer dans la nuit, pendant le sommeil de l'opérateur et le volet ne peut être fermé que le matin au réveil, à moins que les préparatifs hâtifs qui suivent le réveil ne fassent oublier cette manoeuvre. Un dispositif existant utilise une spirale de bilame thermique enroulée autour de l'axe du volet. Une extrémité de la spirale est liée au volet, l'autre à son axe fixe. Une chainette permet l'ouvert -ture manuelle partielle du volet, dans une position maintenue par un crochet ouvert. L'action manuelle contraint la spirale. L'échauf -fement par les fumées-détend la spirale, qui détend la chainette, laquelle se décroche, et qui ouvre le volet. A l'extnction de feu la spirale se refroidit et se contracte, entrainant la fermeture du volet. Des mesures montrent qu'à 900C environ le volet est ouvert à fond, et à 200C fermé totalement. Les principaux inconvénients de ce dispositif sont le contact direct des fumées sur la spirale dt( bilame qui entraine de la corrosion et de l'encrassement, et l'absence de protection contre ùn échauffement excessif du bilame ; en effet à partir de la température de pleine ouverture (environ 900C), le bilame tend à continuer son mouvement sans pouvoir le faire, la course du volet étant limitée à la position ouverte, ainsi des contraintes de plus en plus importantes sont crééeS,et, à partir de 150 C environ, ces contraintes entrainent des déformations permanentes par dépassecent du seuil de la limite élastique du matériau du bilame thermique. Ces déformations permanentes sont telles que lors' de l'abaissement de température le volet va se fermer beaucoup plus tôt, pour une température de fumées assez élevée et caractéristique de la présence d'une combustion dans le foyer ; C'est très dangeureux. Un autre dispositif de fermeture automatique utilise la dilatation d'un fluide dans des vérinsXet des mécanismes d'armement fort complexes. Les vérins ont des joints qui à l'usure et au vieilissement peuvent fuir et les mécanismes ne sont pas accessibles. En cas d'incident l'interven tion est impossible sans casser une partie de la cheminée. Les dispositifs selon la présente invention assurent en premier lieu la fermeture automatique du volet après l'arrêt de la combustion dans le foyer. De plus ils permettent une régulation du tirage telle que le volet se referme patiellement lors d'une trop forte élévation de la température des fumées, caractérsistique d'une combustion trop vive et d'un exès de tirage. Les dispositifs selon l'invention se caractérisent par leur cons titution en éléments séparés facilement accessibles et démontables à savoir : - un volet papillon simple articulé autour d'un axe et démontable pour le ramonage. Ce volet a deux éléments de fixations, trous ou attaches. Ces éléments sont en général sur le volet. Dans des cas particuliers, ils sont extérieurs au volet et au conduit de fumées, étant reliés au volet par son axe. - un servo-moteur thermique enfermé dans un boitier et dont 1'élément actif est un bilame thermique enroulé en spirale. De ce boitier sort un axe porteur d'un bras mobile. Le boitier est en contact avec les gaz; chauds ou les fumées. Le boitier est fixé simplement contre une paroi du foyer ou de l'avaloir. Le bras mobile est dans le foyer ou à l'extérieur. - Un élément de liaison entre le volet et le boitier, au niveau du bras mobile pour le boitier et au niveau d'un élément de fixation, trou ou attache, pour le volet. - un élément de commande manuelle ou d'armement manuel relié au volet par le second élément de fixation. D'autres caractéristiques de l'invention résultent de la conception des élements séparés et de leur implantation relative - Le volet sur le conduit de fumées est placé dans un endroit choisi indépendamment du niveau des températures des fumées, pour des raisons de la construction de la cheminée) d'implantation, de facilité d'accès. La forme du volet et du conduit de fumées est libre:-, circulaire, rectangulaire Cependant l'ensemble volet-éléments de liaison et de commande manuelle est tel qu'il y a un déséquilibre de poids dans un sens choisi, ouverture ou fermeture selon le mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Le volet a sa course limitée par une butée en position fermée et une butée en position ouverte. - te servo-moteur athermique a un boitier étanche aux poussières. Le faible jeu autour de l'axe est suffisant pour laisser échapper ou entrer un peu d'air ou de gaz lors des variations des températures internes et pour équilibrer les pressions. Ce servo-moteur a un grand débattement angulaire nettement supérieur à celui correspon dant à la course nécessaire pour l'ouverture complète du volet. Ceci permet de laisser le bilame thermique se dilater après l'ouverture du volet souks l'effet d'une élévation de température; Ceci permet également de réduire l'ouverture du volet et le tirage en cas d'élévation importante de la température des fumées.Ce débattement angulaire important permet d'éviter la déformation du bilame lors des sslrchauffes par dépassement de la limite élastique. - La conception du servo-moteur permet un choix important dans le bilame au niveau des variations de longueur, d largeur, d'épaisseur et de nuances; le servo-moteur ayant des moyens de calage de la position du bras et de la précontrainte du bilame. - L'élément de liaison entre le servo-moteur et le volet est le plus souvent un tirant souple tel un cable, un filin, une chainette qui ne transmet es efforts que tendu en traction. Certaines réalisations selon l'invention peuvent cependant avoir un élément de liaison rigide transmettant des efforts en traction et en compression les extrémités de cet élément étant articulés dans cette version. - L'élément de commande manuelle ou d'arrnement manuel est muni d'un élément de maintien en position d'ouverture partielle. Cet élément est composé d'un crochet ou d'un anneau qui s'accroche dans un élément fixe tel que respectivement un anneau ou un crochet. L'accrochage est maintenu tant que I'échaufierrene est insuffisant, grace à l'action de forces de rappel du servo-moteur précontrain et/ ou du déséquilibre de poids du volet. L'accrochage se libère lors que la dilatation ther,llique du bilame dépasse la valeur d seuil de déolenclisient préalablement fixée sur le servo-noteur. Selon les modes de réalisation l'élément de commande est > soit un tirant souple tel une chainette, un cable ne transmettant que des efforts de traction, soit un tirant rigide articulé aux extrémités e*-trat-Smettant des efforts de traction et de compression. Les fires- de I à 10 sur les deux planches en annexes expliaitent un mode préferrentiel de réalisation de la présente invention et d'une variante La figure 1 est une coupe d'une cheminée équipée d'un dispositif selon la présente invention. La figure 2 est une vue schématique en perspective du dispositif de la figure 1 monté dans l'avaloir d'une cheminée. La figure 3 est une % coupe et une vue de face du servo-moteur à bilame thermique. La figure 4 est une coupe selon deux % axes perpendiculaires de la figure 3, l'un vers le haut l'autre vers la droite de cette figure 3, le bras étant relevé à la hauteur du Y2 axe "vers la droite". La figure 5 est une coupe schématique de la figure 2, où le servo moteur est représenté par la trajectoire de la fixation à l'extrémité de son bras. La figure 6 est un diagramme reliant la température et le déplacement en rotation du bilame selon la figure 5. La figure 7 est une coupe analogue à celle de la figure 5 concernant une variante de réalisation d'un dispositif selon ltinvention. La figure 8 est un diagramme reliant la température et le déplacement en rotation du bilame selon la figure 7. La figure 9 est un détail agrandi du dispositif de maintien de la commande manuelle La figure 10 est une coupe de la figure 9. Dans une cheminée domestique équipée d'un disposisitif selon l'invention un avaloir 4, relie au conduit de fumées 40 le foyer délimité par la plaque foyère harizontale 41 et par les parois verticales-42. Dans la zone de liaison entre l'avaloir 4 et le conduit de fumées 40 est logé le volet 2 de fermeture présenté fermé en 2 et ouvert en 2'. Le volet est articulé autour d'un axe 22 et est démontable pour le ramonage. La position fermée 2 est délimitée par la butée 24. Une butée semblable près de l'axe 22 délimite la position ouverte 2'. Le volet est monté avec un jeu périphérique dans la partie supérieure de l'avaloir 4. En outre deux pans coupés 8, s'ajoutent aur jeu périphérique pour qu'il subsiste une section de passage minimum pour la sécurité. Cette section minimum est de l'ordre de quelques pourcents de la section de passage volet ouvert. L'intéret supplémentaire des pans coupés 8, est de permettre de placer le volet à la base d'un conduit 40 de fumées constitué de boisseaux en terre cuite à coins arrondis à l'intérieur. Le volet est muni de deux attaches ou fixations 20 et 21. L'attache 20 est située sensiblement dans le plan médian de la cheminée. Dans la réalisation elle est constituée d'un boulon à oeil assez long, pour que l'élément de liaison 3 puisse exercer un couple lorsque le volet est ouvert en 2', en étant écarté de l'axe 22 du volet. L'élément de liaison 3 est une chainette ou- un cable situé dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe 22 du volet afin que les efforts transmis se traduisent par des rotations. L'élément de liaison 3 relie le volet 2 au servomoteur 1. Une chainette 5 est attachée au volet en 21 par une goupille en oméga passée dans un trou ou par un simple boulon passé dans le trou et dans le dernier maillon de la chainette.La chainette 5 passe dans un anneau 33 fixé en bas et sur la face opposée de l'avaloir, la partie entre 21 et 33 étant dans un plan sensiblement perpendiculaire à L'axydu volet. La chainette passe ensuite dans un dispositif de maintien 7. L'extrémité de la chainette 5 est équipée d'une poignée 32. En tirant sur la poignée 72 on amène l'anneau ou le crochet 31- dans le dispositif de maintien 7. Le volet 2 est alors maintenu dans une position entrouverte. Dans sa rotation le volet 2 entraine la fixation 20 qui tire sur la chainette 3. Cette chainette est fixée par son autre extrémité au bras rotatif 9 du servomoteur 1. L'ouverture partielle du volet 2 entraine donc le bras 9 en rotation. Le servomoteur 1 est constitué d'un boitier en deux éléments 60 et 61 contenant un bilame thermique 6 enroulé en spirale. L'extrémité extérieure 14 du bilame est fixée par un rivet 15, en acier inoxydable de préferrenc au boitier 61. L'autre extrémité ll de la spirale est pincée au centre de la partie excentrée 13 d'un axe 10 et maintenue en place par uneapplique 12 fixée à l'axe 12 par des points de sofldure.;L'axe 10-traverse les 2 parois opposées du boitier. Une extrémité porte une fente 63 qui permet de faire tourner l'axe à l'aide d'un tournevis pour détendre ou resserrer la spirale 6. L'autre extrémité porte le palier 15 du bras 9 Cette extrémité est lisse, la fixation relative entre l'axe 10 et le moyen 16 étant assurée par une vis de pression 17.Ce système de liaison permet de fixer le bras 9 sur l'axe 10, indépendamment de la position initiale de l'axe 10, donc de la position angulaire de l'extrémité 11 de la spirale 6, donc indépendamment de la longueur de la spirale 6 et du nombre de tours d'enroulement. Des trous 62 sur le prolongement d'une paroi du boitier 60 permettent de fixer le servomoteur 1 contre l'avaloir 4. L'inertie du boitier et l'absence de contact direct entre les gaz brulés et la spirale font que le temps de réponse du servomoteur est relativement long. Ceci permet de retarder la fermeture lorsque le feu s'éteint. En outre, étant fixé contre l'avaloir 4, la chaleur de celui-ci diffuse vers le boitier et contribue au retard de la ferme -ture, ce qui augmente la sécurité de fonctionnement. Le boitier 61 est porteur d'une butée 18 qui permet de maintenir le bras 9 au repos, et pour une température donnée, par exemple 200C, de précontraindre le bilame 6 avant de bloquer la vis 17. Ceci permet au montage d'ajuster le "tirant" souple 3 en position volet fermé 2. Dans la réalisation présentée la force motrice d'ouverture est d'abord l'action manuelle de lrcpérateur, l'action résistante ou réaction étant donnée par la contrainte du bilame. Cette contrainte est réduite avec l'augmentation de la tempérsature. L'action motrice pour obtenir une plus grande ouverture résulte d'un déséquilibre de poids. Les poids tendant à ouvrir étant supérieurs aux poids tendant à fermer ce déséquilibre est obtenu par le décalage de l'axe 22 par rapport au plan médian du volet 2 et par des poids accrochés de chainette 5 supérieurs à ceux de tirants 3.En outre, comme sur la figure 5, il est possible d'ajouter un poids 23. Si ce poids est suffisant l'axe 22 peut être alors maintenu dans le plan médian.- Les figures 5 et 6 permettent de suivre le comportement du dispo -sitif selon l'invention en fonction de la température de la spi -rale 6. La courbe de la figure 6 donne l'évolution de la déformation libre en fonction de la température. Pour TF = 300 C, la contrainte initiale donnée à 200C a disparu.; le bras est prêt à tournerez absence de contraintes extérieures. Pour TA = o0 C, le bras est en A, le volet serait en A' et A1 en ouverture partielle. Pour TB = 1500C, le bras est en B, le volet serait en B' et B1 en ouverture totale. Vers TC = 3000C, le bras est en C, le volet reste en C' et C, confondus avec B' et B1 ; lorsque le bras va de B en C, la chaine 3 se détend et le volet ne bouge pas. Au-dessus de 3000C, le bras se dirige vers D atteint vers TD = 5000C, température limite qui n'est pas atteinte par l'avaloir d'une cheminée. Au dela de 3000C, le volet va entre à nouveau entrainé par le bras en allant ver Dl et DlJet en se refermant.Le tirage va etre réduit et l'intensité du feu va baisser : il y a une régulation du tirage Si le bras était bloqué en B, correspondant aux positions ouvertes B' et B1 du volet 2', lorsque la température T s'élève au-dessus de TB, il y a création de contrainte interne (6:: # = R.E. (T - TB) Par exemple pour le bilame AS d'YMPHY R # 15 . 10 -6/ C E # 16 500 Kg/mm2 si (T - Tg)a # 610C alors ## 15 kg/mm donc au-dela de 211 C, la contrainte maximale admissible de 15kg/mm est dépassée et des déformations permanentes vont être créée; Le dispositif selon l'invention évite ce phénomène. Au démarrage à froid, la contrainte maximale admissible est de 20 kg/mm correspondant à un écart de 800 C. La précontrainte d'environ 10C, correspond à l'effort résultant du déséquilibre de poids sur l'ensemble volet-éléments de liaison, de sorte qu'au départ c'est au-dessus de 200C qu'il y a une légère tendance à l'ouverture. A l'inverse pour la fermeture automatique, possible dès que manuellement l'attache 31 a été décrochée du dispositif 7, le point B ayant été dépassé, l'effet du déséquilibre de poids s'oppose à la fermeture. Ainsi ce n'est pas à 300C que le volet sera fermé mais en-dessous de 200C. La présente réalisation présente quelques imperfections : L'élément d'accrochage 31 doit posséder une butée, pour que l'opérateur en tirant sur la poignée 32 limite la course du bras 9, jusqu'en A. Au dela et pour une pleine ouverture la précontrainte ainsi créée serait telle qu'il y aurait une déformation permanente du bilame, et la nécessité de procéder à des règlages en agissant sur la fente 63 et sur la vis 17. Une autre imperfection réside dans la difficulté de décrocher automatiquement l'élément 31 du dispositif 7 dès que le bras 9 a franchi le seuil A et se dirige vers B. Une variante de réalisation est présentée grace aux figures 7 - 8 - 9 et 10. Le servomoteur est maintenu dans une position centrale voisine de la précédente. I1 est retourné d'un Y2 tour de sorte q-le le sens de rotation se trouve inversé. La fixation 20 est sur l'autre face du volet, de meme la fixation 21 change e face, en restant déportée latéraleent. De plus l'attache 21 est décalée vers le bas par un long support 23i qui sert de poids moteur. Ce décalage permet de commander manuellement ltouverture en poussant sur la tirette 5. Cette tirette passe à travers le dispositif de maintien 7', en forme de A majuscule à jambes parallèles et fixé à l'avaloir 4 au niveau des pieds du A. La tirette 5 coulisse avec jeu dans la lumière du A, et elle porte un crochet 31' qui peut s'accrocher dans la barre transversale du A; la largeur de la tirette 5 et du crochet 31' sont telles qu'ensembles elles passent dans la lumière du A en coulissant. En poussant sur la poignée 30', ltextrémité articulée 21-- 23' se déplace d'abord de F1 à Ale le crochet 31' pouvant être accroché sur le support 7'. Le poids différentiel du volet 2 et le poids de la tirette 5 tendent à fermer le volet et à maintenir le crochet 31' en appui sur la pièce 7'.Dans le mouvement du volet 2, l'attache 20 se déplace de F' à Al, Le tirant souple 3, reliant la fixation 2G au bras 9 du servomoteur 1, se trouve relaché-et détendu : le point F se déplace légèrement car la précontrainte initiale est libérée, puis il n'y a plus de transmission de contraintes; l'opérateur peut meme sans danger ouvrir totalement le volet. Cette variante de réalisation évite donc les problèmes de déformation permanente par dépassement de la limite élastique du bilame lors de l'ouverture manuelle. Ceci augmente les possibilités de choix du type de bilame, des seuils de température, des longueurs largeurs et épaisseurs du bilame. La figure 8 présente une courbe caractéristique d'un bilame différente de celle de la figure 6. A froid les interventions manuelles sur le volet ne sont pas transmises au bilame. Lorsque la tenpérature s'élève, et après la libération progressive de la contrainte initiale, l'extrémité du bras 9, quitte le voisinage du point F et va vers le point A. Lorsque ce point com- s'élevant le bras 9 va de A vers M et la fixation 20 va de A' vers M'. Les points I-t et M' sont tels que le segment l-2I' passe par le centre du servomoteur ou par son axe géométrique, sur la figure 7. Dans la pratique, l'élément 3, constitué d'un cable, d'une ciainette ou d'un filin a sa longueur supérieure ou égale à Mi4', le point M' correspondant à l'ouverture à 90D.: du volet 2. Ainsi l'attache 20, atteint presque le point géométrique M', tandis que l'extrémité du bras 9 peut continuer sa course au dela de N lorsque l'élévation de température devient trop importante. Le bras 9 peut se déplacer jusqu'à la valeur lifte D définie par les caractéristiques du bilame1 par le seuil de température et par une butée physique analogue à la butée 18. A cette position correspond une ouverture partielle équivalente à celle de A.Lorsque l'extrémité du bras 9 va de M vers D il y a une fermeture partielle du volet, l'attache 20 allant de M' vers D'. le bras Lors du premier échauffement lorsque/9 va de A vers M et, l'attache 20 de A' vers M', l'attache 21 va de A1 vers M1 en tirant sur la tirette 5 et en décrochant le crochet 31' du dispositif de maintien 7', et la tirette 5 retombe au fond de la lumière de 7', tout en étant entrainée vers le haut. Lors de l'extinction du feu le crochet 31' passe dans la lumière de 7V sans accrocher et le volet se referme. L'effort moteur est donné par les différences de poids1 l'effort résistant ou de freinage par les caractéristiques dynamique du servomoteur. Dans la présente variante de réalisation, la contrainte initiale se fait dans le sens de l'ouverture, de sorte que les différences de poids agissant sur le volet ramène à 200C le bras moteur à la position F. En absence de poids différentiel moteur1 la température devrait atteindre environ lO0C pour que le bras atteigne naturellement le point F. Les dispositifs réalisés selon les schémas des figures 1 - 5 et 7 permettent non seulement en hiver, dans une cheminée à foyer ouvert ou fermé, de fermer automatiquement le volet du conduit de fumée lors de l'arrêt du feu et de réguler le tirage en cas d'enballement du feu, mais encore en été d'assurer une ventilation automatique. En effet si le dispositif d'accrochage 31 ou 31' est libre, au dessus de 200C, ou d'une autre température définie en modifiant le calage initial, le volet s'ouvre et laisse échapper l'air chaud par le conduit de fumée. De l'air plus frais, en provenance de l1extérieur pris dans une zone d'ombre, est alors introduit par tirage naturel pour rafraichir le local. Il est évident pour l'homme de l'art de réaliser d'autres dispositifs selon l'invention en modifiant - ltempla.svement du servomoteur - 1d forme du boitier du servomoteur - les systèmes de fixationode la spirale - les formes de l'axe et du bras du servomoteur - les points de fixation sur le volet - les articulations du volet - la position du volet dans la cheminée - la nature des éléments de liaison entre le volet et le servomoteur - les moyens d'accrochage de la commande manuelle R E V E N D I C A T I O N S 1) Dispositif de pilotage automatique de volet de conduit de fumées caractérisé en ce qu'il comporte un servo-moteur 1 à bilame thermique enfermé dans un boitier, relié à un volet 2 d'obturation du conduit de fumées par des moyens 3 de liaison articulés à leur extrémité, le dit volet étant équipé de moyens 5 - 7 - 31 pour l'ouvrir partiellement par une action manuelle, et pour le maintenir partiellement ouvert pendant la phase de démarrage du feu. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la disposition de l'axe 22 du volet 2 et l'adjonction éventuelle d'un poids 23, sont telles que la résultante différentielle des poids des élé:lents du volet, du poids de l'adjonction 23, des poids des éléments de liaison 3 et des moyens 5 pour l'ouverture manuelle, entraine le volet dans un meme sens, soit I'ouverturel soit la fermeture. 3) Dispositif selon la revendication.l ou selon la revendication 2 caractérisé en ce que la course du volet 2 est limitée par une butée 24 en position fermée et par une autre butée en position ouverte et que le volet a des échancrures 8 de sécurité. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le boitier contenant le bilame thermique est étanche aux poussières et aux particules de fumées. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le bilame thermique du servomoteur est enroulé en spirale 6 autour d'un axe 10 équipé d'un bras 9 extérieur au boîtier, l'extrémité du bras 9 étant reliée au volet 2 par un moyen de liaison 3. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que une extrémité de l'axe 10 est équipé d'un moyen 63 d'entrainement en rotation à l'aide d'un outil manuel et que l'autre extrémité ou éventuelle ent la même soit cylindrique et lisse afin que le moyeu 15 du bras 9 puisse être positionné librement dans un angle quelconque indépendamment de la spirale, puis fixé: sur l'arbre 10 par une vis de pression 17, 7) Dispositif selon l'une quelconque des reve;ldications précédentes caractérisé en ce que le moyen 3 de liaison est un élé--lent souple, un cable, un fil, un filin ou u:.e chaînette. 8) Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le moyen d'ouverture manuelle a une action opposée à celle de la résultante des différents poids agissant sur le volet 2 et tendant à le fermer, et telle que les moyens 3 de liaison, souples ne puissent transmettre des efforts au bras 9 ni provoquer un déplacement important du bras 9, le serve-moteur étant disposé de façon que les mouvements du bras sous l'action des variations des températures/ limitent plus ou moins la fermeture du volet 2 sans jamais s'opposer à l'ouverture. 9Y Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'implantation du servo-moteur 1, les caractéristiques du bilame et les caractéristiques géométriques du bras 9 et du volet 2 sont telles que une première partie de la course du bras du servo-moteur correspond une ouverture du volet augmentant avec la température, qu'à une seconde partie de la course du bras du servo-moteur correspondant à une plage de température supérieure à celle de la partie précédente, correspond un maintien du volet dans une position de quasi pleine ouverture et qu'à une troisième partie de la course du bras du servo-iiioteur correspondant à une plage de température la plus élevée correspond une fermeture progressive limitée du volet augmentant avec la température, et réduisant le tirage du conduit de fumées.