Brevet FR2606862A1 — publié le 19880520

Fover insérable à récuoérateur de chaleur La présente invention concerne un foyer insérable à récupérateur de chaleur du type comportant une carcasse propre à recevoir le combustible, surmontée d'une hotte qui, lorsque la carcasse est insérée dans une cheminée, peut être reliée à un conduit de fumée. Habituellement, dans les foyers insérables ou inserts de ce type, le récupérateur de chaleur est à circulation d'air, cet air étant amené à circuler audessus et derrière des plaques de fonte occupant respectivement la base et le fond du foyer, et ressortant ordinairement par des ouvertures latérales de la cheminée. L'inconvénient de ces foyers réside dans leur pauvre récupération de calories, due à la faible chaleur spécifique de l'air. Le but de la présente invention est donc principalement d'augmenter la récupération des calories dans ce type de foyer. A cet effet, un foyer insérable à récupérateur de chaleur conforme à l'invention est essentiellement caractérisé en ce que ledit récupérateur de chaleur est du type à circulation d'eau et est pourvu de moyens de connexion lui permettant d'être relié à une installation de chauffage central, les différents accessoires de cette installation pouvant être logés entre ladite hotte et la fausse hotte de la cheminée. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, on peut encore prévoir que ledit récupérateur de chaleur est constitué d'un caisson formant chaudière et s'étendant, à la base de la hotte, transversalement à la direction des fumées, ce caisson étant traversé de part en part par un faisceau de tubes propres à être eux-mêmes traversés par les flammes et les gaz de combustion, et étant pourvu d'une prise d'arrivée d'eau débouchant à proximité de sa paroi inférieure et d'une prise de sortie d'eau branchée à sa partie supérieure, un circuit de circulation interne de l'eau étant en outre prévu dans le caisson entre ces deux prises. L'utilisation d'un tel faisceau de tubes permet d'obtenir entre les fumées et l'eau de la chaudière une très grande surface d'échange thermique, avec un volume total de la chaudière relativement faible. On obtient par suite une chaudière à puissance calorifique considérable eu égard à son volume et ceci même avec un feu de bois. Le caisson récupérateur est en outre particulièrement simple à fabriquer et d'entretien remarquablement facile. Les tubes d'échange du caisson étant agencés en rangées parallèles, on peut prévoir en outre que le circuit de circulation interne du caisson est formé par un ensemble de chicanes s'étendant sur la hauteur dudit caisson, entre les parois des tubes d'une même rangée. Ainsi l'eau pourra parcourir à l'intérieur du caisson un circuit en ligne grecque, comprenant un certain nombre de parcours parallèles et de sens alternés, entre une paroi latérale et la paroi latérale opposée du caisson. Avantageusement, le caisson est monté sur des tourillons, de sorte à pouvoir basculer de sa position normale de fonctionnement, proche de l'horizontale, à une position rapprochée de la verticale, pour laquelle l'intérieur des tubes est facilement accessible et peut être nettoyé. Il est également avantageux de prévoir que dans sa position normale de fonctionnement, ledit caisson est légèrement lnca r, sur l'horizontale, l'angle d'incli- naison pouvant être de l'ordre de 15 à 20. Cela facilite son maintien en place dans sa position normale et permet de faire en sorte que les flammes lèchent un côté de la paroi interne des tubes qu'elles traversent, et donc d'augmenter encore la transmission de la chaleur entre les gaz de combustion et l'eau du caisson. Quant aux moyens de connexion mentionnés plus haut, ils peuvent comprendre des conduites souples reliant les prises d'arrivée et de sortie d'eau du caisson à des prises respectives fixées à la hotte, ce qui évite de gêner le basculement du caisson lorsque l'on veut le nettoyer. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le foyer comporte, dans un passage de dérivation prévu entre le récupérateur de chaleur et la hotte, un registre permettant de régler la section de passage des gaz de combustion ne traversant pas le récupérateur, ce registre étant à commande manuelle ou automatique. On comprend que ce registre permet de faire passer une plus ou moins grande quantité de fumées directement dans le conduit de fumée, sans leur faire traverser le récupérateur de chaleur, ce qui permet un contrôle de la température de l'eau à la sortie de ce récupérateur. Dans le cas d'un registre à commande automatique, on peut prévoir par ailleurs que lesdits accessoires de l'installation comprennent une sonde de température prélevant la température de l'eau à la sortie dudit récupérateur et reliée de façon opérationnelle audit registre. Un mode d'exécution de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un foyer conforme à la présente invention, inséré dans une cheminée domestique ; et - la figure 2 est une vue en plan de dessus du caisson récupérateur. Dans le foyer insérable représenté à la figure 1, on a référencé en 1 la carcasse propre à recevoir le combustible, par e.x;mple des bûches de bois posées sur une grille foyère 2. Cette carcasse peut être fermée par une porte 1 transparente, par exemple en verre réfractaire. A sa partie supérieure la carcasse 1 comporte une hotte 3 terminée par un collier 4 par lequel elle peut être branchée sur un conduit de fumée (non représenté). L'insert est posé sur la sole 5 de la cheminée de manière qu'un espace 6 soit ménagé entre la face antérieure inclinée de la hotte 3 et une fausse hotte 7. Le récupérateur a été désigné globalement en 8. Il s'agit d'un caisson pouvant avoir la forme générale d'un parallélépipède rectangle, disposé sur le passage que les gaz de combustion et les fumées doivent emprunter pour aller du foyer au collier 4 du conduit de fumée. Ce caisson est entièrement fermé mais est traversé dans sa hauteur par un faisceau de tubes 9 parallèles débouchant à une extrémité sur la paroi inférieure 10 du caisson et à l'extrémité opposée sur sa paroi supérieure, référencée 11. Les tubes 9 ont été représentés cylindriques sur le dessin, mais ils pourraient être coniques, en étant évasés vers le bas, pour augmenter encore la qualité des échanges thermiques entre les flammes et l'eau du caisson. En tout cas, ces tubes seront avantageusement en cuivre, tandis que le reste du caisson 8 peut être en acier ou en fonte. L'eau fraîche est amenée au caisson 9 par une conduite d'arrivée d'eau 12 qui traverse sa paroi supérieure 11 et qui débouche dans le caisson à proximité de sa paroi inférieure 10. La conduite 12 peut être fixée sur la paroi supérieure Il du caisson par i ç ntermédiaire d'une prise d'arrivée 13. En amont de cette prise 13, la conduite 12 est souple, tandis qu'en aval, c'est-à-dire à l'intérieur du caisson, elle peut être rigide et constituée par un simple tube parallèle aux tubes 9. L'eau chaude peut sortir du caisson 8 par une prise de sortie d'eau 14 montée par exemple également sur sa paroi supérieure Il et sur laquelle vient se brancher une autre conduite souple, 15. Les conduites 12 et 15 peuvent être branchées sur une installation de chauffage central respectivement par l'intermédiaire de prises 16 et 17 montées sur la face antérieure de la hotte 3. Le circuit de circulation d'eau à l'intérieur du caisson 8 est principalement destiné à empêcher que l'eau passe directement de l'entrée 13 à la sortie 14 et à contraindre l'eau, au contraire, à s'écouler sur la surface des tubes 9, sur toute leur hauteur, afin de favoriser au maximum les échanges thermiques par convection entre les gaz chauds émanant du foyer et l'eau du caisson. A cet effet, les tubes 9 étant répartis par exemple selon des rangées parallèles, comme visible sur la figure 2, on relie les tubes 9 d'une même rangée par des chicanes, référencées en 18. Ces chicanes 18, qui sont des tôles pleines et parallèles s'étendant sur toute la hauteur du caisson 8, entre sa paroi inférieure 10 et sa paroi supérieure 11, sont reliées alternativement à sa paroi latérale gauche et à sa paroi latérale droite, comme .bien visible sur la figure 2.On obtient ainsi pour l'eau un circuit de circulation en ligne grecque entre l'entrée 13 et la sortie 14 du caisson. L'eau introduite dans le caisson ne peut par conséquent en sortir qu'après avoir léché pratiquement l'ensemble des tubes ; son échauffement entre l'entrée et la sortie est donc maximum, ce qui confère à l'installation de chauffage central un excellent rendement. Le caisson 8 à tubes 9 qui vient d'être décrit est très facile à nettoyer car il suffit pour ce faire de passer un écouvillon dans chacun des tubes 9 lorsque ceux-ci sont encrassés. Pour faciliter encore ce nettoyage, on peut faire en sorte que le caisson 8 puisse basculer entre sa position normale de fonctionnement (représentée en trait plein sur la figure 1) et une position de nettoyage (représentée en trait mixte) pour laquelle il est presque vertical, l'intérieur des tubes 9 étant alors plus facilement accessible tandis que la porte 1g est ouverte. Pour que le caisson 8 puisse être basculé de cette manière, il est monté sur des tourillons tels que celui qui a été schématisé en 19 et qui peuvent être prévus au niveau de son fond. Pour faciliter le basculement, on peut prévoir en outre que les tourillons 19 sont légèrement décalés vers l'arrière, par rapport au plan médian du caisson. Pour maintenir le caisson 8 dans les positions voulues susdécrites, à savoir la position normale de fonctionnement et la position de nettoyage, on peut prévoir sur une des parois latérales de la cheminée des butées escamotables, respectivement représentées en 20 et 21 sur la figure 1. En observant cette figure, on remarque aussi qu'en position normale de fonctionnement le caisson 8 est légèrement incliné sur l'horizontale, vers l'arrière. L'angle d'inclinaison a peut être de 15 à 20 environ. Cette disposition peut encore favoriser les échanges thermiques par convection entre les gaz chauds et la paroi interne des tubes 9, puisque celle-ci est alors mieux léchée par les gaz qui traversent les tubes. Pour contrôler les échanges thermiques entre le foyer et l'eau du caisson 8 et contrôler ainsi la température de cette eau à la sortie du caisson, on peut faire en sort ou'une quantité déterminée des fumées ne traversent pas le paisson mais le contournent pour s'échapper directement par le conduit à fumée. Pour ce faire on peut disposer un registre 22, réglable à la main ou automatiquement, entre la hotte 3 et l'emplacement qu'occupe la face antérieure 23 du caisson 8 lorsqu'il est dans sa position normale de fonctionnement. Dans le cas d'une commande manuelle, on peut prévoir à l'extérieur de la cheminée un levier couplé mécaniquement au registre. Une commande automatique peut être obtenue pour une liaison opérationnelle 24 entre le registre 22 et une sonde de température 25 prélevant la température de l'eau au niveau de la prise de sortie 17. On obtiendra ainsi une autorégulation de la température de l'eau sortant du récupérateur, une élévation de cette température se traduisant par une commande de plus grande ouverture du registre 22 et inversement. Ceci étant, on voit que l'installation pourra globalement fonctionner de la même manière qu'une installation de chauffage central équipée d'une chaudière classique. Les accessoires de l'installation, tels qu'accélérateur de circulation (pompe référencée en 26), aquastat, vase d'expansion, soupape thermique, soupape de surpression, bouteille de dégazage à purgeur (équipement référencé en 27) peuvent être commodément groupés dans l'espace 6 ménagé entre la hotte 3 et la fausse hotte 7, de sorte que l'on dispose d'un ensemble intégré pouvant être rapidement mis en place et branché sur l'installation existante. En résumé, les avantages essentiels de l'invention sont les suivants - on obtient un foyer fermé pouvant être facilement et rapidement intégré à une cheminée existante, en même temps que tous ses accessoires - on peut conserver au foyer son caractère d'agrément, du fait que l'on peut continuer à brûler du bois et à contempler les flammes par la porte en vitre réfractaire ; le caractère radiant du foyer est conservé - le récupérateur à tubes est particulèrement simple et robuste ; il est facile à nettoyer - le récupérateur à tubes permet d'obtenir entre les gaz de combustion qui le traversent et l'eau du caisson d'excellents échanges thermiques par convection ; l'installation permet, avec un foyer de dimensions normales, brûlant du bois, de chauffer un grand nombre de radiateurs au moindre coût - la marche de l'installation de chauffage central peut être commandée de façon classique, avec notamment un contrôle automatique de la température de l'eau à la sortie du récupérateur. REVENDICATIONS 1. Foyer pour cheminée du type comportant une carcasse (1) propre à recevoir le combustible, surmontée d'une hotte (3) qui, lorsque la carcasse (1) est insérée dans une cheminée, peut être reliée à un conduit de fumée, caractérisé en ce que ledit récupérateur de chaleur (8) est du type à circulation d'eau et est pourvu de moyens de connexion (12 à 17) lui permettant d'être relié à une installation de chauffage central, les différents accessoires de cette installation pouvant etre logés entre ladite hotte (3) et la fausse hotte (7) de la cheminée. 2. Foyer selon la-revendication 1, caractérisé en ce que ledit récupérateur de chaleur est constitué d'un caisson (8) formant chaudière et s'étendant, à la base de la hotte (3), transversalement à la direction des fumées, ce caisson étant traversé de part en part par un faisceau de tubes (9) propres à être eux-mêmes traversés par les flammes et les gaz de combustion, et étant pourvu d'une prise d'arrivée d'eau (13) débouchant à proximité de sa paroi inférieure (10) et d'une prise de sortie d'eau (14) branchée à sa partie supérieure, un circuit de circulation interne de l'eau étant en outre prévu dans le caisson (8) entre ces deux prises. 3. Foyer selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits tubes (9) étant agencés en rangées, ledit circuit de circulation interne du caisson (8) est formé par un ensemble de chicanes (18) s'étendant sur la hauteur dudit caisson (8), entre les parois des tubes (9) d'une même rangée. 4. Foyer selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit caisson (8) est monté sur des tourillons, de sorte à pouvoir basculer de sa position normale de fonctionnement, proche de l'horizontale, à une position rapprochée de la verticale, pour laquelle l'intérieur des tubes (9) est facilement accessible et peut être nettoyé. 5. Foyer selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans sa position normale de fonctionnement, ledit caisson (8) est iégèrement incliné sur l'horizontale, l'angle d'inclinaison (a) pouvant être de l'ordre de 15 à 20-. 6. Foyer selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion comprennent des conduites souples (12,15) reliant les prises d'arrivée (13) ' et de sortie (14) d'eau du caisson (8) à des prises respectives (16, 17) fixées à la hotte (3). 7. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, dans un passage de dérivation prévu entre le récupérateur de chaleur (8) et la hotte (3), un registre (22) permettant de régler la section de passage des gaz de combustion ne traversant pas le récupérateur, ce registre (22) étant à commande manuelle ou automatique. 8. Foyer selon la revendication 7, caractérisé en ce que, dans le cas d'un registre à commande automatique, lesdits accessoires de l'installation comprennent une sonde de température (25) prélevant la température de l'eau à la sortie dudit récupérateur (8) et reliée de façon opérationnelle audit registre (22).