Brevet FR2831650A1 — publié le 20030502

La présente invention se rapporte à une boîte à fumées démontable à clapet automatique intégré pour un appareil de chauffage à combustible solide. Lors du fonctionnement d'un appareil de chauffage à combustible solide, l'allure du feu doit être maîtrisée pour éviter la fuite d'une partie des calories dans le circuit d'évacuation des gaz et fumées de combustion. De plus, pour augmenter le rendement calorifique de l'appareil de chauffage, on ralentit les gaz et fumées de combustion par diverses chicanes en partie supérieure du foyer permettant aussi d'allonger leur trajet. Dans ce circuit, le flux aéraulique ralenti abandonne la majorité des calories qui seraient parties à l'atmosphère. Par ailleurs, pour éviter la sortie du flux aéraulique brûlant et éventuellement des flammes par la porte lorsque celle-ci est ouverte pour le réapprovisionnement en combustible, il existe des clapets d'évacuation directe. Ces clapets obturent la section du conduit d'évacuation pendant le régime permanent forçant ainsi le flux aéraulique de combustion à passer par l'échangeur à chicane qui se développe en-dessous du conduit d'évacuation. Ces clapets libèrent en basculant la section du conduit d'évacuation lors de l'ouverture de la porte afin de permettre au flux aéraulique brûlant de s'évacuer totalement par le conduit et non pas par la porte. Les volets de ces clapets peuvent être actionnés automatiquement par une liaison mécanique les reliant à la porte. Le mouvement d'ouverture de la porte déclenche automatiquement le basculement du clapet dans sa position d'ouverture. Le clapet est en général constitué par un volet pivotant autour d'un axe de pivotement dont les extrémités portent sur deux surfaces palières fixées sur le corps de la buse d'évacuation rendant l'ensemble difficilement démontable. De plus, le circuit de ralentissement des fumées se développe de façon dissociée de la partie centrale de la buse d'évacuation ne permettant ni un accès facile pour le ramonage ni un démontage et une dépose rapide pour le nettoyage et éventuellement le remplacement. La présente invention a pour but de remédier à ces divers inconvénients en procurant, pour un foyer fermé de cheminée ou un poêle ou tout autre appareil de chauffage à combustible solide, une boîte à fumées démontable à clapet automatique et à échangeur de chaleur intégré. Le caractère démontable est total par une pièce centrale porte-clapet venant se monter par une simple manoeuvre manuelle dite quart de tour à l'intérieur de la chambre inférieure de la buse d'évacuation. Le montage et le démontage des pièces est ainsi rapide et facilité aussi bien en usine lors de la fabrication que lors des nettoyages et ramonages périodiques. Par ailleurs, cette simplification constructive permet de réduire le coût de la maind'oeuvre et le prix de revient. En effet, il ne subsiste que trois pièces se montant rapidement l'une dans l'autre sans aucun outil pour constituer la boîte à fumées. La chambre annulaire de récupération de l'échangeur rayonne uniformément la chaleur en position centrale dans le volume supérieur au-dessus de la paroi supérieure du foyer permettant une évacuation optimale de la chaleur récupérée. Cette constitution permet d'utiliser des pièces monobloc en fonte apportant solidité, longévité et inertie thermique. On bénéficie de plus d'un ensemble compact dans lequel l'exutoire fait corps avec la boîte à fumées. L'invention sera bien comprise avec d'autres caractéristiques et avantages qui apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple et accompagnée des dessins dans lesquels : . la figure 1 est une vue schématique en perspective montrant un foyer fermé équipé de la boîte à fumées selon l'invention, . la figure 2 est une vue en perspective de la boite à fumées à l'état dissocié dans laquelle les différentes pièces sont décalées verticalement, . la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de l'ensemble de la boîte à fumées, . les figures 4 et 5 sont des vues schématiques en plan montrant respectivement la buse et la pièce porte- clapet vues d'en-dessous, . les figures 6 et 7 sont des vues en plan de dessous montrant la pièce porte-clapet en place respectivement après introduction et après immobilisation, illustrant la façon dont se réalise l'assemblage rapide de la pièce porte-clapet avec la buse. La boite à fumées selon l'invention est destinée à équiper tout appareil de chauffage à combustible solide, sans pour autant restreindre son champ d'application. Elle a été plus particulièrement étudiée pour un foyer fermé de cheminée. On décrira maintenant l'invention en référence aux figures en prenant comme exemple un foyer 1 fermé de cheminée sous la forme d'une boite 2 fermée par une porte vitrée 3. Cette boîte 2 délimite une chambre de combustion 4 constituant le foyer dans lequel doit brûler un feu de bois alimenté à travers une ouverture frontale 5 obturée par la porte 3. Le foyer fermé est délimité par des parois latérales 6 et 7, un fond 8 et une paroi supérieure 9. Une paroi de couverture 10 ferme la boîte 2 vers le haut laissant entre elle et la paroi supérieure 9 du foyer une chambre de récupération 11 ouverte vers l'avant par une ouverture frontale sous la forme, par exemple, de plusieurs bouches frontales telles que 12 évacuant le flux d'air chaud dans la pièce à chauffer. La boîte à fumées 2 vient se monter en position centrale de la partie supérieure du foyer fermé 1. Elle se compose d'une buse 13 constituée d'une pièce monobloc de forme générale tubulaire cylindrique présentant à son extrémité supérieure une naissance sous la forme d'un tronçon cylindrique tubulaire 14 sur lequel vient se monter par emmanchement un conduit 15 d'évacuation des fumées. Le corps de la buse 13 se termine à son autre extrémité par une partie cylindrique 16 de plus grand diamètre délimitant une chambre de réception 17. Les deux parties d'extrémité de la buse sont séparées par un raccordement central formant un épaulement 18 entre les deux parties d'extrémité. Dans la chambre de réception 17 vient se monter une pièce porte-clapet 19 de forme générale cylindrique. Elle est montée dans cette chambre de réception 17 par un moyen d'assemblage rapide du type par exemple à verrouillage rapide dit quart de tour ou à baïonnette ou tout autre moyen équivalent d'assemblage rapide. Cette pièce porte-clapet 19, comme représenté sur la figure 2, présente un corps tubulaire de forme générale cylindrique dont le bord de la base est conformé en couronne 20 périphérique extérieure inférieure de ralentissement et de maintien s'étendant en saillie périphérique vers l'extérieur. Cette couronne 20 présente une structure alternée de parties pleines 21 et de parties vides 22 ou évidées, par exemple des portions angulaires 23 en créneaux 21 suivies d'encoches 22 séparées par des zones angulaires 24 d'engagement et de maintien. Ces zones angulaires 24 présentent chacune au moins un créneau récepteur 25 et une encoche d'introduction 26 de plus grande dimension que les créneaux 21 et encoches 22 destinée à coopérer avec des éléments d'appui et de blocage de la structure terminale inférieure de la buse 13. Un exemple de ces éléments d'appui et de blocage formant les moyens de structure terminale inférieure est représenté sur la figure 2. Il s'agit de pattes-supports telles que 27 sous la forme par exemple de languettes ou de taquets transversaux se poursuivant en saillie vers l'intérieur par des oreilles 28 conformées en saillie vers l'extérieur dans le bord inférieur 29 en couronne de la buse 13. Ces éléments d'appui et de blocage affectent une forme complémentaire à celle des encoches d'introduction 26. A titre d'exemple, les encoches d'introduction 26 sont de forme analogue à celle des encoches de la structure de ralentissement alors que les créneaux récepteurs présentent une forme en saillie à cavité radiale venant chevaucher à blocage chaque patte-support 27 correspondante. La pièce porte-clapet 19 se poursuit vers le haut par deux encoches palières telles que 30 diamétralement opposées et à fond arrondi conformées en retrait dans le bord périphérique supérieur 31 de la pièce porte-clapet 19 pour servir de portée aux extrémités 32 de l'axe de pivotement 33 d'un clapet 34. Entre ces encoches se trouvent conformés dans cette pièce porte-clapet 19 un épaulement droit 35 et un épaulement gauche 36 semi-circulaires et différents l'un de l'autre correspondant aux deux demi-parties du clapet 34 contre l'un desquels le clapet 34 vient en butée de fermeture. Le clapet 34 est une pièce monobloc en fonte en forme de disque à deux demi-parties 37 et 38 de contours semi-circulaires de dimensions inégales, dont une partie 37 est de plus grand diamètre que l'autre 38 de manière à introduire une dissymétrie dimensionnelle et de masse et créer ainsi un rappel automatique vers le bas faisant basculer le clapet 34 par sa demi-partie 37 la plus lourde. Le clapet 34 est monté articulé par une articulation de pivotement 39 (figure 3) se trouvant sur la face regardant la chambre de combustion 4 de l'une de ses demi-parties. L'articulation 39 est actionnée en pivotement par l'extrémité en crochet 40 d'une tige de poussée 41 traversant par son autre extrémité la face avant supérieure de l'appareil pour venir buter par son front contre la traverse supérieure de la porte vitrée lorsque celle-ci est fermée ou contre une saillie 42 prévue en regard à cet effet. Le contact mécanique maintient la tige de poussée 41 et donc le clapet 34 à l'état fermé, c'est-à-dire à plan restant parallèle à la paroi supérieure 9. Lorsque la porte s'ouvre, la tige de poussée 41 est libérée de sa contrainte de poussée et le clapet 34 est entraîné en basculement vers le bas par gravité, l'amenant en position totalement ouverte. Cette position permet de limiter fortement le risque de flammes venant s'échapper par la porte avant du foyer. Comme indiqué, la tige de poussée 41 est reliée au clapet 34 par une articulation de pivotement 39 par exemple du type dissociable de laquelle l'extrémité en crochet 40 de la tige de poussée 41 peut se dégage facilement. L'espace délimité par l'épaulement 18 de la buse 13, les parois concentriques de la chambre de réception 17 et celles de la pièce porte-clapet 19 constitue une chambre annulaire de récupération 43 dans laquelle se produit un ralentissement des fumées et un échange de chaleur. Elle communique par le bas avec le foyer par la couronne 20 crénelée et par le haut à travers un intervalle d'échappement 44 existant entre l'épaulement 17 de la buse 13 et le bord supérieur de la pièce porte-clapet 19. Cette chambre annulaire de récupération force les fumées à ralentir et allonge leur trajet jusqu'à la sortie pour qu'elles perdent encore des calories avant de s'échapper à l'extérieur. Des ergots 45 en saillie vers l'intérieur du bord intérieur de la naissance servent de butée vers le bas au bord inférieur du conduit 15 d'évacuation des fumées. On comprendra que l'invention présente un grand intérêt économique à la fabrication de ces appareils de chauffage et de tous ceux sur lesquels une telle boîte à fumées peut être montée, ainsi qu'une facilité exceptionnelle d'utilisation et d'entretien par la composition de sa boîte à fumées en trois pièces monobloc montées l'une dans l'autre par une simple manoeuvre manuelle sans nécessiter un quelconque outil. On comprendra aussi que l'invention rend l'appareil de chauffage performant du point de vue rendement thermique par l'allongement du trajet des fumées et le développement de ses surfaces d'échange. Le fonctionnement de la boîte à fumées selon l'invention s'avère particulièrement simple. On monte la buse 13 en la fixant sur la paroi supérieure du foyer fermé 1 par exemple celui représenté sur la figure 1 en utilisant des vis ou des boulons présents aux extrémités des pattes supports de la périphérie inférieure de la buse 13. On monte à l'autre extrémité le conduit d'évacuation 15 puis on procède à la pose de la pièce porte-clapet 19. Pour ce faire, on place le clapet 34 en engageant les extrémités de son axe de pivotement 33 dans les encoches palières 30 permettant ainsi au clapet 34 d'être porté par la pièce porteclapet 19. Cette dernière est montée dans la chambre de réception 17 de la buse 13 de la façon suivante. On oriente les structures d'engagement et de maintien de la pièce porte-clapet pour que les encoches d'introduction 26 se présentent en face des pattessupports 27 de la buse 13. La pièce porte-clapet 19 peut ainsi s'engager dans la chambre de réception 17 par un simple mouvement ascendant guidé. Lorsque la pièce porte-clapet 19 a bien pénétré dans la chambre de réception 17 c'est-à-dire que sa couronne 20 a dépassé vers l'intérieur le plan défini par les pattes-supports 27, on la pivote sur elle même selon la flèche de la figure 4 d'un angle suffisant pour amener les créneaux récepteurs 25 en face des parties des pattes-supports 27 dirigées vers l'intérieur de la chambre de réception 17 de manière à ce qu'elle chevauchent et reposent à blocage sur celles-ci. L'immobilisation en pivotement et la retenue vers le bas sont ainsi assurées. La pièce porte-clapet 19 est ainsi montée facilement et rapidement dans la buse 13 et se trouve prête à un fonctionnement permanent. Le démontage est tout aussi rapide et simple. Il présente les mêmes avantages. L'ensemble de ces opérations peut donc être effectué fréquemment sans aucune difficulté rendant ainsi les opérations d'entretien et de ramonage particulièrement aisées. Il en est de même pour la construction et l'installation de l'appareil et les dépannages nécessitant le passage à travers la buse 13. REVENDICATIONS 1. Boîte à fumées démontable à clapet automatique intégré pour un appareil de chauffage à combustible solide formée d'une buse tubulaire (13) sur une partie de laquelle vient s'emmancher un conduit d'évacuation (15) des fumées, buse (13) réalisée en deux parties cylindriques de diamètres différents séparées par un épaulement (18), dont une partie supérieure et une partie opposée de plus grand diamètre formant une chambre de réception (17) pour les autres pièces constituantes dont un clapet automatique (34) maintenu en position de fermeture par la porte du foyer (1) de l'appareil de chauffage lorsqu'elle se trouve en position fermée et s'ouvrant automatiquement par basculement vers le bas lors de l'ouverture de la porte caractérisé en ce que l'extrémité basse de la buse (13) est munie de structures de fixation sur la paroi supérieure du foyer (1) et en ce que la chambre de réception (17) comporte des moyens d'assemblage rapide avec une pièce monobloc porte-clapet (19) de forme générale cylindrique formant avec la buse (13) une chambre annulaire (43) de récupération de chaleur grâce au ralentissement et à l'allongement du trajet des gaz et fumées de combustion, pièce porte-clapet (19) venant s'engager et s'assembler à maintien dans la chambre de réception (17) par une simple manoeuvre manuelle ne nécessitant aucun outil et en ce que le clapet (34) présente un axe diamétral (33) dont les extrémités (32) en bout d'arbre dépassent de son bord périphérique pour venir porter à pivotement sur des surfaces palières de la pièce porte-clapet (19). 2. Boîte à fumées selon la revendication 1 caractérisée en ce que le bord de la base de la pièce porte-clapet (19) présente une couronne (20) en saillie périphérique vers le bas et vers l'extérieur formée d'une structure alternée, cette couronne (20) formant l'entrée de la chambre annulaire de récupération (43) délimitée par la paroi latérale de la chambre de réception (17) de la buse (13) et la paroi latérale en regard de la pièce porte-clapet (19). 3. Boite à fumées selon la revendication précédente caractérisée en ce que la couronne de la pièce porte-clapet (19) est échancrée ou crénelée ou formée d'une alternance de créneaux (21) et d'encoches (22). 4. Boite à fumées selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que la couronne (20) comporte des structures d'engagement et de maintien constituant des moyens d'assemblage rapide avec la buse (13). 5. Boîte à fumées selon la revendication 1 caractérisée en ce que la couronne périphérique extérieure inférieure (20) de la pièce porte-clapet (19) présente des saillies d'appui et de blocage en pivotement, chacune de celles-ci étant suivie ou précédée angulairement sur la périphérie de la couronne (20) de la pièce porte-clapet (19) par une encoche de plus grande longueur servant au passage de la pièce porte-clapet (19) dans une orientation angulaire donnée de cette pièce porte-clapet (19) en enfoncement dans la chambre de réception (17), cette pièce porte-clapet (19) étant ensuite pivotée en vue de son immobilisation. 6. Boîte à fumées selon la revendication 1 caractérisée en ce que la buse (13) présente sur son bord inférieur des pattes-support transversales (27) en saillie vers l'intérieur et en saillie vers l'extérieur servant à sa fixation sur la paroi supérieure du foyer (1) et au maintien vertical et au blocage en pivotement de la pièce porte-clapet (19). 7. Boîte à fumées selon les revendications précédentes 5 et 6 caractérisée en ce que les parties des pattes-support transversales (27) en saillie vers l'intérieur servent de support d'appui et de retenue vers le bas à la pièce porte-clapet (19) en coopérant avec les saillies d'appui et de blocage en pivotement que présente la couronne périphérique extérieure (20) inférieure de la pièce porte-clapet (19), chacune de celles-ci étant suivie ou précédée angulairement sur la périphérie de la couronne (20) de la pièce porte-clapet (19) par une encoche de plus grande longueur servant au passage de la pièce porte-clapet (19) dans une orientation angulaire donnée de cette pièce porteclapet (19) en enfoncement dans la chambre de réception, cette pièce étant ensuite pivotée angulairement et abaissée pour que les saillies d'appui et de blocage reposent sur les pattes-support (27) et immobilisent ainsi la pièce porte-clapet (19) dans la chambre de réception (17) de la buse (13). 8. Boite à fumées selon la revendication 1 caractérisée en ce que le clapet (34) est réalisé sous la forme d'un disque monobloc dont l'axe de pivotement (33) est conformé dans la masse de la pièce, cet axe (33) séparant le disque en deux demi-parties (37) et (38). 9. Boîte à fumées selon la revendication précédente caractérisée en ce que les deux demi-parties (37) et (38) sont inégales. 10. Boîte à fumées selon la revendication précédente caractérisée en ce que la pièce porte-clapet (19) présente dans sa partie supérieure un épaulement semi circulaire (36) servant à obturer totalement l'ouverture située du côté de la demi-partie la plus petite du clapet (34) lorsque celui-ci est en position fermée.