CA2018142C

CA2018142C - Apparatus for preheating of combustion conduct for solid fuels

Info

Publication number: CA2018142C
Application number: CA 2018142
Authority: CA
Inventors: Paul-Etienne Fraser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-04
Filing date: 1990-06-04
Publication date: 1999-06-15
Anticipated expiration: 2010-06-04
Also published as: CA2018142A1

Abstract

Un appareil de préchauffage de conduit de combustion de combustibles solides pour faciliter l'allumage d'un poêle comprenant un ventilateur fermé, un élément préchauffant, une tuyauterie pour l'air chaud et un raccord rattaché audit tuyau, fixé à un conduit de combustion et dont la sortie est orientée vers le centre et en aval dudit conduit de façon à canaliser l'air chaud vers l'aval du conduit, ledit raccord comprenant aussi une vanne de non retour. Après l'allumage, quand le poêle fonctionne normalement, on ferme le ventilateur et l'élément préchauffant.A device for preheating a solid fuel combustion pipe to facilitate the lighting of a stove comprising a closed fan, a preheating element, a hot air pipe and a connection attached to said pipe, fixed to a combustion pipe and the outlet of which is oriented towards the center and downstream of said duct so as to channel the hot air downstream of the duct, said connector also comprising a non-return valve. After lighting, when the stove is operating normally, the fan and the preheating element are closed.

Description

APPAREIL DE PRÉCHAUFFAGE DE CONDUIT DE
COMBUSTION DE COMBUSTIBLES SOLIDES

CON'l~X'l~ DE L'INVENTION
l.Domaine technique de l'invention La présente invention a trait à un appareil de conditionnement de l'air de combustion et qui a pour objectif d'améliorer le tirage d'un brûleur à
combustibles solides au moment du départ. CONDUIT PREHEATING APPARATUS
COMBUSTION OF SOLID FUELS

CON'l ~ X'l ~ OF THE INVENTION
l.Technical area of the invention The present invention relates to an apparatus for combustion air conditioning and which has objective of improving the draft of a burner solid fuels upon departure.

2. DescriPtion de la technique antérieure Il est reconnu que les poêles à bois sont difficiles d'allumage au moment du départ parce que la cheminée est froide, le conduit entre le poêle et la cheminée est aussi froid et le poêle lui-même est froid, les conditions de froid sur le chemin de la fumée font que la fumée monte difficilement et seulement sous forme d'un nuage épais qui ne cherche que les fissures des conduits pour s'échapper dans la maison même plutôt que de monter péniblement la cheminée, d'autant plus qu'au cours de l'ascension, la fumée se refroidit et devient par le fait même plus dense. Ce n'est qu'après que la cheminée a été réchauffée que le tirage est suffisant pour assurer le fonctionnement du poêle.
Des méthodes de réchauffement de cheminée ont été en usage depuis longtemps. Dans les fonderies des post brûleurs sont utilisés au haut des cubilots pour compléter la combustion et en purifier les produits. Ces post brûleurs génèrent des températures élevées et il est possible qu'ils ajoutent du tirage à la combustion qui est déjà alimentée par un ventilateur. Certains poêles ont aussi des post brûleurs dans des zones à
l'intérieur du poêle qui complètent la combustion.
D'autres poêles utilisent des catalystes qui ont pour résultat d'augmenter la température des produits de combustion, mais avant que le catalyste n'entre en fonction, il faut d'abord que la combustion soit assez avancée pour créer une température ambiante de 200~C et plus dans la région du catalyste.

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,~.
- Cottier, dans le brevet Canadien no. 36366 émis en 1891, avait conçu un raccord tubulaire attaché à
une cheminée et dont la sortie est dirigée vers le centre de la cheminée mais dont l'entrée est évasée pour recueillir l'air de l'étage, le passage des gaz chauds causant une aspiration de l'air froid.
- Zaniewski, dans le brevet américain no. 1118266 émis en 1982, contrôle le tirage de la cheminée par un module moteur au faîte de la cheminée.
- Moran, dans le brevet américain no. 2701999 émis en 1955, offre un contrôle de tirage à la sortie d'une cheminée au moyen d'une longueur de tuyau perforé
radialement pour en faire un tamis à travers, lequel peut passer l'air exterieur qui se mélange avec la fumée.
- Feldman, dans le brevet américain no. 3643581 émis en 1972, illustre une méthode de ventilation ascendante et verticale autour de la fumée du centre d'une cheminée, l'air et la fumée se combinant pour diminuer la concentration de polluants.
- Winegardner, dans le brevet américain no. 3431056 émis en 1969, décrit un conduit de ventilation dans lequel est installé un ventilateur et une voile qui contrôle le passage de l'air en agissant sur un rhéostat connecté au ventilateur.
- Mueller, dans le brevet américain no. 3768956 émis en 1973, révèle un raccord à
l'intérieur duquel il y a un détecteur de tirage et un ventilateur en série pour contrôler le débit de combustion dans les foyers à combustibles gazeux.
- Filmore, dans le brevet américain no. 4250868 émis en 1981, attache un ventilateur en haut d'une cheminée dans la ligne directe des produits de combustion pour en contrôler le tirage.
Mais aucune des méthodes décrites ci-dessus ne possède toutes les caractéristiques ni les avantages particuliers de mon invention.

~,~

J'ai essayé de réchauffer le conduit par l~extérieur, ceci ne résultant qu'en une faible augmentation de tirage et qu'en un risque à la sécurité
en plaçant un fil chauffant électrique autour d'un conduit métallique pouvant lui-même être chauffé à
blanc.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
J'ai conçu une méthode d'aspiration de la fumée de cheminée en injectant par le biais d'un raccord dirigé vers le centre et l'aval du conduit de cheminée de l'air chaud.
Suivant la présente invention on propose un appareil de préchauffage de conduit de combustion pour améliorer le tirage d~un appareil à combustion lors de l'opération d'allumage, comprenant un ventilateur et un élément chauffant montés en série pour générer et pousser un courant d'air chaud à travers un conduit de préchauffage se prolongeant de l'appareil de préchauffage à une ouverture ménagée dans la paroi du conduit de combustion et conçu pour diriger le courant d~air chaud émanant d'une sortie dudit conduit de préchauffage dans le conduit de combustion.
Également suivant la présente invention on propose une méthode pour augmenter le différentiel de pression entre l'entrée et la sortie d'un conduit de combustion afin d'améliorer le tirage lors de l'opération d'allumage dans un appareil à combustion, comprenant les étapes de:
a) générer un courant d'air chaud à distance du conduit de combustion et de l'appareil à combustion;
b) acheminer ledit courant d'air chaud à l'intérieur dudit conduit de combustion;
c) chauffer le conduit de combustion par l'intermédiaire dudit courant d'air chaud jusqu'à l'obtention d'un réchauffement suffisant dudit conduit de combustion; et d) procéder à l'opération d'allumage.

DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
L'appareil de mon invention sera mieux compris en se référant aux dessins, où les numéros semblables correspondent aux mêmes éléments du mémoire descriptif.
La figure 1 est un vue de face d'une installation de poêle avec un appareil de prechauffage suivant la présente invention;
la figure 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la figure l;
la figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2; et la figure 4 est une vue semblable à la figure 3 illustrant une autre réalisation du raccord suivant la présente invention.
DESCRIPTION DES REALISATIONS PREFEREES
En se référant spécifiquement à la figure 1 des dessins, on voit un poêle 10 avec conduit 11 de cheminée, coude 12 vers l'entrée 13 de la cheminée comme dans les installations connues. De plus, on voit suivant la présente invention un raccord 14 rattaché au coude 12 par une plaque d'attachement 15, une vanne ou clapet 16, une tuyauterie 17 allant s'emboîter dans le raccord 14 à
un bout et rattachée à l'autre bout à un ventilateur 18 équipé d'un élément préchauffant 19.
Un support 20 près de la cheminée 21 tient le ventilateur. Le raccord 14 comprend un point d'attachement 22 (figure 3) à la tuyauterie 17, un coude 23 qui donne une direction perpendiculaire au mur du coude 12, une zone cylindrique 24 pour la vanne ou clapet 16, une zone de soutien 25 qui rencontre la plaque d'attachement 15, un coude 26 qui donne une direction vers l'entrée 13 de la cheminée et une section droite 27 qui canalise l'air chaud vers le centre 28 de la cheminée. Le ventilateur 18 (figure 3) est dans un boîtier 29 afin de contenir l'air; l'entrée 30 rencontre un tamis 31 puis un filtre 32. Le boîtier 29 est préférablement circulaire et comprend en plus du ventilateur 28 un élément électrique chauffant 19. Un , . ._ motèur avec un élément d'une capacité totale de 1500 watts est préférable pour préchauffer l'air dans la plupart des installations domestiques. Un cône 33 est à
son début attaché en 34 au boîtier 29 pour canaliser le 5mouvement de l'air vers la tuyauterie 17. Le cône 33 est à sa sortie attaché en 35 au boîtier Z9 près de l'ouverture où est installée la tuyauterie 17. Un collet 36 tient la tuyauterie 17 en place près de la sortie 35.
La réalisation de la figure 4 comprend un 10raccord complexe en fonte comprenant une série de raccords réguliers que l'on peut se procurer directement sur le marché. Le coude 23 est un coude régulier de fonte de 50 mm, 2". La pièce droite 24 est un bout de tuyau qui a été percé en 37 pour recevoir le clapet 16.
15Le coude 26 est un coude régulier de 50 mm, 2", en fonte rattaché à la pièce de vanne droite 24 par un collet régulier en fonte 38. Semblablement, la section 24 de vanne est unie au coude 23 par un autre collet régulier en fonte 38.
20Un collet réducteur 22 est utilisé pour joindre le coude 23 en fonte à la tuyauterie 17. Il est préférable que le raccord soit fait d'un matériau compatible avec le créosote et capable de résister à un feu de créosote de 2100~F, 1150~C. La fonte est un 25matériau préférable pour une telle application et réagit très bien au créosote car elle en absorbe le carbone et au moment de la combustion, "feu de tuyau", le film de carbone protège la fonte jusqu'à 1150~C.
J'ai trouvé suffisant d'utiliser un 30ventilateur fermé de 1500 watts comprenant un élément chauffant dans une application domestique où le conduit du poêle est de sept pieds (2 m) avant la cheminée. Deux facteurs sont importants, soit la température et la force de succion. L'élément chauffant contribue à
35réduire l'humidité du conduit et prévenir la condensation de la vapeur d'eau et du créosote, de même qu'ajouter à la force de succion une quantité d'énergie équivalant à l'augmentation de température divisée par ,~.

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~,,~..
la température absolue de l'air ambiant soit, pour une augmentation de température de 200~C et un air ambiant de 20~C ou 293~K ou ~ absolus, une augmentation de succion de 200/293 X 100% = 65%.
L'énergie apportée par l'élément chauffant 19 n'augmente pas de façon significative la dépression au poêle, ni la pression à travers les conduits et les joints de la cheminée. Une autre réalisation de l'invention utilisant un aspirateur domestique ou commercial branché en sens inverse pour fournir l'énergie de l'élément chauffant implique le contrôle du volume d'air pour empêcher les cendres de tourbillonner ou même de causer des fuites dans le conduit et la cheminée Il est préférable de préchauffer l'air.

~. ~ 2. Description of the prior art It is recognized that wood stoves are difficult to ignite upon departure because the chimney is cold, the flue between the stove and the chimney is also cold and the stove itself is cold, cold conditions on the way to smoke make that smoke rises with difficulty and only in the form of a thick cloud which seeks only the cracks of ducts to escape into the house itself rather than laboriously mounting the chimney, especially since during the ascent, the smoke cools and becomes thereby more dense. It is only after the chimney has been heated that draft is sufficient to keep the stove operating.
Chimney warming methods have been in use for a long time. In the foundries of post burners are used at the top of cupolas for complete the combustion and purify the products. These post burners generate high temperatures and it they may add draft to the combustion which is already powered by a fan. Some stoves also have post burners in areas with inside the stove which complete the combustion.
Other stoves use catalysts which have result of increasing the temperature of the products of combustion, but before the catalyst enters function, the combustion must first be enough advanced to create an ambient temperature of 200 ~ C and more in the catalyst region.

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, ~.
- Cottier, in Canadian patent no. 36366 issued in 1891, had designed a tubular fitting attached to a chimney, the outlet of which is directed towards the center of the chimney but whose entry is flared for collect the air from the floor, the passage of hot gases causing aspiration of cold air.
- Zaniewski, in the American patent no. 1118266 issued in 1982, controls the circulation of the chimney by a motor module at the top of the chimney.
- Moran, in American patent no. 2701999 issued in 1955, provides exit draft control of a chimney by means of a length of perforated pipe radially to make a sieve through it, which can pass the outside air which mixes with the smoke.
- Feldman, in the American patent no. 3,643,581 issued in 1972 illustrates a method of upward and vertical ventilation around the smoke from the center of a chimney, air and smoke combining to decrease the concentration of pollutants.
- Winegardner, in the American patent no. 3431056 issued in 1969, describes a ventilation in which a fan is installed and a sail that controls the passage of air by acting on a rheostat connected to the fan.
- Mueller, in the American patent no. 3768956 issued in 1973, reveals a connection to inside of which there is a draft detector and a fan in series to control the flow of combustion in gas fueled fireplaces.
- Filmore, in the American patent no. 4250868 issued in 1981, attaches a fan at the top a chimney in the direct line of the products of combustion to control the draft.
But none of the methods described above does has all the features and benefits individuals of my invention.

~, ~

I tried to warm the duct by outside, this only resulting in low increased circulation and that a security risk by placing an electric heating wire around a metallic duct which can itself be heated to White.
STATEMENT OF THE INVENTION
I devised a suction method for the chimney smoke by injecting through a fitting directed towards the center and downstream of the chimney flue hot air.
According to the present invention, a combustion duct preheater for improve the draft of a combustion appliance during the ignition operation, comprising a fan and a heating element connected in series to generate and push a current of hot air through a duct prolonged preheating of the preheating at an opening in the wall of the combustion pipe and designed to direct the current of hot air emanating from an outlet of said conduit preheating in the combustion duct.
Also according to the present invention there is provided a method to increase the pressure differential between the inlet and the outlet of a combustion pipe to improve the draft during the operation ignition in a combustion appliance, comprising the stages of:
a) generate a current of hot air away from the duct combustion and combustion apparatus;
b) conveying said stream of hot air inside said combustion duct;
c) heating the combustion duct via said stream of hot air until a sufficient heating of said combustion duct; and d) carry out the ignition operation.

SUMMARY DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The apparatus of my invention will be better understood referring to the drawings, where similar numbers correspond to the same elements of the specification.
Figure 1 is a front view of a stove installation with a preheater according to the present invention;
Figure 2 is a section on line 2-2 of Figure l;
Figure 3 is a section along line 3-3 of Figure 2; and Figure 4 is a view similar to the Figure 3 illustrating another embodiment of the connector according to the present invention.
DESCRIPTION OF THE PREFERRED ACHIEVEMENTS
Referring specifically to Figure 1 drawings, we see a stove 10 with duct 11 of chimney, elbow 12 towards the entrance 13 of the chimney as in known installations. In addition, we see next the present invention a connector 14 attached to the elbow 12 by an attachment plate 15, a valve or flap 16, a pipe 17 going to fit into the fitting 14 to one end and attached to the other end to a fan 18 fitted with a preheating element 19.
A support 20 near the chimney 21 holds the fan. The connector 14 includes a point attachment 22 (Figure 3) to the pipe 17, an elbow 23 which gives a direction perpendicular to the wall of the elbow 12, a cylindrical zone 24 for the valve or valve 16, a support zone 25 which meets the attachment plate 15, an elbow 26 which gives a direction towards the entrance 13 of the chimney and a section right 27 which channels the hot air towards the center 28 of the fireplace. Fan 18 (Figure 3) is in a box 29 to contain the air; entrance 30 meeting a screen 31 then a filter 32. The housing 29 is preferably circular and includes in addition to fan 28 an electric heating element 19. A

,. ._ engine with an element with a total capacity of 1500 watts is best for preheating the air in the most domestic installations. A cone 33 is at its beginning attached at 34 to the housing 29 to channel the 5movement of air towards piping 17. The cone 33 is at its outlet attached at 35 to the Z9 box near the opening where the piping is installed 17. A collar 36 holds the piping 17 in place near the outlet 35.
The embodiment of Figure 4 includes a 10 complex cast iron fitting comprising a series of regular fittings available directly on the market. Elbow 23 is a regular elbow of 50 mm, 2 "cast iron. Straight piece 24 is a piece of pipe which was drilled at 37 to receive the valve 16.
15 Elbow 26 is a regular 50 mm, 2 "elbow made of cast iron attached to the right valve part 24 by a collar regular in cast iron 38. Similarly, section 24 of valve is joined to elbow 23 by another regular collar cast iron 38.
20 A reducing collar 22 is used to join the cast iron elbow 23 to the pipe 17. It is preferable that the connection is made of a material compatible with creosote and able to withstand creosote fire of 2100 ~ F, 1150 ~ C. Cast iron is a 25 preferable material for such an application and reacts very well with creosote because it absorbs carbon and at the time of combustion, "pipe fire", the film of carbon protects cast iron up to 1150 ~ C.
I found it sufficient to use a 30 1500 watt closed fan with one element heating in a domestic application where the duct of the stove is seven feet (2 m) before the chimney. Of them factors are important: temperature and suction force. The heating element contributes to 35reducing humidity in the duct and preventing condensation of water vapor and creosote, as well that add to the suction force a quantity of energy equivalent to the temperature increase divided by , ~.

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the absolute ambient air temperature either, for a 200 ~ C temperature increase and ambient air by 20 ~ C or 293 ~ K or ~ absolute, an increase of 200/293 X 100% suction = 65%.
The energy provided by the heating element 19 does not significantly increase depression at nor the pressure across the ducts and chimney joints. Another realization of the invention using a household vacuum cleaner or commercial connected in reverse to provide the energy of the heating element involves controlling the air volume to prevent ash from swirling or even cause leaks in the duct and the chimney It is best to preheat the air.

~. ~

Claims

1. A duct preheater combustion to improve the draft of a combustion during the ignition operation, comprising a fan and a heating element connected in series for generate and push a current of hot air through a preheating pipe extending from the heater preheating at an opening in the wall of the combustion pipe and designed to direct the current hot air emanating from an outlet of said duct preheating in the combustion duct.

2. A preheating device according to claim 1, in which a shutter is mounted between said preheater and combustion pipe, said shutter being movable between open and closed positions to leave respectively free passage of the current of hot air in said preheating line and combustion line when said preheater is in operation and to intercept the passage of foreign bodies in said preheating line when said device preheating is not requested.

3. A preheating device according to claim 2, wherein said shutter is pivotally mounted at the interior of said preheating duct, said shutter being operable manually by means of a control lever arranged outside said duct preheating.

4. A preheating device according to claim 3, wherein said shutter is mounted to a section of said preheating pipe, said section being removably assembled to the rest of said conduit preheating.

5. A preheating device according to claim 1, wherein said outlet of said conduit preheating extends to the center of the combustion and towards an outlet from the combustion.

6. A preheating device according to claim 5, wherein said outlet of said conduit preheating has an elbow-shaped pipe and a straight pipe attached at one end to said pipe in the form of an elbow so as to direct the flow of hot air parallel to the direction of the flow of combustion products emanating from said combustion appliance.

7. A method to increase the differential of pressure between the inlet and the outlet of a combustion in order to improve the draft during the ignition operation in a combustion appliance, including the steps of:
a) generate a current of hot air away from the duct combustion and combustion apparatus;
b) conveying said stream of hot air inside said combustion duct;
c) heating the combustion duct via said stream of hot air until a sufficient heating of said combustion duct; and d) carry out the ignition operation.