CA1244310A - Dispositif pour la recuperation de calories dans un foyer et procede pour sa realisation - Google Patents

Dispositif pour la recuperation de calories dans un foyer et procede pour sa realisation

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CA1244310A
CA1244310A CA000430589A CA430589A CA1244310A CA 1244310 A CA1244310 A CA 1244310A CA 000430589 A CA000430589 A CA 000430589A CA 430589 A CA430589 A CA 430589A CA 1244310 A CA1244310 A CA 1244310A
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Jean-Claude Gravier
Denis Gravier
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Abstract

ABREGE DESCRIPTIF L'invention a pour objet un dispositif récupérateur de chaleur dans un foyer à feu ouvert. Conformément à l'invention, l'avaloir est remplacé par un récupérateur constitué essentiellement de tubes d'échange thermique noyés dans un matériau accumulateur de chaleur d'où les calories sont extraites ultérieurement. Un procédé de réalisation est également revendiqué. Application : récupération de calories en vue d'un usage domes-tique.

Description

~4~3:~
La présente invention a pour objet un dispositif pour la récupération des calories dans un foyer a feu ouvert ou fermé, dispositif du type dans lequel les fumees et gaz d'évacu-ation traversent des tubes d'échange thermique.
S L'invention a également pour objet un procedé pour la réalisation d'un tel dispositif.
On a propose depuis quelques annees de multiples systèmes permettant la recuperation des calories dans les cheminées à foyer ouvert et, plus recemment, dans 1PS cheminees à foyer fe~mé.
Le dénominateur commun de tous ces dispositifs est de disposer dans le passage des fumées et gaz d'évacuation des batteries de tubes de toutes sortes, les surfaces d'échange thermique étant plus ou moins optimisées d'un dispositif ~
l'autre. De la même manière, on a fait varier à satiété les formes et positions relatives des tubes.
Les rendements obtenus par ces dispositifs restent cependant encore faibles et le chauffage n'est pas régulier.
La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients.
Conformement à l'invention, ce résultat est obtenu avec un dispositif du type décrit ci-dessus, caracterise en ce qu'il remplace l'avaloir de la cheminee et en ce que les tubes d'echange thermi~ue sont noyés dans un matériau formant accumu-lateur de chaleur.
On comprendra que l'accumulation réalisée dans le matériau accumulateur réalise un tampon thermique, ce qui permet une meilleure régularité de chauffe.
Le matériau accumulateur pourra être de tout type connu compatible avec l'application envisagee, par exemple un béton réfractaire ou tout autre matériau utilisant un liant. Il pourra être egalement composite.
Avantageusement, le dispositif sera réalisé directement sur chantier à partir d'un avaloir en métal for~ant caisson et comportant des tubes en orgues ~erticales ou inclinées sur l'horizontale et dans ce cas convergentes vers le centre de l'avaloir, le materiau accumulateur étant coulé directeme~t dans le caisson autour des tubes échangeurs.
Selon un autre mode de mise en oeuvre de ce procédé, les tubes seront remplaces par des réservations ménagées dans le :

~2~3iC~
materiau accumulateur au moment de son coulage, les réserva-tions etant retirees ultérieurement apres séchage du materiau refractaire.
Grâce à ce dispositif, la masse refractaire est chauffee par le passage des fumées dans les tubes. On obtient avec cette structure une surface d'échange considérable et bien répartie, ear on peut disposer autant de tubes que l'on désire.
Cet ensemble permet plusieurs heures de chauffage après extinction du foyer grace ~ l'accumulation. La chaleur accumulée peut être rejetée statiquement ou forcée par turbine.
Le rejet s'opère par exemple par des orifices supérieurs ou plus avantageusement par une multitude de canalisations traversant le matériau réEractaire et débouchant en partie supérieure sur un collecteur relié à l'exterieur du dispositif.
Dans cette realisation on réalise donc deux circuits :
- un circuit de tubes traversés par les fumées et reliés à un collecteur de fumées lui-même relié à la chemînée, ~ un circuit de canalisations dans lesquelles circule un fluide à réchauffer, par exemple de l'air, qui se réchauffe par extraction des calories accumulées, ce circuit débouchant sur un collecteur relié vers l'extérieur au réseau d'utilisation.
Avantageusement, l'air circulera dans les canalisa-tions par convection naturelle.
Le récupérateur de l'invention peut être disposé par exemple sur un foyer de forte épaisseur en béton réfractaire concu sur le même principe, c'est-à-dire dans lequel les jambages comportent des canalisations de circulation d'air, ou encore très avantageusement sur un foyer fermé.
` Le foyer est genéralement muni de canalisations peri- phériques de circulation d'air, la circulation s'opérant par convection naturelle, qui permet une première récupération de calories sur les parois laterales réfractaires du foyer avant que l'air ne parvienne au niveau du dispositif de l'invent-ion.
On peut également combiner en une seule unité le foyer fermé et le caisson-avaloir métallique dans lequel on coulera le materiau réfractaire. La pose d'un tel dispositif devient aisee, rapide et accessible au particulier.
Les avantages du dispositif selon l'invention sont en outre les suivants :
- excellente repartition de la chaleur dans le matériau ~2~31~
réfractaire grâce à l'avaloir perforé sur to~Jte 6a surface de b~se par les tubes échangeurs ;
- grande puissance de chauffe avec une bonne régula-tion du fait du ~ampon réalisé g~âce ~ l'accumulation ;
- amelioration du tirage du foyer grace à l'aspiration provoquee par la masse de ma~ériau refractaire chauffé ;
- entretien et ramona~e des tubes échangeurs possible et aisé ;
- dans le cas specifique d'un foyer ferme, on evite le noircissement de la v;tre grâce à une combustion parfaite sans bistrage, les fumees étant aspirées par les tubes au droit de la vitre ;
- du fait de la masse de beton sur l'ensemble du foyer, le rayonnement dans la pièce est ameliore ;
- de manière générale, ~rande économie de combustible (bois) a performances égales ;
- enfin le dispositif est tres fiable, car il n'y a pas de pièce mécanique complexe ou de tubulure spéciale, donc pas de risque de détérioration.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la descrip-tion ci-après d'un mode non limitatif de mise en oeuYre donne a titre d'exemple, en reference aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue perpective en coupe partielle dlune cheminee ~ foyer ouvert equipee du dispositif recuperateur conforme ~ l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe selon Il-II de la figure I ;
- la figure 3 est une vue en coupe trans~ersale par-tielle d'un foyer fermé adapté pour un dispositif récupérateur conforme à l'invention.
Sur une cheminée à foyer ouvert ou fermé, reférencee generalement (1), on dispose un dispositif reférencé generalement
(2) et confor~e à l'invention.
Ce dispositif comporte :
- des tubes (3) verticaux ou inclines par rapport à
la verticale et dans ce cas convergents9 - un collecteur de fumees (4) de forme sensiblement cylindrique et dans lequel débouchent les tubes (3) soit direc-tement soit par le biais d'une chambre collectrice intermédiaire non représentée.

: - .
3~0 Les tubes (3) sont de préference repartis en orgues ou batteries sur tout le volume du dispositif (2).
Conformément ~ l'invention, les tubes (3) sont noyés dans un matériau réfractaire (5), par exemple du béton réfrac-taire.
Les tubes pourront être des tubes métalliques soli-daires du caiss~n (6) du rérupérateur (2)~ ou être formes lors du coulage du materiau refrataire en prevoyant dans celui-ci des reservati~ns, par exemple avec du polystyrène expanse ou tout au~re materiau analogue pouvant être retiré apres prise du beton.
Une partie des éléments de réservation peut meme etre laissee en placeJ ceux-ci se consommant dès le premier feu pour degager les tubes. Il suffira que l'un au m~ins des tubes soit lS degage avant la mise en route du foyer pour le tirage.
Cette réalisation est le mode de mise en oeuvre le plu8 simple du dispositif de l'invention et de son procéde de fabrication.
Avantageusement, Ies calories accumulées dans la masse refractaire seront extraites par une circulation fluide, de preférence de l'air ambiant circulant par convection ~aturelle.
L'air traversera la masse réfractaire (5) ayant accu-mule la chaleur par le biais de canalisations (7) représentées à la figure 2 en section rectangulaire par opposition aux tubes representes en section circulaire pour une meilleure compréhen-sion. Il est clair que les canalisations (7) e~t les tubes (3) peuvent être de toute section, et même de sections differentes à l'interieur de chacune des deux familles.
Les canalisations (7) seront disposées de preférence sur toute la peripherie de la masse réfractaire et convergeront à leur partie supérieure vers un collecteur de récupération d'air chaud ~83 relie par un orifire (9) au circuit d'utilisa-tion.
Avantageusement les canalisations (7) se prolongeront dans les jambages de la cheminee, l'air etant extrait en partie basse de la che~inée.
On comprendra que le collecteur ~8) d'air chaud es~
traverse de part en par~ par le collecteur de fumées (3).
; ~ Bien entendu la masse refractaire peut être realisée à partir d'elements prefabriques empilables, mais de préférence 31~
elle sera coulée sur place par l'u~ilisateur ou l'installateur, ce conformément au procédé de l'invention.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse en combinaison avec un foyer fermé. Dans ce cas le foyer fermé et le caisson peuvent former un ensemble qui est placé tel queldans une cheminée, après coulage du réfractaire.
La cir~ulation latérale d'air autour du foyer fermé
peut être réalis~e en rapportant sur les parois latérales du foyer un crénelage ~10) tel que représenté à la figure 3, les tubes creux (Il) de ce crénelage étant reliés directement aux tubes de circulation d'air (7). Bien entendu les tubes (Il) sont ouverts à leur partie inférieure. Les interstices entre les tubes (Il) sont remplis de béton ou autre matériau.
Dans le cas d'un foyer ouvert, l'alimentation en air du foyer s'opèrera de manière traditionnelle. Dans le cas d'un foyer fermé, celle-ci sera réaliséP de manière en elle-même connue par un orifice central disposé en bas du caisson, avec éventuellement la possibilité de répartir cet air de combustion sur toute la surface.
Avantageusement, on prévoiera dans le conduit de fumées un dispositif de ralentissement des gaz et ~umées, du type registre, régulant le débit de sortie des fumees et gaz et surtout permettant d'augmenter la duree d'echange au niveau du dispositif de l'invention.
D'autre part dans le cas d'un foyer fermé, la partie supérieure de celui-ci pourra, au lieu d'être métallique être ~ réalisée tout simplement en un matériau consommable s,ur lequel ser2 coulé le matériau accumulateur. Lorsque celui-ci se sera ~olidifié, la partie consommable disparaitra ~ la première uti-lisation. Ceci évite en outre un decoffrage.
D'autre part il est clair que l'ehsemble accumulateur peut être prefabrique, par exemple réalisé en strates empilables.
Pour optimiser les cond;tions de ramonages des tubes du dispositif, on prévoiera que les tubes (3) deboucheron~ dans une chambre en forme d'entonnoir, ~eul l'un des ~ubes (3) etant dans l'axe ver~ical et au centre de cette chambre, dans l'ali-gnement direct du conduit ~4). Ainsi toutes les suies tomberont essentiellement dans un seul ~ube.
Enfin, on pourra prevoir un clapet d'obturation manoeu-vrable depuis l'exterieur9 et permettant de faire varier la :" :

6 ~43~0 section libre d'ouverture des tubes de fumée.

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:

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Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de récupération et d'accumulation de chaleur remplaçant l'avaloir de la cheminée pour foyer à disposer en partie basse d'une cheminée, du type dans lequel les fumées et gaz de combustion sont évacués par des tubes traversant une masse réfractaire d'accumulation de chaleur, caractérisé
en ce que le réseau des tubes d'évacuation des fumées et gaz de combustion traversant la masse réfractaire d'accumulation est un réseau de tubes convergeant vers le haut pour déboucher dans un collecteur d'évacuation des fumées et en ce que se trouve associé aux tubes d'évacuation des fumées au travers de la masse réfractaire, un réseau de canalisations de circu-lation d'air formé de conduits disposés pour assurer une cir-culation de l'air par convection naturelle, conduits traversant la masse réfractaire autour du réseau de tubes convergents et prenant naissance autour du foyer, lesdits conduits étant en contact étroit dans leur partie inférieure avec les parois du foyer et débouchant en partie supérieure dans un collecteur relié au réseau d'utilisation de l'air réchauffé.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la masse réfractaire d'accumulation est du béton réfractaire coulé dans un caisson (6) entourant le dispositif de récupéra-tion et le foyer.
3. Dispositif selon les revendication 1 caractérisé en ce que les tubes convergents sont solidaires du caisson.
4. Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parois latérales du foyer sont munies d'un crénelage comprenant des tubes de circulation d'air rel.és aux canalisa-tions d'air.
5. Dispositif selon les revendications de 1 à 3 caractérisé en ce que les tubes convergents débouchent dans une chambre en forme d'entonnoir dans laquelle un seul des tubes est disposé dans l'axe vertical de la chambre et en son centre dans l'alignement du conduit de cheminée.
6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les canalisations se prolongent dans les jambages de la cheminée, l'air étant extrait en partie basse de la cheminée.
7. Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, dans le conduit de fumées, un dispositif de ralentissement des gas et fumées permettant d'augmenter la durée d'échange au niveau de l'accumulateur.
8. Procédé pour la fabrication d'un dispositif de récupération et d'accumulation à associer à un foyer de cheminée selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériel réfractaire est coulé sur place en utilisant le caisson comme coffrage.
9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que les tubes sont solidaires du caisson.
10. Procédé selon la revencication 8, caractérisé en ce que la masse réfractaire est coulée dans un coffrage intérieur en matériel consumable, coffrage comprenant des réservations dans le matériel réfractaire correspondant à l'intérieur des tubes.
11. Procédé selon la revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble accumulateur est réalisé en strates empilables permettant la préfabrication.
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