Brevet FR2580789A1 — publié le 19861024

La présente invention concerne un appareil récupérateur de chaleur adaptable dans une cheminée à foyer ouvert, et destiné à être branché sur le circuit d'eau d'une installation de chauffage central. Des appareils de ce type ont déjà été proposés et décrits, par exemple dans les brevets français NO 2 488 375 et NO 2 425 615. Dans ces réalisations connues, l'eau qui doit être chauffée circule dans une série de tubes horizontaux et transversaux, disposés autour du foyer, la nappe inférieure de cette série de tubes jouant le rôle d'une grille adaptée pour supporter les bûches en combustion. Si cette disposition est intéressante sur le plan pratique, évitant l'emploi des chenets, elle présente pourtant plusieurs inconvénients. En premier lieu, l'installation est peu efficace et son rendement faible ; ce défaut est inhérent aux foyers ouverts. En second lieu, il n'est pas possible d'agir automatiquement sur l'intensité de la combustion en fonction de la température de l'eau chaude quittant l'appareil. En troisième lieu, enfin, la présence à l'intérieur d'une cheminée d'agrément de tubulures à caractère utilitaire présente un caractère relativement disgracieux, altérant l'esthétique d'ensemble de la cheminée. Dans le brevet français NO 2 445 492, on a déjà proposé d'adapter dans une cheminée à ciel ouvert un bouilleur à circulation d'eau qui est destiné à être branché sur une installation de chauffage central. Dans cette réalisation, il est prévu de modifier la cheminée à ciel ouvert en une cheminée à foyer fermé en incorporant dans la maçonnerie de la partie supérieure de cette cheminée un tablier mobile verticalement. Lorsque le tablier se trouve en position basse (foyer fermé), l'arrivée d'air dans la cheminée se fait par un volet qui est asservi par une régulation thermostatique. Ce dispositif présente malheureusement l'inconvénient que sa mise en place dans une cheminée nécessite une profonde modification de celle-ci ; par ailleurs, cette adaptation ne peut se faire que sur certains types de cheminée possédant une partie supérieure haute (pour y recevoir le tablier mobile) et présentant des parois latérales avancées (pour constituer avec le tablier abaissé une enceinte fermée). Par ailleurs, il n'est pas possible de voir -ni par conséquent de surveiller- le foyer lorsque le tablier est abaissé, ce qui nuit à l'agrément et à la sécurité de l'installation. En outre, ce tablier contrarie le chauffage par radiations de la pièce. Ehfin, on connaît également, par le Certificat d'utilité français NO 2 527 316, Ün appareillage destiné à transformer une cheminée à foyer ouvert en cheminée à foyer fermé dans le but d'en améliorer le rendement. Cet appareillage comprend un cadre pouvant être adapté dans l'encadrement de la cheminée, ledit cadre possédant une porte transparente, ainsi que des volets d'admission d'air réglables. Toutefois, cet appareillage ne peut être monté que sur un type bien déterminé de cheminée, dont la façade présente un encadrement enfin, et surtout, il n'a pas de fonction de récupérateur de chaleur et donc ne possède pas de moyens de chauffage pour de l'eau en circulation. L'invention se propose de concevoir un appareil du genre mentionné qui ne présente pas les inconvénients des appareils connus tout en en conservant les divers avantages. Elle vise donc à réaliser un récupérateur de chaleur qui soit facilement adaptable dans la plupart des types de cheminée à foyer ouvert pour etre branché sur le circuit d'eau d'une installation de chauffage central, qui offre un bon rendement, dont l'intensité du foyer soit réglable, qui ait un aspect extérieur agréable à l'oeil, qui permette une vision permanente du foyer et qui soit pratique à utiliser tout en étant d'un court de fabrication relativement faible. Ce résultat est atteint, conformément à l'invention, par le fait que l'appareil a la forme d'une enceinte fermée constituée des éléments principaux suivants : a) une paire de caissons latéraux creux, de forme plate ; b) une série de tubes horizontaux et transversaux faisant communiquer l'un avec 11 autre, de manière étanche, ces deux caissons c) une plaque arrière verticale ; d) une plaque supérieure sensiblement horizontale qui présente une ouverture autor-isant l'échappement des fumées e) une plaque frontale qui est pourvue d'une fenêtre transparente et constitue un couvercle mobile adapté pour obturer ou découvrir sélectivement la face avant de l'appareil ; en ce qu'une partie au moins des tubes horizontaux et transversaux constitue une grille adaptée pour recevoir et supporter des bûches en combustion, et en ce que l'intérieur des caissons latéraux et des tubes horizontaux et transversaux forme un espace clos pourvu de tubulures d'entrée et de sortie de l'eau. Selon une caractéristique de l'invention, la plaque frontale constituant le couvercle est sensiblement plane et, en position fermée, forme avec la verticale un angle qui est compris entre 150 et 450, avantageusement de l'ordre de 300. Cette inclinaison du couvercle permet de voir facilement l'intérieur de l'enceinte. La plaque constituant le couvercle est avantageusement adaptée pour coulisser de bas en haut sur la face frontale de l'appareil. Dans ce cas, selon une autre caractéristique de l'invention, le bord intérieur de la partie avant de chacun des caissons est pourvu d'un tasseau qui est adapté pour guider la plaque dans son mouvement de coulissement et qui est avantageusement muni d'une série de crans d'arrêt aptes à recevoir le bord inférieur de ladite plaque pour maintenir celle-ci en position haute. Selon une autre caractéristique de l'invention, la plaque constituant le couvercle est articulée, à sa partie supérieure, sur un jeu de biellettes qui sont solidaires d'un axe transversal horizontal, ce dernier étant sollicité élastiquement en rotation dans le sens du soulèvement de la plaque au moyen d'un ressort par l'intermédiaire d'une manivelle. Ce ressort compense en quelque sorte le poids du couvercle et facilite son ouverture, tout en évitant les chocs à sa fermeture. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la série de- tubes est répartie en trois nappes - une nappe inférieure horizontale de tubes constituant la grille de réception des bûches ; - une nappe arrière verticale de tubes situés à proximité de la plaque arrière - une nappe supérieure horizontale de tubes situés à proximité de la plaque supérieure. Ainsi les tubes enveloppent presque complètement le foyer, de sorte qu'une quantité importante de chaleur est transférée à l'eau circulant à l'intérieur de ceux-ci. Selon une caractéristique intéressante, l'admission d'air dans l'enceinte est réalisée par un tube transversal qui relie les deux caissons en les traversant, de maniere à déboucher sur leur face externe, ce tube présentant des ouvertures situées à l'intérieur de l'enceinte. Dans ce cas, le tube d'admission d'air, qui possède un diamètre sensiblement supérieur à celui des tubes, est avantageusement disposé juste en avant de la série de tubes constituant la grille qui reçoit les bûches, au même niveau que ces tubes, et ses ouvertures sont dirigées vers l'espace situé en-dessous de cette série de tubes. D'autre part, selon une caractéristique additionnelle, l'appareil comporte au moins un volet mobile agencé pour obturer progressivement une extrémité du tube d'admission d'air en fonction de l'élévation de la température de l'eau circulant dans l'appareil. On obtient ainsi, de manière particulièrement simple, une régulation automatique de l'intensité du foyer en fonction de la température de l'eau chaude produite par l'appareil. Pour des raisons de simplicité et de faible coût de fabrication, chacun des caissons est avantageusement fabriqué par soudage des bords de deux plaques d'acier aux chants d'une lame d'acier périphérique. Dans ce cas, le bord avant des caissons est garni de préférence d'une bande de recouvrement en laiton, ce qui améliore l'esthétique de l'appareil. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'appareil est pourvu d'un tiroir coulissant qui est placé sous les tubes horizontaux constituant la grille de réception des bûches, ce tiroir étant adapté pour recueillir les cendres produites par la combustion des bûches. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés, qui en présentent un mode de réalisation préférentiel. La figure 1 est une vue générale de l'appareil en perspective Les figures 2 et 3 sont des vues de détail de l'appareil, qui montrent le volet d'admission d'air, respec tivement en position presque complètement ouverte et en position moyenne ; La figure 4 est une vue générale "écorchée" de l'appareil . La figure 5 est une coupe de détail montrant la structure d'un caisson ; Les figures 6 et 7 sont des vues schématiques de l'appareil, en coupe transversale, dont le couvercle est respectivement en position abaissée et en position relevée. L'appareil récupérateur de chaleur, représenté sur les dessins, est destiné à être placé dans l'autre d'une cheminée à foyer ouvert. Cet appareil comprend une paire de caissons latéraux creux la, lb, de forme plate, dont le contour a approximativement la forme d'un trapèze rectangle. Les deux caissons la, lb sont disposés verticalement face à face et sont reliés l'un à l'autre par une série de tubes horizontaux et transversaux 2 (voir en particulier la figure 4). La série de tubes 2 est répartie en trois nappes - une nappe inférieure horizontale de tubes 20 ; - une nappe arrière verticale de tubes 21 - une nappe supérieure horizontale de tubes 22. Dans le mode de réalisation représenté, tous les tubes 2 ont le même diamètre ; le nombre total des tubes 2 est égal à dix-huit. Les caissons la, lb, et les tubes 2 forment un espace clos destiné à recevoir l'eau à chauffer en circulation. A cet effet, l'appareil est pourvu d'une tubulure d'entrée 10 et d'une tubulure de sortie 11 de l'eau. L'appareil comprend d'autre part une plaque arrière verticale 3, une plaque supérieure sensiblement horizontale 4 présentant une ouverture de sortie des fumées 40, une plaque frontale 5 pourvue d'une fenêtre transparente 50, et un fond constitué-par un tiroir coulissant 100. Les tubes 2 sont de préférence des tubes d'acier t les plaques constituant les caissons la et lb, ainsi que les plaques constituant le fond vertical 3, la face supérieure 4, le couvercle 5 et le tiroir 100 sont avantageusement fabriqués dans des feuilles de tôle d'acier. L'ensemble de ces éléments sont fixés les uns aux autres par des moyens appropriés, par exemple par soudage ; la liaison de la plaque de fond 3 à la plaque supérieure 4 est réalisée avantageusement par l'intermédiaire d'un joint d'amiante anti-fuite 30. La plaque avant 5 forme avec la verticale un angle o(, dont la valeur est par exemple de l'ordre de 300. Les bords de cette plaque 5 s'appuient sur une paire de tasseaux 8 qui sont fixés sur les bords internes de la partie avant des caissons la, lb. Ces tasseaux 8 portent des crans d'arrêt 80 dirigés vers le haut. A sa partie supérieure, la plaque 5 est articulée sur un jeu de biellettes, par exemple une paire de biellettes 9, dont l'autre extrémité est solidaire d'un axe transversal horizontal 93. Les biellettes 9 sont par exemple soudées à cet axe 93. L'axe 93 est guidé en rotation dans des paliers d'extrémité 94a, 94b, solidaires de la plaque supérieure 4 ; l'une de ses extrémités est coudée en forme de manivelle 90 à laquelle est accroché un ressort de traction 91 disposé à l'arrière de l'appareil.Par son autre extrémité, le ressort de traction 91 est accroché à une patte de fixation 92, de manière réglable. A cet effet, la patte 92 présente une série de trous espacés verticalement; en accrochant le ressort 91 dans l'un ou l'autre de ces trous, on peut jouer sur la contrainte de traction de ce ressort. Le ressort 91 tend donc, par l'intermédiaire de la manivelle 90, de l'axe 93, et des biellettes 9 à soulever la plaque avant 5 formant couvercle ; toutefois, cette traction est insuffisante pour provoquer le soulèvement effectif du couvercle ; elle tend simplement à équilibrer le poids de celui-ci L'appareil comporte un tube d'admission d'air 6, de diamètre sensiblement supérieur à celui des tubes 2, qui est disposé parallèlement à ces derniers, à la partie basse à l'avant de l'appareil. Ce tube est fixé par ses extrémités dans les caissons la, lb, qu'il traverse de part en part pour déboucher sur les faces externes de ces caissons. A sa partie centrale, le tube 6 présente une fente ou une série d'ouvertures désignées par la référence 60 dans les figures 6 et 7, tournées vers le bas et l'intérieur dé l'appareil. Au moins à l'une des extrémités du tube 2, et éventuellement à chacune de ses extrémités, est monté un volet obturateur mobile 7. Ce volet a la forme d'un disque dont le diamètre correspond à celui de la paroi intérieure du tube 6 ou est légèrement supérieur à celui-ci. Ce disque 7 est porté par un levier 71 et est adapté pour se déplacer contre la paroi externe du caisson la et/ou lb, suivant une trajectoire en arc de cercle. Le déplacement de ce volet est commandé par un calorstat, ou autre moyen de commande similaire, de type connu ; ce calorstat est monté sur le caisson 1 de telle manière qu'il soit en contact avec l'eau circulant à l1inté- rieur dudit caisson (de préférence à proximité de la sortie d'eau). Il est adapté pour commander le déplacement du volet 7 en fonction de la température de cette eau, de manière à ce que l'entrée du tube 6 soit dégagée lorsque la température de l'eau est faible et, inversement, que cette entrée soit obturée lorsque la température est élevée. Les figures 2 et 3 montrent deux positions différentes du volet 7 : la position de la figure 2 dans laquelle le tube 6 a son entrée pratiquement totalement ouverte et la position de la figure 3 dans laquelle cette entrée est à moitié fermée. Chacun des caissons 1 est fabriqué à partir de deux plaques de tôle 12, 13 disposées parallèlement l'une à l'autre, à faible distance mutuelle, et soudées par leurs bords intérieurs aux chants d'une lame d'acier périphérique 14. La figure 5 représente ce mode de fabrication. Les bords arrière et supérieurs des caissons ainsi réalisés sont recouverts respectivement par les bords de la plaque arrière 3 et de la plaque supérieure 4 auxquelles ces caissons sont fixés. Les parties avant desdits caissons la, lb, c'est-à-dire leur partie inclinée par rapport à la verticale et leur partie basse, sont garnies d'une bande de recouvrement 15, à effet décoratif, par exemple en laiton. La fixation des bandes de laiton 15 sur les bords des caissons est obtenue par exemple au moyen de vis 17 qui sont vissées dans des écrous 16 soudés à la lame périphérique 14 ; les vis 17 appliquent les bandes de recouvrement 15 contre les chants des tôles 12 et 13. A leur partie inférieure, sur leur face interne, chacun des caissons la, lb est pourvu d'une bande de tôle horizontale 18 servant à soutenir et à guider le tiroir 100. On va maintenant décrire la manière dont on utilise l'appareil récupérateur de chaleur qui vient d'etre décrit. Cet appareil est placé dans l'autre d'une cheminée à foyer ouvert, de sorte que sa plaque arrière 3 se positionne à proximité du fond de la cheminée. Les tubulures d'arrivée 10 et de sortie 11 sont branchées sur les canalisations de l'installation de chauffage central de la maison. Le conduit 40 d'évacuation des fumées est mis en correspondance avec le conduit de la cheminée, ou est raccordé à celui-ci par des moyens appropriés. Après que l'appareil ait été installé dans la cheminée, il est utilisé de la manière suivante On soulève le couvercle 5 ; on notera la présence d'une poignée 51 facilitant cette opération. Pendant son soulèvement, la partie inférieure du couvercle 5 est guidée sur les tasseaux 8. Le soulèvement se fait d'une manière aisée et en souplesse grâce à l'action du ressort 91.Lorsque ce couvercle a été suffisamment soulevé, il est maintenu dans sa position haute du fait que son bord inférieur vient se loger dans l'un des crans d'arret 80. On introduit alors les bûches (ou tout autre combustible approprié) sur la nappe de tubes inférieure 20, laquelle joue le rôle de chenet de réception de ces bûches. Après avoir mis le feu aux bûches, on referme le couvercle pour qutil obture à nouveau la face frontale de l'appareil (position de la figure 1). On peut surveiller la combustion des boches à travers la fenêtre transparente 50 ; l'inclinaison de la face avant 5 (et de la fenêtre 50) facilite cette observation. L'eau qui circule à l'intérieur des différents tubes 2, qui entourent presque complètement les bûches en combustion, est chauffée de manière rapide et particulièrement efficace. La combustion à l'intérieur de l'enceinte fermée que forme l'appareil est possible grâce au tube d'admission d'air 6, l'air admis dans cette enceinte étant envoyé par les ouvertures 60 sous la nappe inférieure des tubes 20 constituant la grille soutenant les bûches. La flèche F à la figure 6 illustre cette arrivée d'air. L'admission de l'air est réglée automatiquement en fonction de la température de l'eau produite par l'appareil, grâce au calorstat 70 qui commande le déplacement du volet obturateur 7. Les cendres produites par la combustion tombent au travers de la série inférieure de tubes 20 et se déposent dans le tiroir de réception 100. Une poignée de manoeuvre 101 permet de faire coulisser ce tiroir afin de pouvoir le retirer et le remettre en place dans l'appareil.Les bûches en combustion et les cendres produites ont été désignées respectivement par les références B et C sur la figure 6. Il est haturellement possible, lorsque l'on souhaite privilégier la production directe de chaleur par radiation -et non la transmission de chaleur à l'eau du circuit de chauffage central d'utiliser cet appareil en maintenant le couvercle 5 dans une position ouverte, soit complètement ouverte soit partiellement ouverte (par appui du bord inférieur du couvercle dans l'un des crans 80). Il va de soi que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation préférentiel qui vient d'être décrit à simple titre d'exemple ; elle en englobe au contraire toutes les variantes. Le nombre et l'emplacement des tubes 2 n1 est pas nécessairement le même que ceux de ce mode de réalisation en outre, certains tubes pourraient avoir des diamètres différents. La nappe supérieure de tubes 22 pourrait être interrompue à l'aplomb de l'orifice 40 afin de permettre à un instrument de ramonage d'accéder au conduit de cheminée. L'admission d'air dans l'enceinte pourrait être réalisée par des moyens différents du tube transversal 6, par exemple par des volets ménagés dans le couvercle 5. Par ailleurs, les moyens de commandes d'ouverture et de fermeture de ce couvercle peuvent naturellement être différents des moyens qui viennent d'être décrits. Selon une variante de ces derniers, on pourrait prevoir de çolli- citer l'axe 93 au moyen de deux ressorts 91 (et de deux manivelles) situés à chacune de ses extrémités, de manière à mieux répartir les efforts transmis à cet axe. Enfin, il serait possible d'implanter sur l'appareil les tubulures d'entrée 10 et de sortie 11 de l'eau en des emplacements différents de ceux qui ont été prévus dans le mode de réalisation décrit. Les tubulures d'entrée et de sortie pourraient par exemple être situées sur un même côté de l'appareil. Elles pourraient aussi déboucher sur les chants arrière des caissons, éventuellement dans une échancrure de forme appropriée destinée à limiter l'encombrement dû à ces tubulures. REVENDICATIONS 1. Appareil récupérateur de chaleur adaptable'dans une cheminée à foyer ouvert et destiné à être branché sur le circuit d'eau d'une installation de chauffage central, caractérisé en ce qu'il a la forme d'une enceinte fermée constituée des éléments principaux suivants a) une paire de caissons latéraux creux, de forme plate (la, lb) ; b) une série de tubes horizontaux et transversaux (2) faisant communiquer l'un avec l'autre, de manière étanche, ces deux caissons (la, lb) c) une plaque arrière verticale (3) ; d) une plaque supérieure sensiblement horizontale (4) qui présente une ouverture (40) autorisant l'échappe ment des fumées ;; e) une plaque frontale (5) qui est pourvue d'une fenêtre transparente (50) et constitue un couvercle mobile adapté pour obturer ou découvrir sélectivement la face avant de l'appareil ; en ce qu'une partie (20) au moins des tubes horizontaux et transversaux (2) constitue une grille adaptée pour recevoir et supporter des bûches en combustion, et en ce que l'intérieu des caissons latéraux (la, lb) et des tubes horizontaux et transversaux (2) forme un espace clos pourvu de tubulures d'entrée (10) et de sortie (11) de l'eau. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque frontale (5) constituant le couvercle est sensiblement plane et, en position fermée, forme avec la verticale un angle ( ) qui est compris entre 150 et 45 , avantageusement de l'ordre de 300. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque (5) constituant le couvercle est adaptée pour coulisser de bas en haut sur la face frontale de l'appareil. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bord intérieur de la partie avant de chacun des caissons (1) est pourvu d'un tasseau (8) qui est adapté pour guider la plaque (5) dans son mouvement de coulissement et qui est avantageusement muni d'une série de crans d'arrêt (80) aptes à recevoir le bord inférieur de ladite plaque (5) pour maintenir celle-ci en position haute. 5. Appareil selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la plaque (5) est articulée, à sa partie supérieure, sur un jeu de biellettes (9) qui sont solidaires d'un axe transversal horizontal (93), ce dernier étant sollicité élastiquement en rotation dans le-sens du soulèvement de la plaque (5) au moyen d'un ressort (91) par l'intermédiaire d'une manivelle (90). 6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la série de tubes (2) est répartie en trois nappes - une nappe inférieure horizontale de tubes (20) constituant la grille de réception des bûches - une nappe arrière verticale de tubes (21) situés à proximité de la plaque arrière (3) - une nappe supérieure horizontale de tubes (22) situés à proximité de la plaque supérieure (4). 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'admission d'air dans l'enceinte est réalisée par un tube transversal (6) qui relie les deux caissons (la, lb) en les traversant, de manière à déboucher sur leur face externe, ce tube (6) présentant des ouvertures (60) situées à l'intérieur de l'enceinte. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tube d'admission d'air (6), qui possède un diamètre sensiblement supérieur à celui des tubes (2), est disposé juste en avant de la série de tubes (20) constituant la grille qui reçoit les bûches, au même niveau que ces tubes, et que ses ouvertures (60) sont dirigées vers l'espace situé en-dessous de cette série de tubes (20). 9. Appareil selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un volet mobile (7) agencé pour obturer progressivement une extrémité du tube d'admission d'air (6) en fonction de l'élévation de la température de l'eau circulant dans l'appareil. 10. Appareil selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chacun des caissons (1) est fabriqué par soudage des bords de deux plaques d'acier (12,13) aux chants d'une lame d'acier périphérique (14). 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le bord avant des caissons (1) est garni d'une bande de recouvrement (15) en laiton. 12. Appareil selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un tiroir coulissant (100) qui est placé sous les tubes horizontaux (20) constituant la grille de réception des bûches, ce tiroir étant adapté pour recueillir les cendres produites par la combustion des bûches.