Brevet FR2574163A1 — publié le 19860606

"Foyer pour générateur de chaleur par combustion, notamment pour cheminée d'habitation" La présente invention concerne un foyer pour générateur de chaleur par combustion de bois ou autre matière combustible, et notamment un foyer pour cheminée d'habitation. Ce foyer est adaptable à des cheminées déjà existantes, et il peut aussi être directement incorporé à la construction, dans des cheminées à créer. Dans les cheminées d'habitation classiques, le bois ou autre combustible brûle "librement". On connaît aussi des appareils dits "à combustion inversée", avec effet d'aspiration par les trous d'une grille située sous le bois, mais sans préchauffage de l'air. La présente invention vise à améliorer les systèmes de combustion actuels, de manière à élever le rendement à la fois par une augmentation de la température et une combustion plus complète du bois, permettant par ailleurs de supprimer les fumées sombres et encrassantes. Cette invention est applicable à la réalisation de foyers de tous types, à feu ouvert ou fermé, avec ou sans échangeur entre le circuit de l'air de combustion et un circuit d'air de convection. A cet effet, le foyer pour générateur de chaleur par combustion, objet de l'invention, comprend essentiellement au moins une entrée d'air frais à sa base, un espace de préchauffage de l'air frais dans sa partie inférieure, sous le fond d'une partie horizontale supportant le bois ou autre matière combustible, partie également parcourue par l'air préchauf fé, et une chambre de combustion verticale située à l'arrière du foyer et se trouvant en relation avec au moins une ouverture d'échappement. De préférence, le foyer se compose d'un socle, délimitant l'espace de préchauffage, avec au moins une entrée d'air frais inférieure et/ou latérale, d'une partie horizontale surmontant le socle, avec une plaque de fond et des séparations verticales parallèles orientées d'avant en arrière, et d'un caisson vertical constituant la chambre de combustion, des communications étant ménagées, à l'avant, entre l'espace de préchauffage et les différents canaux délimités par les séparations verticales, ainsi qu'à l'arrière, entre lesdits canaux et l'intérieur du caisson vertical. Le bois repose sur les bords supérieurs des séparations verticales. L'air frais admis dans le socle effectue un premier parcours horizontal, canalisé de l'arrière vers l'avant, au cours duquel il est préchauffé par conduction et radiation de la plaque de fond. Ensuite l'air préchauffé, aspiré par l'effet de dépression que crée l'échappement, parcourt d'avant en arrière les canaux délimités par les séparations verticales. Au contact de cet air préchauffé, porté à plus de 300"C, le bois se gazéifie en se consumant "par dessous". Les gaz sont entraînés dans la chambre de combustion située à l'arrière, où ils terminent de brûler. Les séparations verticales parallèles permettent d'avoir des flammes homogènes. Le foyer objet de l'invention donne ainsi lieu à une combustion avec flammes courtes de couleur bleue, sans fumées sombres mais avec des gaz d'échappement incolores, ne laissant subsister que très peu de déchets résiduels (cendres), et permettant d'atteindre des températures élevées, de l'ordre de 1100 à 12000C, alors que dans un foyer classique sans récupérateur on parvient au mieux à des températures de 800 à 9000C. De plus, le principe de ce foyer permet sa réalisation aisée et économique, avec une grande adaptabilité dimensionnelle, sous la forme de trois éléments modulaires fonctionnels, bien différenciés : socle formant l'espace de préchauffage, partie avec fond et séparations verticales supportant le bois, caisson vertical arrière. Avantageusement, l'élément avec fond et séparations verticales est prévu amovible, ce qui permet de vider les cendres résiduelles, se rassemblant au fond des canaux de guidage d'air, sans nécessité d'aucun cendrier spécial. Le caisson arrière, quant à lui, permet de réaliser aisément un échangeur de chaleur entre le circuit d'air de combustion et un circuit d'air de convection. A cet effet, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le caisson arrière est double et comprend, d'une part, un caisson intérieur constituant la chambre de combustion, en communication par sa base avec les canaux délimités par les séparations verticales précitées, et d'autre part, un caisson extérieur en communication par sa base avec au moins une entrée d'air ambiant ou extérieur, des tubes parcourus par cet air étant montés entre les faces arrière et avant du caisson intérieur. De toute façon, l'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce foyer pour générateur de chaleur par combustion, appliqué à une cheminée d'habitation:: Figure 1 est une vue en perspective d'une cheminée d'habitation, dans laquelle est incorporé un foyer conforme à l'invention, avec indication du circuit d'air de combustion ; Figure 2 est une vue en perspective, sous un autre angle, de la même cheminée, avec indication du circuit d'air de convection; Figure 3 est une vue en coupe verticale du foyer seul, avec indication des deux circuits d'air et illustration d'autres caractéristiques ; Figure 4 est une vue en perspective montrant la partie de ce foyer avec fond et séparations verticales, seule. Les figures 1 et 2 montrent un foyer de cheminée, à feu ouvert, surmonté d'un avaloir (1) et d'un conduit d'échappement (2). Le foyer lui-même, représenté aussi à la figure 3, se compose d'un socle (3), d'une partie horizontale (4) surmontant le socle (3), et d'un double caisson vertical arrière (5). Ces différentes parties se présentent comme des éléments fonctionnels modulaires. Le socle (3) comporte une plaque horizontale (6), et des ouies latérales (7) qui permettent l'entrée d'air frais dans l'espace dit de "préchauffage" (8), situé au-dessus de la plaque (6). Ce socle (3) présente en outre une ouverture (9) sur sa face avant, pour l'admission d'air ambiant dans l'espace situé au-dessous de la plaque (6). La partie (4), qui surmonte le socle (3), est représentée seule à la figure 4. Cette partie (4) se présente comme un bac, avec notamment un fond (10), des parois latérales (11) et une paroi antérieure (12). Des plaques (13) formant des séparations verticales, toutes parallèles aux parois latérales (11), sont disposées à l'intérieur du -bac et délimitent une série de canaux (14) dirigés d'avant en arrière. Dans la paroi antérieure (12) sont ménagées des ouvertures (15), qui font communiquer l'espace de préchauffage (8) avec les différents canaux (14). Le double caisson arrière (5) se compose d'un caisson extérieur (16) et d'un caisson intérieur (17). Le caisson extérieur (16) est relié à sa base au socle (3) et, plus particulièrement, à l'espace situé au-dessous de la plaque (6) de ce socle (3). Le caisson intérieur (17) est relié à sa base avec la partie (4), de telle sorte que l'extrémité arrière des canaux (14) communique avec l'intérieur de ce caisson (17). Des tubes (18) sont montés obliquement entre les faces arrière et avant du caisson intérieur (17), de manière à faire communiquer les parties postérieures (19) et antérieure (20) du caisson extérieur (16). La partie supérieure du caisson intérieur (17) possède une sortie (21) reliée au conduit d'échappement (2). La partie supérieure du caisson extérieur (16) possède également des orifices de sortie (22). Dans l'exemple d'application illustré aux figures 1 et 2, les orifices de sortie (22) du caisson extérieur (16) débouchent dans l'intérieur de l'avaloir (1), qui lui-même possède sur ses côté des ouïes de sortie (23). En outre, la partie supérieure de l'avaloir (1) comporte une trappe pivotante (24), avec fermeture automatique à basse température contrôlée par une bilame en spirale, réalisé conformément au brevet français N" 2 532 721 au nom du Demandeur. La partie supérieure de l'avaloir (1) est également en communication avec le conduit d'échappement (2). Pour l'utilisation du foyer précédemment décrit, le bois (25), ou autre matière combustible, est disposé de manière à reposer sur les bords supérieurs des séparations verticales (13) de la partie (4). Comme le montrent les figures I et 3, le circuit de l'air de combustion est le suivant: l'air frais est admis par les ouïtes latérales (7) dans l'espace de préchauffage (8), à l'intérieur du socle (3), où il circule de arrière vers l'avant, en s'échauffant grâce à l'effet de radiation du fond (10) de la partie (4). Parvenu à l'avant du socle (3), l'air préchauffé change de direction et, traversant les ouvertures (15), il pénètre dans les différents canaux (14), qu'il parcourt de l'avant vers l'arrière, aspiré par l'effet de dépression que crée l'échappement.Au contact de cet air préchauffé, le bois (25) se gazéifie en se consumant par dessous. Les gaz sont aspirés et continuent de brûler dans le caisson intérieur (17) situé à l'arrière du foyer, avant de s'évacuer à l'extérieur par la sortie (21) et le conduit d'échappement (2), Des chenets pivotants (26)- voir figure 3- permettent, en position relevée, de maintenir des bûches de bois (25) empilées au dessus de la partie (4) sur une épaisseur importante, pour avoir un feu de longue durée, le bois descendant au fur et à mesure qu'il se consume par dessous. Le circuit de l'air de convection, indiqué aux figures 2 et 3, est le suivant: I'air ambiant, admis à l'intérieur du socle (3) par l'ouverture (9), circule d'abord de l'avant vers l'arrière, puis il s'élève en parcourant le caisson extérieur (16). L'air considéré passe de la partie postérieure (19) à la partie antérieure (20) du caisson (16), en parcourant les tubes obliques (18) dont les parois sont aussi au contact des gaz de combustion. Il s'opère ainsi un transfert de chaleur entre les gaz de combustion et l'air considéré. Cet air, une ~ foins chauffé, sort du caisson (16) par les orifices (22), et il est réinjecté par les ouïtes (23) dans le local où est installée la cheminée. Comme le montre la figure 3, il peut être prévu un volet (27) monté pivotant autour d'un axe horizontal, à la base du caisson intérieur (17), et manoeuvrable à l'aide d'une manette (28) placée dans la partie avant du foyer, ou de tout autre moyen de manoeuvre équivalent. Dans une première position qui est celle représentée en traits continus, le volet (27) permet la communication entre l'arrière des canaux (14) et l'intérieur du caisson (17), de sorte que le fonctionnement s'établit comme décrit précédemment, le bois (25) se consumant par dessous avec une flamme basse. Dans une deuxième position du volet (27), indiquée en traits mixtes, la communication entre les canaux (14) et l'intérieur du caisson (17) est interrompue, et le bois (25) brûle comme dans un foyer traditionnel, avec une flamme haute et sans qu'intervienne l'échangeur thermique réalisé par le double caisson arrière (5).Aux positions intermédiaires du volet (27) correspondent, bien entendu, des fonctionnements constituant des compromis entre les deux modes précédemment indiqués. I1 est à noter que, dans le mode de fonctionnement reproduisant celui d'un foyer traditionnel, l'avaloir (1) et la trappe (24) interviennent pour contrôler l'échappement et assurer la sécurité. De plus, quel que soit le mode de fonctionnement ayant été choisi, la fermeture automatique de la trappe (24) après extinction du feu permet de retenir autant que possible la chaleur à l'intérieur du local où est installée la cheminée. La partie (4), représentée seule sur la figure 4, reçoit sur son fond (10) les cendres résiduelles, qui sont en très faible quantité en raison du type de combustion très particulier auquel donne lieu le foyer selon l'invention. Cette partie (4) est prévue amovible, pour rendre aisée l'élimi- nation des cendres. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce foyer pour générateur de chaleur par combustion qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par les modifications constructives suivantes - dans le circuit d'air de combustion : remplacement des ouïtes latérales (7) du socle (3) par une ouverture d'entrée d'air frais située sous le socle - dans le circuit d'air de convection : suppression du passage par l'avaloir (1) et sortie directe de l'air chauffé vers l'extérieur, au sommet de l'échangeur de chaleur constitué par le caisson arrière (5). De même, le champ d'application de l'invention n'est nullement limité à une cheminée à feu ouvert, avec échangeur de chaleur permettant de chauffer de l'air dans un circuit annexe. Ainsi, l'utilisation d'un foyer conforme à l'invention peut être envisagé avec un échangeur prévu pour chauffer de l'eau, ou encore dans un appareil de chauffage à feu fermé, cet appareil n'étant pas nécessairement une "cheminée" mais pouvant être un générateur de chaleur quelconque mettant en oeuvre le même type de combustion. REVENDICATK) Ns 1. Foyer pour générateur de chaleur par combustion de bois ou autre matière combustible, notamment foyer pour cheminée d'habitation, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une entrée d'air frais (7) à sa base, un espace (8) de préchauffage de l'air frais dans sa partie inférieure (3), sous le fond (10) d'une partie horizontale (4) supportant le bois (25) ou autre matière combustible, partie (4) également parcourue par l'air préchauffé, et une chambre de combustion verticale (5) située à l'arrière du foyer et se trouvant en relation avec au moins une ouverture d'échappement (21). 2. Foyer selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se compose d'un socle (3), délimitant l'espace de préchauffage (8), avec au moins une entrée d'air frais -inférieure et/ou latérale (7), d'une partie horizontale (4) surmontant le socle (3), avec une plaque de fond (9) et des séparations verticales parallèles (13) orientées d'avant en arrière, et d'un caisson vertical (5) constituant la chambre de combustion, des communications étant ménagées, à l'avant, entre l'espace de préchauffage (8) et les différents canaux (14) délimités par les séparations verticales (13), ainsi qu'à l'arrière, entre lesdits canaux (14) et l'intérieur du caisson vertical (5). 3. Foyer selon la revendication 2, caractérisé en -ce qu'il est réalisé sous la forme de trois éléments modulaires fonctionnels distincts, à savoir: le socle (3) formant l'espace de préchauffage (8), la partie horizontale (4) avec fond (10) et séparations verticales (13), et le caisson vertical arrière (5). 4. Foyer selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément (4) avec fond (10) et séparations verticales (13) comporte une paroi antérieure (12), dans laquelle sont ménagées des ouvertures (15) faisant communiquer l'espace de préchauffage (8) avec les différents canaux (14) délimités par les séparations verticales (13). 5. Foyer selon la revendication 3 ou 4, caractérise en ce que l'élément (4) avec fond (10) et séparations verticales (13) est prévu amovible. 6. Foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le caisson arrière (5) est double et comprend, dlune part, un caisson intérieur (17) constituant la chambre de combustion, en communication par sa base avec les canaux (14) délimités par les séparations verticales précitées (13), et d'autre part, un caisson extérieur (16) en communication par sa base avec au moins une entrée d'air ambiant ou extérieur (9), des tubes (18) parcourus par cet air étant montés entre les faces arrière et avant du caisson intérieur (17). 7. Foyer selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'un volet pivotant (27), associé à des moyens de manoeuvre (28), est prévu à la base du caisson vertical arrière (5), ce volet (27) permettant ou interrompant, selon sa position, la communication entre l'arrière des canaux (14) délimités par les séparations verticales (13) et l'intérieur du caisson (5). 8. Foyer selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'vil comprend en outre des chenêts pivotants (26) qui, en position relevée, permettent de maintenir des bûches de bois (25) empilées au-dessus des séparations verticales précitées (13).