Brevet FR2601116A1 — publié le 19880108

La présente invention concerne d'une manière générale les foyers inserts pour cheminées et elle vise plus particulièrement l'échangeur de chaleur que comportent de tels foyers inserts. On a proposé de placer dans les cheminées des foyers dits "inserts" afin de récupérer des calories dégagées par la combustion, pour assurer, au moins en partie, le chauffage d'un local dans lequel, le plus souvent, la cheminée est placée. Les foyers inserts, bien connus en soi, permettent donc de réaliser des économies d'énergie ; généralement ils comprennent un foyer globalement parallélépipédique avec un cendrier inférieur, et un échangeur de chaleur situé en partie haute, le tout étant logé dans un caisson doté en façade d'une porte translucide pour la vision des flammes, et d'ouies pour l'admission d'air et sa diffusion dans un local une fois réchauffé par l'échangeur. Ces foyers inserts sont destinés, ainsi qu'il est bien connu, à équiper des cheminées dites ouvertes pour les convertir en cheminées dites fermées, et ils sont adaptés à ménager deux circuits indépendants l'un de l'autre, l'un des circuits passant par l'échangeur assurant le réchauffage de l'air et sa diffusion, tandis que l'autre circuit assure l'évacuation des fumées ; les échangeurs de chaleur de ce type étant dits air-air. La présente invention a pour objet un échangeur pour foyer insert, dont le coût est abaissé par rapport à la technique usuelle, du fait même de sa simplicité de réalisation et de mise en oeuvre, avec de surcroît des performances améliorées. Un échangeur de chaleur du type air-air destiné à constituer la partie supérieure d'un foyer insert connu en soi et comprenant essentiellement un foyer incorporé dans un caisson? ces deux éléments déterminant un circuit de circulation d'air et un circuit d'évacuation des fumées dissociés, échangeur caractérisé par le fait que, globalement rectangulaire dans son plan général, il comprend une série de canaux parallèles débouchant sur deux côtés opposés, qui sont de section régulièrement décroissante entre les deux côtés, en partant de l'arrière du foyer vers l'avant, tandis que, entre les canaux sont prévus des passages pour l'évacuation des fumées vers une boite à fumées. De préférence la variation de la section transversale des canaux telle que dit ci-dessus est obtenue en agissant sur la profondeur. En d'autres termes la profondeur des canaux est plus importante vers la paroi arrière du foyer que vers l'avant de celui-ci ce qui donne une génératrice inférieure en oblique. L'échangeur pouvant être avantageusement obtenu par moulage, le coût est sensiblement moindre que pour les réalisations usuelles en général usinées. Selon une autre caractéristique de l'invention l'échangeur comprend deux éléments, un premier élément ayant une série d'ondulations parallèles s'étendant d'un bord à l'autre avec une section décroissante et des sommets écrêtés, et un second élément formant plaque de recouvrement, lesdits sommets écrêtés et ladite plaque ayant des passages en correspondance pour l'évacuation des fumées vers une boite à fumées, tandis que le premier élément est aménagé avec une assise propre à reposer sur le bord supérieur du foyer. Selon une autre caractéristique de l'invention les canaux présentent intérieurement des ailettes longitudinales. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur est réalisé d'un seul tenant par moulage d'une matière appropriée notamment de la fonte. Selon une autre caractéristique de l'invention l'échangeur comporte une embase aménagée pour reposer par emboîtement sur les bords supérieurs du foyer. Par ailleurs, la plaque de recouvrement étant apte par sa périphérie à réaliser l'étanchéité avec le caisson, le foyer et le circuit de circulation d'air sont parfaitement dissociés, ce qui permet une évacuation des fumées avec des risques de refoulement pratiquement réduits à néant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un échangeur selon l'invention, installé dans un foyer insert la figure 2 montre en perspective les deux éléments de l'échangeur suivant l'invention la figure 3 est une vue en coupe à plus grande échelle selon III-III à la figure 1 les figures 4 et 5 montrent respectivement le circuit des fumées et le circuit de circulation d'air selon des coupes indiquées par IV-IV et V-V à la figure 1 les figures 6 et 7 sont des vues analogues à la figure 3 de deux autres formes de réalisation possibles. Suivant une forme d'exécution représentée en particulier à la figure 1, un foyer insert de cheminée comprend, de manière connue en soi, un foyer F dans lequel la combustion est effectuée et qui est délimité par une paroi basse 9 avec des ouvertures 10 débouchant sur un cendrier 11, des parois de côté 12, 13, une paroi de fond 14, et un dessus formant un échnageur E réalisé conformément à l'invention qui sera décrit plus en détail dans ce qui suit. L'ensemble du foyer F tel que ci-dessus est placé dans un caisson indiqué dans son ensemble par 20, dont le profil intérieur est adapté à former avec le foyer F deux conduits latéraux 21, 22, ménagés entre les parois de côté 12, 13, du foyer et les parois correspondantes du caisson, et un conduit de fond 23,( figures 4 et 5), ménagé entre la paroi de fond 14 et celle correspondante du caisson. De manière également connue, le caisson 20 et le foyer F sont obturés par une porte amovible P, avantageusement translucide ; une pluralité d'ouies inférieures 25 et supérieures 26 sont prévues en façade dans le caisson. Conformément à l'invention, et, selon une forme de réalisation, l'échangeur de chaleur air-air indiqué globalement par E comprend un premier élément 31 présentant une série d'ondulations 32 parallèles entre elles dont les sommets d'une même face sont écrêtés pour présenter des surfaces planes aménagés avec des passages qui, dans l'exemple représenté, sont des fentes allongées 33, par exemple deux par sommet. Du côté opposé aux sommets écrêtés, c'est-à-dire vers le fond des canaux C, l'élément 31 comporte périphériquement une embase 34 dont la face inférieure, destinée à coopérer avec le bord supérieur du foyer F présente une rainure 35 pour emboîtement étanche dudit premier élément sur une nervure 36 ménagée dans les bords supérieurs des parois de côté et de fond du foyer 9. Les ondulations ménagent donc une série de canaux C qui s'étendent de l'arrière du foyer F vers la façade de ce dernier, équipée de la porte P. Suivant une caractéristique de l'échangeur selon l'invention, les canaux C présentent une section transversale qui va en décroissant de l'arrière du foyer F vers l'avant. En section transversale lesdits canaux C présentent un fond 40 sensiblement cylindrique qui se prolonge vers le haut par des faces 41 légèrement divergentes. Suivant la forme d'exécution représentée, la section décroissante des canaux C est obtenue par une réduction progressive de la hauteur, en sorte que la génératrice inférieure de chacun de ceux-ci est en oblique ainsi qu'il est bien visible en particulier sur les figures 4 et 5. Un tel premier élément d'échangeur est apte à porter, par sa surface supérieure (sommets écrêtés) un second élément constituant une plaque de recouvrement indiquée dans son ensemble par 50. Ce second élément 50 est posé sur les sommets écrêtés formés dans le premier élément, et il est aménagé avec des ouvertures 51 en correspondance avec les passages 33 ménagés dans les sommets écrétés. Vers le haut des canaux C l'échangeur comporte un bord périphérique 52 prévu en sorte de coopérer avec les parois du caisson 20 pour réaliser l'étanchéité, à l'aide de moyens connus en soi, entre une boite à fumées 55 et le circuit de circulation d'air. L'échangeur 30, tel que décrit plus avant, en place dans un foyer insert détermine donc un circuit de circulation d'air avec admission par les ouies inférieures 25, circulation dans les espaces latéraux et de fond 21, 22, 23, puis dans les canaux C, ledit air réchauffé étant propulsé dans le local par les ouies supérieures 26 prévues dans le caisson en regard desdits canaux C. Il est à noter cependant que les ouies supérieures 26 pourraient être supprimées et remplacées par des ouies situées à distance du foyer insert, mises en communication avec l'échangeur par tout moyen approprié. Quant aux fumées issues de la combustion, elles sont, par les passages 33, et les ouvertures 51 admises dans la boite à fumées 52 surplombant l'échangeur (figures 4 et 5), ce compartiment étant formé entre la plaque de recouvrement 50 et la paroi supérieure 56 du caisson 20. Une ouverture 56 met le compartiment en communication avec un conduit d'évacuation des fumées 5 On observera que la section progressivement décroissante de l'arrière vers l'avant des canaux C favorise l'écoulement des gaz; de plus, la surface d'échange étant importante du fait même du profil des canaux, le rendement calorifique est élevé. La porte pivotante amovible P disposée en façade est adaptée -en coopération avec les bords avant du foyer- à rendre étanche le foyer F de manière à éviter toute sortie intempestive des fumées. Afin d'augmenter encore la surface d'échange, en particulier dans les canaux C, ceux-ci sont aménagés (figures 1 à 7) avec une série d'ailettes longitudinales et parallèles 59. En se référant maintenant à la figure 6 l'échangeur E est sensiblement analogue à celui décrit en regard des figures 1 à 5, mis à part que la plaque de recouvrement 50 présente au droit des canaux C des surfaces convexes 60 qui ont pour but essentiel d'augmenter la section de passage de l'air à réchauffer d'où il résulte une diminution des pertes de charge, de même que sont favorisés l'évacuation des fumées et les échanges sur la face externe de la plaque de recouvrement. Comme précédemment les canaux Cdu premier élément 31 sont de préférence prévus avec des ailettes longitudinales et parallèles 59, et des passages 33, 51 ménagés entre les canaux assurent l'évacuation des fumées dans une boîte à fumées 55. L'échangeur E ainsi réalisé comprend aussi un bord périphérique apte à coopérer avec les parois internes du caisson 20 et des joints 60 en matériau réfractaire sont prévus entre les deux éléments respectivement 31 et 50, le bord périphérique précité étant, dans le cas considéré, formé par les éléments 31 et 50. A la figure 7 l'échangeur est réalisé par moulage il est monobloc et comporte comme dans les deux réalisations précédentes des canaux C avec ailettes longitudinales 59, des fentes allongées 33 ménagés entre deux canaux C pour l'évacuation des fumées dans une boite à fumées 55. Ici aussi, comme dans l'exemple précédent l'échangeur E présente une rainure périphérique 35 pour emboîtement sur une nervure 36 ménagée sur le bord supérieur des parois du foyer F, tandis qu'un bord périphérique coopère avec les parois internes du caisson 20. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à la forme d'exécution représentée, laquelle pourrait au contraire recevoir diverses modifications, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur du type air-air destiné à constituer la partie supérieure d'un foyer insert connu en soi et comprenant essentiellement un foyer incorporé dans un caisson1 ces deux éléments déterminant un circuit de circulation d'air et un circuit d'évacuation des fumées dissociés, échangeur caractérisé par le fait que, globalement rectangulaire dans son plan général, il comprend une série de canaux parallèles (C) débouchant sur deux côtés opposés, qui sont de section régulièrement décroissante entre les deux côtés et en partant de l'arrière du foyer (F) vers l'avant, tandis que, entre les canaux sont prévus des passages (31, 51) pour l'évacuation des fumées vers une boite à fumées. 2. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, en association, deux éléments, un premier élément (31) comportant une série d'ondulations parallèles dont les sommets écrêtés comportent des fentes allongées (33), et un second élément (50) formant plaque de recouvrement ayant des ouvertures (51) en correspondance avec celles précitées (33), un bord périphérique (52)dudit second élément étant apte à coopérer avec les parois internes du caisson (20). 3. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux comportent une série d'ailettes (59) sensiblement parallèles s'détendant longitudinalement. 4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de recouvrement (50) au droit des canaux présente une surface convexe. 5. Echangeur selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce que des moyens d'étanchéité en matériau réfractaire (60) sont disposés entre premier et second élément (31, 50). 6. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux (C) présentent en section transversale un fond en arc de cercle portant les ailettes (59) prolongé par des parois latérales (41) légèrement divergentes. 7. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier élément comprend une embase périphérique d'appui (34) présente au moins une rainure périphérique (35) apte à coopérer avec une nervure (36) à profil complémentaire aménagée sur le bord supérieur du foyer (F). 8. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boite à fumées (55) surplombe l'échangeur (E), ladite boite étant en communication avec l'extérieur. 9. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section des canaux (C) est progressivement décroissante de l'carrière du foyer (F) vers l'avant par le fait que la génératrice inférieure de ceux-ci est en oblique par rapport aux sommets écrêtés. 10. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur (E) est réalisé d'un seul tenant par moulage, d'une matière appropriée par exemple la fonte.