~ l S ~
La presente invention a pQur objet une cheminée perfectionnee pour domicile pourvu d'un sys-tème de chauf~age central, laquelle avantayeusement incorpore deu~ chauffe-eau permettant de chau~fer-independamment de l'eau,domestique ainsl que l'eau clrculant dans le système de cllauffage central lorsque la cheminee est en utilisation.
L'idee d'incorporer un chauffe-eau à une cheminée de type conventlonnel est connue depuis de très nomb~euses années. A titre d'exemple, on peut citer les brevets des Etats-Unis ~.025.0~3 (CLEER), 4.131.231 (CLEER~, 4.139.152 (KRONBERGER) et 4.191.163 ~BALLARD) qui décrivent chacun une cheminee dont le corps du foyer est barde d'une serie de tuyaux pour chauffer de l'eau. On peut egalement citer le brevet des Etats-~nis no. 4~204.518 (SMITH) qui decrit une cheminee pourvue d'une cavite intérieure dans laquelle est placée une serie de tuyaux ou encore le brevet des Etats-Unis no~ 2.006.279 (BERRY) qui decrit une cheminee assoc:iee a un réservoir lui-même relie à un jeu de tuyauteries, pour chauffer de l'eau.
On peut enfin citer le brevet des Etats-Unis no. 4.153.199 (ELLMER) qui decrit une cheminee pourvue d'un echangeur de chaleur servant a rechauffer de l'eau domestique.
Si tous les systèmes decrits dans les brevets ci-dessus mentionnes présentent certains avantages en particulier dans la mesure Oa ils permettent de rec~uperer une partie de la chaleur degagee dans un foyer et ainsi de reduire la con-sommation d'energie de l'utilisateur, ils presentent toutefois egalement des lacunes importantes.
Ainsi, aucun des systèmes connus decrits dans les brevets ci-dessus mentionnes ne fait de distinction entre le simple chauffage de l'eau a usage domestique qui, en pratique, n'a pas besoin d'avoir une temperature superieure à 65C, et le chauffage de l'eau ou du fluide circulant dans un syst~me de chauffage central qui doit être porte à une température proche de l'ebullition pour être efficace.
A fortiori, aucun des systemes connus decxits dans les brevets ci~dessus mentionnes ne suggere d'utiliser de ~acon sélec-tlve la chaleur d'un foyer pour chauffer de l'eau domestique et l'eau d'un système de chauffage central a des temperatures differentes.
De plus, aucun des systèmes connus decrits dans les brevets ci-dessus mentionnes ne prevoie de moyens simples et inte~res pour pouvoir chauffer de la même manière de l'eau domestique ou l'eau du système de chauffage central lorsque la cheminee n'est pas utilisee. Tous les circuits et deriva-tions prevus pour ce faire dans les systèmes connus sont en effet relativement compliques et extrêmement encombrants.
Le premier objet de la presente invention est de fournir une cheminee avec chauffe-eau incorpores pour domicile pourvu d'un système de chauffage central, qui avanta~eusement ne presente pas les lacunes ci-dessus mentionnees.
Plus precisement, le premier objet de la presente invention est de fournir une cheminee avec chauffe-eau in-corpores qui permet de chauffer à la fois de l'eau domestique et l'eau d'un systeme de chau~fage central de fason indepen-dante et ~ des temperatures d'utilisation differentes.
Un autre objet de la presente invention est de fournir une cheminee avec chauffe-eau incorpores dont la structure peut être utilisee pour chauffer l'eau domestique ainsi que l'eau du système de chauffage central même lorsque la cheminee n'est pas en operation, en l'associant de facon très simple à
un systeme de chauffage e~terne qui peut être electrique, à
l'huile, à gaz ou même solaireO
La cheminee avec chauffe-eau incorpores selon l'invention est caracterisee en ce qu'elle comprend:
'~-`,?. 2 a) un foyer incluant une chambre de combustion et un tuyau d1échappement pour les gaz et f~lmees;
b) un premier reservoir d'eau forme à même les parois latérales et le fond de la chambre de combustion; et c) un second reservoir d'eau Eorme à meme le dessus de la chambre de combustion tout autour du -tuyau d'echappement.
Le premier reservoir qui a de preference la forme d'un U dont les deux branches et le fond definissent respec-tivement les deux parois et le fond de la chambre de combustion, est relie à une source d'alimentation en eau froide domestique et est pourvu d'une sortie. Ce premiex reservoir sert exclusi-vement au chauffage de l'eau domestique lorsque la cheminee est en utilisation.
Le second réservoir qui a de preference la forme d'une hotte pyramidale, est monte en serie dans le circuit clleau du système de chauffage central du domicile et sert ex-clusivement au chauffage de l'eau circulant dans le système de chauffage central lorsque la cheminee est en utilisation.
De par sa position inférieure, le premier réservoir permet de recupérer suffisamment de chaleur de la chambre de combustion pour chauffer l'eau domestique A une température adequate sans pour autant systematiquement surchauffer celle-ci comme c'est le cas dans les systèmes connus. Par contre, le second reser~oir qui est dispose au-dessus de la chambre de combustion et qui, de par sa position, recupère toute la chaleur montante, permet de surchauffer l'eau circulant dans le s~s-teme de chauffage central et ainsi assurer a ce dernier une parfaite efficacité.
Selon un mode de réalisation préféré de l!invention, le second réservoir d'eau est équipé d'un réservoir récupera-teur supplementaire en forme d'octaèdre, dispose au centxe de la hotte entre la chambre de combustion et le tuyau d'echap-5 ~
pement. Ce réservoir supplemen-taire qui est maintenu et relie ~ la hotte par un premier tuyau horizontal au niveau de sa partie centrale e~ un deux.ième horizontal au niveau de sa partie superieure, aide a recuperer au maximum la chaleur montant depuis de la chambre de combustion et ainsi ~ sur-chauffer lleau du sys-teme de chauffaye central.
Avantageusement les premier et second reservoirs de la cheminee selon l'invention sont connectes en permanence à
leur circuit d'eau respectif, ce qui bien entendu simplifie considérablement l'agencement des circuits d'eau du domicile dans lequel la cheminée est installée.
Pour permettre le chauffage de l'eau Eroide de la maison même lorsque la cheminée n'est pas utilisée comme par exemple en été, le premier réservoir d'eau peut être pourvu d'une dérivation extérieure associée à un système de chauffage solaire conventionnel, ou bien les premier et second reservoirs peuvent être chacun pourvusd'une dérivation associée à un système de chauffe-eau électrique, a ~az ou à huile de type conventionnel. Plus simplement encore, les premier et second reservoirs peuvent chacun incorporer des éléments chauffants electri~ues pour assurer le chauffage de l'eau domestique ainsi que de l'eau circulant dans le système de chauffage central m~me lorsque la cheminee n'est pas utilisee. Dans ce dernier cas, l'utilisation d'une cheminée selon l'invention rend inutile l'utilisation d'un chauffe-eau domestique ou d'une chaudière pour système de chauffage central qui, comme chacun sait, en-combre de fa~on substantielle les sous-sols.
Selon encore un autre mode de realisation préfére de l'invention, le premier réservoir peut être équipé d'un 30. serpentin dont les extrémités sont montées en derivation sur le circuit d'eau du système de chauffage central du domicile en amont du second réservoir au moyens de deux valves obtura-Jl ~ 5 ~
bles. Gr~ce a ces valves, ce serpentin peut être relie aucircuit d'eau du systeme de chauffage central de façon ~
allonger le parcourt de celui-ci et ainsi assurer un préchauf-fage de l'eau de chauffage au sein du premier réser~oir avant qu'elle n'entre dans le second réservoir.
L'invention ainsi que ses avantages seront mieux compris à la lecture de 1~ description ~ui va suivre de plu-` sieurs modes de realisation preferes, faite en réference aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente une vue générale de face d'un premier mode de realisation de cheminee selon l'invention;
- la figure 2 represente une vue en perspective eclatee de la cheminee illustree sur la figure l;
- la figure 3 represente une vue en perspective eclatee du dessus d'un second mode de realisation de cheminee selon l'invention;
- la figure 4 représente une cheminee selon l'inven-tion pourvue d'une derivation associee a un systeme de chauffe-eau à gaz;
- la figure 5 represente une cheminee selon l'in-ventlon pourvue d'une derivation associee à un système de chauffage solaire;
- la figure 6 représente une vue en perspective d'une porte utilisable sur une cheminee selon l'invention;
- la figure 7 represente une vue en perspective des moyens utilises pour assurer la fermeture et l'etancheité
de la porte illustree sur la figure 6; et - la figure 8 represente une vue generale de face d'un troisième mode de réalisation de cheminee selon l'invention.
La cheminee avec chaufe-eau l illustree sur les figures 1 et 2 comprend, comme toute cheminee, un vaste foyer central F incluant une chambre de combustion. Cette chambre 11S~1~3 de combustion presente un sol 2 fait en briques ~ feu d'une epaisseur comprise entre 3/4" et 11/4" qui sont jointees ~
l'aide d'un ciment ~ feu. La chambre de combustion comprend egalement un fond 3 et deux parois laterales 3'.
Selon l'invention, le fond 3 et les parois laterales 3' de la chambre de combustion du foyer F sont constitués par les parois d'un premier reservoir d'eau Rl ayant une section horizontale en forme de U et une hauteur sensiblement egale a la hauteur du foyer F. Les parois interieures 3 et 3' du premier reservoir Rl definissent ensemble la chambre de com-bustion du foyer F. Ces parois interieures ainsi ~ue les parois exterieures, le dessus, et le fond du reservoir R
sont ... ..
~1S~13 de p~eférence faits de plaques d'ac:ier inoxydable de 1/8"
d'épaisseur soudees les unes aux au-tres de façon con~ention-nelle.
Le premier reservoir Rl est destine à recevoir de l'eau domest~que et permettre un chauffacJe de cette derni~re lorsque la cheminee est en utilisation, c'est-à-dire lorsque du bois ou du charbon sont brûlés dans la chambre de combustion du foyer F. Pour ce faire t le réservoir Rl est relié à une source d'alimentation en eau froide domestique par un tuyau pourvu d'un regulateur de pression 15 . Le reservoir Rl est egalement relie aux circuits d'alimentation en eau chaude du domicile dans lequel la cheminée est installee par un tuyau de sortie 10 pourvue d'une soupape de securite 16 . Pour des raisons de securite bien évidentes, le reservoir Rl est enfin pourvu d'un cadran 12 permettant de verifier la tempe-rature ainsi que la pression de l'eau qu'il contient.
Tel qu'illustre sur la figure 1, les tuyaux d'entree S et de sortie 6 sont respectivement disposes dans les par-ties inférieure et superieure du réservoir Rl de façon à obliger lleau domestique à suivre un mouvement de bas vers le haut.
~fin d'assurer une parfaite distribution de l'eau à l'interieur du reservoir Rl et augmenter le chauffage de celle-ci au con-tact des parois 3 et ~' , les tuyaux d'entree 5 et de sortie 6 seront de preférence disposés à l'opposer l'un de l'autre de chaque cote du reservoir Rl, tel que par exemple en bas à gauche et en haut à droite du reservoir, respectivement (voir Fig. 2). Si une telle disposition n'est pas possible on pourra utiliser des panneaux deflecteurs (non illustres) a l'interieur du réservoir Rl,pour allonger la distance à par-courir de l'eau au sein du réservoir.
La chambre de combustion du foyer F est bien entenduepourvue d'un tuyau d'échappement 10 pour les gaz et les fumées L ~ 3 de~ages lors cle la combust ion. Ce tuyau lO peut pour~u d'un volet d'un mé-tal l.l pour contrôler l'echappement de la fumee e-t ainsi régler à volonte la combustion au sein du foyer F.
La chambre de combustion du foyer F peut également être pourvue, : bien que cela ne soit pas une obligation, d'une prise d'air exteri.eur 8 , en particulier pour eviter que l'air chaud à
~'interieur de la maison ne s'echappe par le tuyau 10 . Avan-tageusement, la prise d'air exterieur 8 peut être pourvue d'un volet motorise asservi a un thermostat 20 adequatement place dans la cheminee l de Eaçon a automatiquement détecter toute surchau~fe et agir en conséquence sur le volet 19 pour réduire l'entree d'air exterieur et ainsi ralentir la combus-tion.
En plus du premier reservoix R1, la cheminee comprend egalement un second reservoir R2 dont la paroi infe-rieure forme le dessus de la chambre de combustion du foyer F.
Ce second reservoir R2 est dispose tout autour du tuyau d'e-chappement 10 pour ne pas obturer celui-ci et a avantageu-sement la forme d'une hotte pyramidale telle qu'illustree sur les Figs. l, 2 e-t 3, pour ameliorer le tirage du foyer.
Ce second reservoir R2 est construit en plaques d'acier tout comme le reservoir Rl et est completement separe et independant de ce dernier sur lequel il repose.
Le second reservoir R2 est destine a être monte en serie dans le circuit d'eau d'un systeme de chauffage central de type conventionnel, pour remplacer la chaudiere electri~ue, à huile ou à gaz habituellement utilisee pour chauffer l'eau circulant dans ledit système de chauffage central.
Pour ce faire, le second reservoir R2 comprend une entree 5' reliee à la sortie de la pompe circulatrice 14 du système de chauffage central ainsi qu'une sortie 6' pour-vue d'un regulateur automatique d'air 17 conduisant vers les .. 7 1~5~13 radiateurs (non représentés) du domicile. Comme dans le cas du reservoir Rl, le reservoir R2 es-t pourvu d'un cadran 12' pour verifier la pression ainsi que la temperature de l'eau qu'il contient. Comme dans le cas dlune chaudière convention-nelle pour sys-tème de chauffage central~ une entree d'eau 13 associee a un re~ulateur de pression est prevue au niveau du tuyau 5' pour automatiquement compenser toute perte de li-quide et eviter que le circuit ne se desamorce. De même, une chambre d'expansion 18 et une soupape de securite 16' reliees à un drain 24 sont prevues en aval du reservoir R2. Ces ele-ments et leur utilite ne seront pas decrits plus en details puisqu' il5 sont conventionnels a tout syteme de chauffage cen-tral.
Comme dans le cas du reservoir Rl, l'entree 5' du reservoir R2 ainsi que sa sortie 6' son~ disposees de facon a ce que l'eau du système du chauffage central circule de bas en haut selon le plus long trajet possible. Là encore, un disposition adequate des tuyaux d'entree ou de sortie ou des panneaux deflecteurs (non illustres) pourront être utilises pour augmenter le parcours de l'eau.
A~ln de proteger les parois des reservoirs Rl et R2 en contact direct avec la chambre de combustion~ on peut pre-voir un recouvrement d'amiante (non illustre). De même, afin de reduire au maximum les pertes calorifiques des reservoirs Rl et R2, on peut prevoir une couche de materiaux isolants 7 sur toutes les parois externes de la cheminee l .
Afin d'ameliorer la rigidite des reservoirs Rl et R2 et les renforcer contre la pression de l'eau domestique ou de l'eau du circuit du système du chau~fage central qu'ils contiennent, une pluralite de tiges de renforcement 4 est utilisee. Chaque tige 4 est soudee en travers du reservoir Rl ou R2 depuis la paroi interieure jusqu'à la paroi exte-ii,.:~
115~113 rieure de chacun de ceux-ci pour solidement maintenir ces deu~ parois ~ distance constante et éviter qu'elle ne s'écarte même si la pression est relativement elevee à l'interieur du réservoir. AvantacJeusement, chaque tige a un diamètre de l'ordre de 1/2" et est disposee à environ 6" de ses voisines.
En opéra-tion, dès que le foyer F est utilisé et que du bois ou du charbon sont brulés dans la chambre de com-bustion, la chaleur qui se dégage vient par convexion et ra-diation chauffer les parois 3 et 3' du premier reservoir Rl et par consequent l'eau domestique qui l'alimente. La chaleur vient egalement chauffer la paroi inférieure du second reservoir R2 et chauffer l'eau du système de chauffage central ~ui y circule. La chaleur ayant naturellement tendance ~
monter, le reservoir R2 entourant le tuy~u d'echappement 10 est beaucoup plus chauffé que le premier réservoir Rl. Les essais réalises sur une cheminee de ce type par les inventeurs ont permis de constater que le reservoir Rl agissait comme un chauffe-eau pour l'eau domestique et, en fonctionnement normal, assurait un chauffage de cette dernière à une tempe-rature de l'ordre de 65C, ce qui amplement suffisant~ Parcontre, l'eau circulant à l'interieur du second reservoir R2 est chauffe à une température proche de l'ébullltion, ce que la encore est particulièrement satisfaisant pour une utili-sation par un système de chauffage central. Ces mêmes expe riences ont permis de constater de façon surprenante qu'une cheminée de ce type amenagée dans le sous-sol d'une maison unifamiliale était amplement suffisante pour satisfaire à
tous les besoins de cette maison en eau chaude domestique ou en eau de chauffage. Ce résultat ne pouvait absolument pas être prévu aux vues des systèmes anterieurs connus qui n'en-visagent tout que le seul chauffage d'eau domestique à des températures bien superieures aux besoins.
Afin d'assurer une perma~ence du système même lorsque le foyer n'est pas en utilisa-tion, on peu-t avantageusement prevoir une pluralite d'elements chauffants electriques 9 et 9' dans chacun des reservoirs R1 et R2 pour assurer un chauffage de l'eau domestique ainsi que cle l'eau circulant dans le système de chauffage central même lorsque la cheminee n'est pas utilisee. Dans ce cas, il est bien entendu necessaire de prevoir deux aquastats independants 25 et 25'. associes à
chacun des elements 9 et 9' pour brancher ces derniers des que la temperature tombe en-dessous d'une temperature prede-terminee d'utilisation au sein des reservoirs Rl et R2. Cet arrangement electrique qui est extrêmement conventionnel et se rencontre dans tous les chauffe-eau electriques et ne sera pas decrit davantage.
Selon une varian-te de realisation, la cheminee precedemment decrite peut être avantageusement pourvue d'un reservoir recupérateur supplementaire 23 directement associe au second reservoir ~2 pour ameliorer encore le chau~fage de l'eau circulant dans le s~stème de chauffage central.
Tel quiillustre sur la figure 3, le reservoir re-cuperateur supplementaire 23 a la forme d'un octaèdre et est dispose en plein centre de la hotte entre la chambre de combustion du foyer F et le tuyau d'echappement 10 . De par sa position, ce reservoir recuperateur 23 reçoit donc direc- -tement la chaleur qui s'elève depuis la chambre de combustion tout en obligeant les fumees et les gaz à le contourner pour atteindre le tuyau d'echappement 10 . Ce reservoir recupe-rateur 23 est maintenu et relie au second reservoir R2 par un premier tuyau horizontal 22 qui s'etend en travers de la cheminee sensiblement dans le plan central de l'octaedre chaque.
côte de celui-ci, ainsi que par un second tuyau horizontal 21 qui s'etend horizontalement vers l'arrière depuis le sommet 1 0 - :
, .
~ ~5~ ^13 de l'octa~dre. Aucun moyen n'est prevu pour assurer la cir-culation de l'eau depuis le reservoir R2 jusque dans le reservoir récuperateur 23 et reciproquement, puisque cette circula-tion s'eEfectue naturellemen-t grace aux courants de convexion qui se forment lorsque l'oc-taèdre est chauffe, l'eau plus froide entrant par les tuyaux 22 et au Eur et à mesure qu'elle s'echauEfe montant vers lesommet de l'octaèdre pour s'echapper par le tuyau de raccord 21 .
Les experiences effectuees par les inventeurs ont permis de demontrer que l'utilisation d'un reservoir recupe-rateur 23 d'une capacite d'environ 16 litres permettait dia-meliorer substantiellement l'efficacite de chauffage du second reservoir ~2 compte tenu de sa position juste au dessus de la chambre de combustion.
Tel que precedemment indique, on peut prevoir une porte pour complètement fermer le foyer et eviter que l'air chaud à l'interieur du domicile ne s'echappe, lorsqu'une prise d'air exterieur 8 est utilise.
Dans ce cas, on utilise de pre~erence une porte à
double battant telle qu'illustree sur les figures 6 et 7, dont les panneaux 30 sont de préférence realises en verre trempe pour permettre d'observer le feu. Le châssis de chaque battant de porte peut être realise à l'aide de fer-angles 2~
tel qu'illustre sur la Eigure 7 monte à même les parois late-rales 3 & 3' de la chambre de combustion à l'aide de gonds 34 . Une pièce de fermeture 31 associee à une manette de fermeture 32 ainsi qu'un coussin d'etancheite en fibre d'a-miante 29 sont prevus sur l'un ou l'autre des battants ainsi qu'eventuellement tout autour de ceux-ci pour assurer une bonne fermeture et une parfaite etanchei-te du tout une fois ferme.
Avantageusement, une grille 35 monte sur un pivot 33 peut être prevue au sein de la chambre de combustion pour ceux qui aiment utiliser leur foyer pour faire des yrillades ou barbecues.
On a decrit precedemment que pour assurer une per-manence du chauffage meme lorsque le foyer n'est pas utilisé, on peut incorporer aux reservoirs Rl et R2 des elements chauf-fants electriques. Cette solution est bien entendu très in-teressante d'un point de vue espace puisque, les 1ements electriques 9 et 9' etant disposes a l'interieur des reservoirs de la cheminee 1, les dimensions de cette derniere ne sont aucunement modifiees. Cette solution n'est cependant pas unique et l'on peut prevoir d'autres arrangements permettant d'assurer une permanence du chauffage de l'eau domestique et/ou de l'eau du système de chauffage central, qui ne soit pas exclusivement electrique. Ainsi, on peut prévoir d'associer en derivation exterieure à la cheminée 1 soit un syst~me de chauffage solaire, soit un systeme de chauf~e-eau à l'huile ou à gaz de type con-ventionnel.
I.a figure 4 illustre a ti-tre d'exemple non limitati~
la façon dont on peut associer la cheminee 1 à un syst~me ex-terieur au chauffage au gaz.
Ce système exterieur de.chauffage comprend.une envelope 3~ comprenant dans sa partie lnferieure un bruleur a gaz 42 dispose dans une chambre 43 et dans sa partie superieure un reservoir en eau domes-tique 45. Le brûleur à gaz 42 est alimente par un regulateur 3g qui est lui-même contrôle par un thermostat 4~. Des gaz chauds degagespar le brûleur 42 non seulement chauf-fent le fond du reservoir en eau domestique 45 mais egalement les parois de celui-ci au sein de l'enveloppe 38 avant d'at-teindre un tuyau d'echappement 44 relie au tuyau d'echappement 10 de la cheminee 1. Le reservoir en eau domestique 49 est relie au tuyau d'entree et de sortie d'eau domestique 5 et 6 du reservoir Rl de la cheminee 1 à l'aide de valves en T 47 et ~12-~8. 115~3 Lorsque la cheminée 1 est en utilisation, les valves 47 et 48 sont tournees de fason à ne relier les entrees-5 et sorties 6 en eau domestique qu'au reservoir R1 exclusivement.
Lorsque :La cheminee 1 nlest pas en utilisation, les valves 47 et 48 sont alors tournees de façon à ne relier les entree 5 et sortie 6 en eau domestique qu'au chauffe-eau à gaz ex-clusivement. Cette deriva-ti.on des entree 5 et sortie 6 per-mettent avantageusement à l'utilisateur de relier son circuit 10 de distribution en eau domestique de sa cheminee 1 a son chauffe-eau à gaz et reciproquement à chaque fois que cela est neces-saire.
Afi.n d'assurer egalement un chauffage de.l'eau cir-culant dans le système de chauffage central, on peut prevolr un serpentin 46 à l'interieur du reservoir 45 en eau domestique chauffe par le brûleur a gaz 42. L'entrée du serpentin est montee en derivation-sur l'entrée 5' en eau de chauffage du.
reservoir R2 de la cheminee 1 à l'aide d'une valve en T 47' alors ~ue la sortie de ce meme serpentin est montee en de-rivation sur la sortie 6' en eau de chauffage du reservoir ~2 de la cheminee 1 à l'aide d'une valve en T 48'. Comme pre-cedemment, lorsque la cheminee 1 n'est-pas utilisee, on peut deriver ~ l'aide des valves 47' et 48'1~s entree et sortie 5' et 6' du système de chauffage central sur le serpentin 46 et ainsi assurer une continuite du système de chauffage central de la meme fa~on qu'on assure une continuite du système.de chauffage de l.'eau domestique.
Dans l'un et l'autre cas, le passage d'un système à un autre se fait simple derivation.
De la meme façon que l'on peut monter en deriva-tion un chauffe-eau à gaz ou à huile sur la cheminee 1, on peut monter un système de chauffage solaire tel qu'illustre . ~ .
~15~ 3 sur la fi~ure 5.
Dans ce cas, l'on montre en derlvation l'entree 5 et la sortie 6 en eau domestique du reservoir Rl a l'aide de valves en T 50 et 60 sur un serpentin 55 disposé au sein d'un réservoir 54 rempli de fluidecalopor-teur. Ce réservoir 5~ est lui-même relie via une pompe circulatrice 52 associee à un thermostat 53 a un ou plusieurs panneaux solaires 51 adequatement disposes. En opération, le liquide caloporteur - circulant a l'aide de la pompe 52 dans les panneaux solaires 51 chauffe le serpentin 55, au sein du réservoir 54 ce qui assure alors un chauffage de l'eau domestique a la place du - reservoir Rl lorsque la cheminée 1 n'est pas utilisée. Ce dispositif peut notamment être utilise en ete puisque c'est à cette periode de l'année o~ l'on ne fait habituellement pas de flambée o~, de plus, les journées ensoleillées sont les plus longues.
Selon encore une autre variante de realisation de ]'invention illustrée en détail sur la figure 8, la cheminée 1 précédemment decrite peut etre avantageusement pourvue d'un serpentin 65 place à l'interieur du premier reservoir R~.
Les extremites 63 et 67 de ce serpentin 65 sont montées en dérivation sur l'entrée 5' du réservoir R2 au moyen de valves 61 et 69 respectivement. Ces valves 61 et 69 sont placées de façon a ce que le serpentin 65 soit mon-te en dérivation par rapport a l'entrée du circuit du systeme de chauffage central du domicile juste en amont du ~econd réservoir R2.
Comme on peut facilement le comprendre, en ouvrant la valve 61 et en tournant la valve 69 de façon a ce que la sortie 67 du serpentin 65 soit reliee à l'en-tree 5' du second reservoir R2, on peut allonger le parcours du circuit d'eau du systeme de chauffage central et obliger l'eau de chau~fage circulant dans ce circuit a passer a travers le serpentin 65 avant d'entrer dans le second reservoir R2. Cette modifica-tion du parcours du circui.t d'eau du systeme de chauffage central permet avantageusemen-t d'assurer un prechau~fage de l'eau de chauffage au sein du premier réservoir Rl avant qu'elle n'entre dans le second reservoir R2.
Il est bien évident que lorsque ce prechau~fage n'est pas nécessaire, on peut opérer les valves 61 et 69 de façon à ce que l'eau circulant dans le système de chauffage central entre directement dans le second réservoir R2 du système de chau~fage central.
Tel qu'illustré également sur la figure 8, on peut egalement prévoir un sernentin 73 dispose à
l'interieur du second reservoir R2 pour eviter d'utiliser un reservoir e~terieur 54 tel qu'illustré sur la figure 5 lorsque la cheminée est combinee à un systeme de chauffage solaire.
Dans ce cas, le fluide caloporteur chauffé par les panneaux solaires 51 entre par l'entree 71 dans le serpentin 73 et ressort par la sorti.e 75. E~ uti].isant alors un raccord 81 relié a la pompe du circuit du système de chauffage central, on peut faire circuler l'eau réchauffée au sein du second réservoir R2 dans le serpentin 65 placé dans le premier reservoir Rl et ainsi assurer un chauffage de l'eau domestique, le second réservoir R2 ainsi que le serpentin 65 jouant le rôle du réservoir ~4 et du serpentin illustré sur la figure 5.
sien entendu, divers autres arrangements de type connu pourraient être utilisés indifféremment en combinaison avec la cheminée 1 sans pour autant sortir du cadre de la pr~sente invention qui n'est limitée que par les revendications qui suivent.
~ 15 - ~ l S ~
The present invention relates to a chimney perfect for home provided with a heating system ~ age central, which advantageously incorporates two water heaters allowing heating ~ iron-independent of water, domestic as well as water flowing through the central flushing system when the fireplace is in use.
The idea of incorporating a water heater into a fireplace conventional type has been known for many times years. By way of example, mention may be made of the patents of United States ~ .025.0 ~ 3 (CLEER), 4.131.231 (CLEER ~, 4.139.152 (KRONBERGER) and 4,191,163 ~ BALLARD) which each describe a chimney whose body of the hearth is clad with a series of pipes to heat water. We can also cite the patent of the United States no. 4 ~ 204.518 (SMITH) which describes a chimney provided with an interior cavity in which is placed a pipe series or United States Patent No ~ 2,006,279 (BERRY) who describes a chimney associated: iee with a tank itself even connects to a set of pipes, to heat water.
Finally, mention may be made of United States patent no. 4,153,199 (ELLMER) which describes a chimney provided with a heat exchanger heat used to heat domestic water.
If all the systems described in the above patents above mentioned have certain advantages in particular to the extent Oa they make it possible to recover part of the heat given off in a fireplace and thus reduce the energy summation of the user, they present however also significant gaps.
Thus, none of the known systems described in the above mentioned patents does not distinguish between the simple heating of water for domestic use which, in practice, does not need to have a temperature higher than 65C, and heating the water or the fluid circulating in a system central heating which must be brought to a temperature close to boiling point to be effective.
A fortiori, none of the known systems decxits in the above mentioned patents do not suggest using ~ acon selects the heat of a fireplace to heat water domestic and central heating water has different temperatures.
Furthermore, none of the known systems described in the above mentioned patents provides for simple means and inte ~ res to be able to heat water in the same way domestic or central heating system water when the fireplace is not used. All circuits and deriva-tions intended to do this in known systems are in relatively complicated and extremely bulky effect.
The first object of the present invention is to provide a fireplace with incorporated water heaters for home provided with a central heating system, which advantageously does not have the above-mentioned shortcomings.
More precisely, the first object of the present invention is to provide a fireplace with a water heater bodies that can heat both domestic water and water from a central heating system independently and different temperatures of use.
Another object of the present invention is to provide a fireplace with built-in water heaters whose structure can be used to heat domestic water as well as water from the central heating system even when the fireplace is not in operation, by associating it in a very simple way with an e ~ dern heating system which can be electric, oil, gas or even solar O
The fireplace with built-in water heaters according to the invention is characterized in that it comprises:
'~ -`,?. 2 a) a fireplace including a combustion chamber and a exhaust pipe for gases and f ~ lmees;
b) a first water reservoir forms on the walls side and the bottom of the combustion chamber; and c) a second Eorme water tank on top of the combustion chamber all around the exhaust pipe.
The first tank which preferably has the form of a U whose two branches and the bottom define respec-the two walls and the bottom of the combustion chamber, is connected to a domestic cold water supply and is provided with an outlet. This premiex tank is used exclusively heating domestic water when the chimney is in use.
The second tank which preferably has the form of a pyramid hood, is mounted in series in the circuit of the central heating system of the home and serves ex-clusively heating the water circulating in the system central heating when the fireplace is in use.
By its lower position, the first tank allows to recover enough heat from the combustion to heat domestic water to a temperature adequate without systematically overheating it as is the case in known systems. However, the second reser ~ oir which is located above the room combustion and which, by its position, recovers all the heat rising, allows superheating the water circulating in the s ~ s-central heating system and thus provide the latter with perfect efficiency.
According to a preferred embodiment of the invention, the second water tank is equipped with a tank to recover additional octahedron-shaped, centrally arranged hood between the combustion chamber and the exhaust pipe 5 ~
pement. This additional tank which is maintained and connects ~ the hood by a first horizontal pipe at the level of its central part e ~ a second horizontal at the level of its upper part, helps to recover heat as much as possible amount from the combustion chamber and so ~ on-heat the water in the central heating system.
Advantageously, the first and second reservoirs of the chimney according to the invention are permanently connected to their respective water circuit, which of course simplifies considerably the layout of the home's water circuits in which the chimney is installed.
To allow the heating of the cold water of the house even when the chimney is not used as by example in summer, the first water tank can be provided an external bypass associated with a heating system conventional solar, or the first and second tanks can each be provided with a derivation associated with a electric, a ~ az or oil type water heater system conventional. Even more simply, the first and second tanks can each incorporate heating elements electri ~ ues for heating domestic water as well only water circulating in the central heating system even when the fireplace is not in use. In this last case, the use of a chimney according to the invention makes unnecessary use of a domestic water heater or boiler for central heating system which, as everyone knows, substantial comber on the basements.
According to yet another preferred embodiment of the invention, the first tank can be equipped with a 30. coil whose ends are mounted in derivation on the water circuit of the central heating system of the home upstream of the second tank by means of two shut-off valves Jl ~ 5 ~
wheat. Gr ~ ce these valves, this coil can be connected to the water circuit of the central heating system so ~
lengthen the course of it and thus ensure a preheating heating water fage within the first tank ~ oir before that it does not enter the second tank.
The invention and its advantages will be better understood from reading 1 ~ description ~ which will follow more `several preferred embodiments, made with reference to annexed drawings in which:
- Figure 1 shows a general front view a first embodiment of the chimney according to the invention;
- Figure 2 shows a perspective view exploded view of the chimney illustrated in figure l;
- Figure 3 shows a perspective view exploded from above of a second embodiment of the chimney according to the invention;
- Figure 4 shows a chimney according to the invention-tion provided with a derivation associated with a system of gas water heaters;
- Figure 5 shows a chimney according to the ventlon provided with a derivation associated with a system of solar heating;
- Figure 6 shows a perspective view of a door usable on a fireplace according to the invention;
- Figure 7 shows a perspective view means used to ensure closing and sealing of the door illustrated in FIG. 6; and - Figure 8 shows a general front view of a third embodiment of chimney according to the invention.
The fireplace with water heater illustrated on the figures 1 and 2 includes, like any chimney, a vast hearth central F including a combustion chamber. This room 11S ~ 1 ~ 3 of combustion presents a ground 2 made of bricks ~ fire of a thickness between 3/4 "and 11/4" which are attached ~
using a fire cement. The combustion chamber includes also a bottom 3 and two side walls 3 '.
According to the invention, the bottom 3 and the side walls 3 'of the combustion chamber of the hearth F are constituted by the walls of a first water tank Rl having a section U-shaped horizontal and a substantially equal height at the height of the hearth F. The interior walls 3 and 3 'of the first tank Rl together define the chamber bustion of the hearth F. These interior walls thus ~ ue them exterior walls, top, and bottom of tank R
are ... ..
~ 1S ~ 13 preferably made of 1/8 "stainless steel plates thick welded to each other so con ~ ention-nelle.
The first tank Rl is intended to receive from domestic water and allow heating of the latter when the fireplace is in use, i.e. when wood or charcoal is burned in the combustion chamber of the hearth F. To do this t the reservoir Rl is connected to a domestic cold water supply by pipe provided with a pressure regulator 15. The Rl reservoir is also connected to the hot water supply circuits of the home in which the chimney is installed by a pipe outlet 10 provided with a safety valve 16. For for obvious safety reasons, the Rl tank is finally provided with a dial 12 making it possible to check the temperature as well as the pressure of the water it contains.
As shown in Figure 1, the inlet pipes S and outlet 6 are respectively arranged in the par-lower and upper ties of the tank Rl so as to oblige Domestic water to follow a movement from bottom to top.
~ end to ensure a perfect distribution of water inside of the reservoir Rl and increase the heating thereof tact of the walls 3 and ~ ', the inlet pipes 5 and exit 6 will preferably be willing to oppose one of the other on each side of the reservoir Rl, such as for example in bottom left and top right of the tank, respectively (see Fig. 2). If such a provision is not possible, may use deflector panels (not illustrated) a inside the tank Rl, to extend the distance from run water through the tank.
The combustion chamber of the hearth F is clearly understood provided with an exhaust pipe 10 for gases and fumes L ~ 3 of ~ ages during combustion. This lO pipe can for ~ u of shutter of a metal ll to control the escape of smoke and thus regulate at will the combustion within the hearth F.
The combustion chamber of the hearth F can also be provided, : although this is not an obligation, an air intake exteri.eur 8, in particular to prevent hot air from ~ 'interior of the house does not escape by the pipe 10. Avan-tagging, the outside air intake 8 can be provided a motorized shutter slaved to a thermostat 20 adequately place in the chimney of Eaçon to automatically detect all overheated and act accordingly on component 19 to reduce the outside air intake and thus slow down the combustion tion.
In addition to the first reservoix R1, the chimney also includes a second reservoir R2 whose lower wall superior forms the top of the combustion chamber of hearth F.
This second R2 tank is placed all around the e-exhaust 10 so as not to block it and has advantageously probably the shape of a pyramid hood as illustrated in Figs. l, 2 and 3, to improve the draft of the fireplace.
This second R2 tank is constructed of steel plates all like the Rl tank and is completely separate and independent of the latter on which it is based.
The second R2 tank is intended to be mounted in series in the water circuit of a central heating system conventional type, to replace the electric boiler ~ ue, oil or gas usually used to heat water circulating in said central heating system.
To do this, the second reservoir R2 includes a inlet 5 'connected to the outlet of the circulating pump 14 central heating system and a 6 'outlet for view of an automatic air regulator 17 leading to the .. 7 1 ~ 5 ~ 13 radiators (not shown) in the home. As in the case of the reservoir Rl, the reservoir R2 is provided with a dial 12 ' to check the pressure and the temperature of the water it contains. As in the case of a conventional boiler nelle for central heating system ~ a water inlet 13 associated with a pressure reducer is provided at the level of the 5 'hose to automatically compensate for any loss of li-and prevent the circuit from defusing. Similarly, a expansion chamber 18 and a 16 'safety valve connected to a drain 24 are provided downstream of the reservoir R2. These ele-their usefulness will not be described in more detail since they are conventional to any central heating system tral.
As in the case of the Rl reservoir, the 5 'inlet of the R2 tank and its 6 'outlet are ~ arranged the water from the central heating system is flowing from below up the longest possible route. Again, a adequate arrangement of inlet or outlet pipes or deflector panels (not illustrated) may be used to increase the water course.
To protect the walls of reservoirs Rl and R2 in direct contact with the combustion chamber ~ we can pre-see an asbestos cover (not shown). Likewise, so minimize heat losses from tanks Rl and R2, we can foresee a layer of insulating materials 7 on all the external walls of the chimney l.
In order to improve the rigidity of the Rl and R2 and reinforce them against domestic water pressure or water from the central heating system circuit they contain, a plurality of reinforcing rods 4 is used. Each rod 4 is welded across the reservoir Rl or R2 from the inside wall to the outside wall ii,.: ~
115 ~ 113 each of these to securely maintain these two ~ walls ~ constant distance and prevent it from deviating even if the pressure is relatively high inside the tank. Advantageously, each rod has a diameter of about 1/2 "and is located about 6" from its neighbors.
In operation, as soon as the F hearth is used and wood or charcoal is burnt in the firebox bustion, the heat given off comes by convection and ra-heating the walls 3 and 3 'of the first tank Rl and therefore the domestic water which supplies it. The heat also heats the bottom wall of the second R2 tank and heat the water of the central heating system ~ he circulates there. Heat tending naturally ~
mount, the reservoir R2 surrounding the exhaust pipe ~ u 10 is much more heated than the first tank Rl. The tests carried out on a chimney of this type by the inventors showed that the reservoir Rl acted as a water heater for domestic water and, in operation normal, provided heating of the latter to a tempe-erasure of the order of 65C, which is more than enough ~ Parcontre, the water circulating inside the second reservoir R2 is heated to a temperature close to boiling, which again is particularly satisfactory for use sation by a central heating system. These same expe surprisingly, chimney of this type fitted in the basement of a house single-family was more than enough to meet all the needs of this house for domestic hot water or in heating water. This result absolutely could not be provided for in view of known prior systems which do not face everything that the only domestic water heating to temperatures much higher than necessary.
To ensure system perma ~ ence even when the hearth is not in use, we can advantageously provide a plurality of electric heating elements 9 and 9 'in each of the R1 and R2 tanks to ensure domestic water heating as well as the water circulating in the central heating system even when the fireplace is not not used. In this case, it is of course necessary to provide two independent aquastats 25 and 25 '. associated with each of elements 9 and 9 'to connect these that the temperature falls below a predefined temperature end of use in Rl and R2 tanks. This electrical arrangement which is extremely conventional and occurs in all electric water heaters and will not be not described further.
According to a variant of realization, the chimney previously described can advantageously be provided with a additional recovery tank 23 directly associated to the second tank ~ 2 to further improve the heating ~ fage the water circulating in the central heating system.
As illustrated in FIG. 3, the reservoir additional cup 23 in the form of an octahedron and is located in the center of the hood between the combustion of hearth F and the exhaust pipe 10. By its position, this collecting tank 23 therefore receives direct -heat rising from the combustion chamber while forcing fumes and gases to bypass it to reach the exhaust pipe 10. This tank recuper-rator 23 is maintained and connected to the second reservoir R2 by a first horizontal pipe 22 which extends across the chimney appreciably in the central plane of the octahedron each.
side of it, as well as by a second horizontal pipe 21 which extends horizontally backwards from the top 1 0 -:
,.
~ ~ 5 ~ ^ 13 of octahedron. No means are provided to ensure the culation of water from tank R2 to the recovery tank 23 and vice versa, since this circulation circulates naturally thanks to the currents of convection that forms when the oc-tahedron is heated, the water colder entering pipes 22 and Eur and as let it heat up towards the top of the octahedron to escape through the connecting pipe 21.
The experiments carried out by the inventors have allowed to demonstrate that the use of a recuperated tank rator 23 with a capacity of about 16 liters allowed di-substantially improve the heating efficiency of the second tank ~ 2 given its position just above the combustion chamber.
As previously indicated, we can provide a door to completely close the fireplace and prevent air warm inside the home does not escape, when an outlet of outside air 8 is used.
In this case, we use pre ~ erence a door to double leaf as illustrated in FIGS. 6 and 7, whose panels 30 are preferably made of glass quenched to allow observation of the fire. The chassis of each door leaf can be made using iron angles 2 ~
as illustrated in Eigure 7 mounts directly on the late-3 & 3 'rails of the combustion chamber using hinges 34. A closing part 31 associated with a joystick closure 32 as well as a waterproofing cushion made of aluminum fiber miante 29 are provided on one or other of the leaves as well that possibly all around them to ensure good closure and a perfect seal at all once closed.
Advantageously, a grid 35 mounts on a pivot 33 can be provided within the combustion chamber for those who like to use their fireplace to make yrillades or barbecues.
It has been described above that to ensure a lack of heating even when the fireplace is not in use, it is possible to incorporate heating elements into the reservoirs Rl and R2 electric gloves. This solution is of course very inconvenient.
terrifying from a space point of view since, the elements electric 9 and 9 'being arranged inside the tanks of chimney 1, the dimensions of the latter are not in no way changed. This solution is not unique, however.
and other arrangements can be made to ensure permanent heating of domestic water and / or water of the central heating system, which is not exclusively electric. Thus, we can plan to associate in derivation outside the chimney 1 or a solar heating system, either a heating system ~ water-oil or gas type con optional.
Ia 4 illustrates a ti-be of non-limiting example ~
the way we can associate the chimney 1 to a system ~ me ex-prior to gas heating.
This exterior heating system includes an envelope 3 ~ comprising in its lower part a gas burner 42 has in a room 43 and in its upper part a domestic water tank 45. The gas burner 42 is supplied by a 3g regulator which is itself controlled by a thermostat 4 ~. Hot gases emitted by the burner 42 not only heating make the bottom of the domestic water tank 45 but also the walls thereof within the envelope 38 before reaching stain an exhaust pipe 44 connects to the exhaust pipe 10 of the chimney 1. The domestic water tank 49 is connects to the domestic water inlet and outlet pipe 5 and 6 of the tank Rl of the chimney 1 using T-valves 47 and ~ 12-~ 8. 115 ~ 3 When the chimney 1 is in use, the valves 47 and 48 are rotated so as not to connect inputs-5 and domestic water outlets 6 only to tank R1 exclusively.
When: Chimney 1 is not in use, the valves 47 and 48 are then rotated so as not to connect the inputs 5 and outlet 6 in domestic water than with gas water heater ex-clusively. This deriva-ti.on of input 5 and output 6 per-advantageously put the user to connect his circuit 10 for domestic water distribution from his chimney 1 to his heater gas water and vice versa whenever necessary to be.
Afi.n also provide heating of circulating water culant in the central heating system, one can prevolr a coil 46 inside the tank 45 in domestic water heated by the gas burner 42. The inlet of the coil is mounted bypass-on the 5 'inlet for heating water from the.
R2 tank of chimney 1 using a T valve 47 ' then ~ ue the output of this same coil is mounted below-rivation on the outlet 6 'in heating water from the tank ~ 2 of the chimney 1 using a T-valve 48 '. As pre-cedently, when the chimney 1 is not used, we can drift using valves 47 'and 48'1 ~ s inlet and outlet 5' and 6 ' of the central heating system on the coil 46 and so ensure continuity of the central heating system of the same way we ensure continuity of the heating system domestic water.
In either case, the passage of a system to another is simple derivation.
In the same way that one can go up in deriva-tion a gas or oil water heater on chimney 1, we can mount a solar heating system as shown . ~.
~ 15 ~ 3 on fi ~ ure 5.
In this case, the entry is shown below.
5 and the outlet 6 in domestic water from the reservoir Rl using T-valves 50 and 60 on a coil 55 arranged within of a reservoir 54 filled with fluid-calopor-tor. This tank 5 ~ is itself connected via a circulating pump 52 associated to a thermostat 53 has one or more solar panels 51 adequately arranged. In operation, the heat transfer liquid - circulating using the pump 52 in the solar panels 51 heats the coil 55, within the reservoir 54 which then provides domestic water heating instead of - Rl tank when the chimney 1 is not used. This device can in particular be used in summer since it is at this time of year when we don't usually do of outbreak o ~, moreover, the sunny days are the longer.
According to yet another alternative embodiment of ] 'invention illustrated in detail in Figure 8, the chimney 1 previously described can advantageously be provided with a coil 65 placed inside the first tank R ~.
The ends 63 and 67 of this coil 65 are mounted in bypass on the 5 'inlet of the R2 tank by means of valves 61 and 69 respectively. These valves 61 and 69 are placed so that the coil 65 is bypassed by relative to the input of the central heating system circuit from the home just upstream of the ~ R2 tank econd.
As you can easily understand, by opening the valve 61 and by turning the valve 69 so that the exit 67 of the coil 65 is connected to the in-tree 5 'of the second R2 tank, you can extend the route of the water circuit of the central heating system and oblige the heating water circulating in this circuit to pass through the coil 65 before entering the second reservoir R2. This modification tion of the route of the water circuit of the heating system central allows advantageously t to ensure a prehau ~ fage the heating water within the first tank Rl before that it does not enter the second reservoir R2.
It is obvious that when this prechau ~ fage is not necessary, valves 61 and 69 can be operated so that the water circulating in the heating system central enters directly into the second tank R2 of the central heating system.
As also shown in Figure 8, we can also foresee a sernentin 73 available at inside the second R2 tank to avoid using a reservoir e ~ terieur 54 as illustrated in FIG. 5 when the fireplace is combined with a solar heating system.
In this case, the heat transfer fluid heated by the panels solar 51 enters through the entry 71 in the coil 73 and comes out through the exit.e 75. E ~ uti] .isant then a fitting 81 connected to the central heating system circuit pump, we can circulate the heated water within the second R2 tank in the coil 65 placed in the first tank Rl and thus ensure heating of the domestic water, the second tank R2 as well as the coil 65 playing the role of the reservoir ~ 4 and of the coil illustrated in FIG. 5.
sien heard, various other type arrangements known could be used interchangeably with the chimney 1 without going beyond the framework of the present invention which is only limited by the claims that follow.
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