EP0102911A2 - Dispositif pour la récupération de calories dans un foyer et procédé pour sa réalisation - Google Patents

Dispositif pour la récupération de calories dans un foyer et procédé pour sa réalisation Download PDF

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EP0102911A2
EP0102911A2 EP83440035A EP83440035A EP0102911A2 EP 0102911 A2 EP0102911 A2 EP 0102911A2 EP 83440035 A EP83440035 A EP 83440035A EP 83440035 A EP83440035 A EP 83440035A EP 0102911 A2 EP0102911 A2 EP 0102911A2
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refractory
pipes
box
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GRAVIER JEAN CLAUDE
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
    • F24B1/00—Stoves or ranges
    • F24B1/18—Stoves with open fires, e.g. fireplaces
    • F24B1/185—Stoves with open fires, e.g. fireplaces with air-handling means, heat exchange means, or additional provisions for convection heating ; Controlling combustion
    • F24B1/188—Stoves with open fires, e.g. fireplaces with air-handling means, heat exchange means, or additional provisions for convection heating ; Controlling combustion characterised by use of heat exchange means , e.g. using a particular heat exchange medium, e.g. oil, gas  
    • F24B1/1885—Stoves with open fires, e.g. fireplaces with air-handling means, heat exchange means, or additional provisions for convection heating ; Controlling combustion characterised by use of heat exchange means , e.g. using a particular heat exchange medium, e.g. oil, gas   the heat exchange medium being air only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
    • F24B1/00—Stoves or ranges
    • F24B1/20—Ranges
    • F24B1/24—Ranges with built-in masses for heat storage or heat insulation

Definitions

  • the present invention relates to a device for recovering calories in an open or closed fire, device of the type in which the fumes and exhaust gases pass through heat exchange tubes.
  • the invention also relates to a method for producing such a device.
  • the common denominator of all these devices is to have tubes of all kinds in the passage of smoke and exhaust gas from the batteries, the heat exchange surfaces being more or less optimized from one device to another. In the same way, the shapes and relative positions of the tubes were varied to satiety.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks.
  • this result is obtained with a device of the type described above, characterized in that it replaces the flue of the chimney and in that the heat exchange tubes are embedded in a material forming an accumulator heat.
  • the accumulation produced in the accumulator material produces a thermal buffer, which allows better regularity of heating.
  • the accumulator material may be of any known type compatible with the intended application, for example a refractory concrete or any other material using a binder. It can also be composite.
  • the device will be produced directly on site from a metal drain. box and comprising vertical or inclined organ tubes on the horizontal and in this case converging towards the center of the drain, the accumulator material being poured directly into the box around the exchanger tubes.
  • the tubes will be replaced by reservations made in the accumulator material when it is poured, the reservations being withdrawn later after drying of the refractory material.
  • the refractory mass is heated by the passage of smoke in the tubes.
  • a considerable and well distributed exchange surface is obtained, since as many tubes can be placed as desired.
  • the accumulated heat can be statically rejected or forced by turbine.
  • the rejection takes place for example by upper orifices or more advantageously by a multitude of pipes passing through the refractory material and emerging in the upper part on a collector connected to the outside of the device.
  • the air will circulate in the pipes by natural convection.
  • the recuperator of the invention can be placed for example on a very thick hearth made of refractory concrete designed on the same principle, that is to say in which the legs have air circulation pipes, or even very advantageously on a closed hearth.
  • the hearth is generally provided with peripheral air circulation ducts, the circulation operating by natural convection, which allows a first recovery of calories on the refractory side walls of the hearth before the air reaches the level of the device of l 'invention.
  • the tubes (3) are preferably distributed in organs or batteries over the entire volume of the device (2).
  • the tubes (3) are embedded in a refractory material (5), for example refractory concrete.
  • the tubes may be metal tubes integral with the box (6) of the recuperator (2), or be formed during the pouring of the refractory material by providing in it reservations, for example with expanded polystyrene or any other similar material which may be removed after setting of the concrete.
  • a part of the reservation elements can even be left in place, these being consumed from the first fire to release the tubes. It will suffice that at least one of the tubes is released before starting the fireplace for the draft.
  • This embodiment is the simplest mode of implementation of the device of the invention and its manufacturing process.
  • the calories accumulated in the refractory mass will be extracted by a fluid circulation, preferably from the ambient air circulating by natural convection.
  • the pipes (7) will preferably be arranged over the entire periphery of the refractory mass and will converge at their upper part towards a hot air recovery manifold (8) connected by an orifice (9) to the circuit. of use.
  • the pipes (7) will extend into the jambs of the chimney, the air being extracted in the lower part of the chimney.
  • the refractory mass can be made from prefabricated stackable elements, but preferably it will be cast on site by the user or the installer, in accordance with the method of the invention.
  • the invention finds a particularly advantageous application in combination with a closed hearth.
  • the closed hearth and the box can form an assembly which is placed as such in a chimney, after pouring the refractory.
  • a device for slowing down gases and fumes, of the register type, regulating the outlet flow rate of fumes and gases and especially making it possible to increase the exchange time at the device of the invention will be provided in the flue pipe.
  • the part upper thereof may, instead of being metallic, simply be made of a consumable material on which the accumulator material will be poured. When it has solidified, the consumable part will disappear on first use. This also prevents formwork.
  • the accumulator assembly can be prefabricated, for example made of stackable layers.
  • the tubes (3) To optimize the conditions for sweeping the tubes of the device, provision will be made for the tubes (3) to open into a funnel-shaped chamber, only one of the tubes (3) being in the vertical axis and in the center of this chamber. , in direct alignment with the duct (4). So all the soot will essentially fall into one tube.
  • the pipes can be fixed directly against the walls of the hearth, passing first below the hearth, then against the bottom before coming into the recuperator.

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Abstract

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 (3) 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 domestique.

Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif pour la récupération des calories dans un foyer à feu ouvert ou fermé, dispositif du type dans lequel les fumées et gaz d'évacuation traversent des tubes d'échange thermique.
  • L'invention a également pour objet un procédé pour la réalisation d'un tel dispositif.
  • On a proposé depuis quelques années de multiples systèmes permettant la récupération des calories dans les cheminées à foyer ouvert et, plus récemment, dans les cheminées à foyer fermé.
  • 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 à 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.
  • Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu avec un dispositif du type décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il remplace l'avaloir de la cheminée et en ce que les tubes d'échange thermique sont noyés dans un matériau formant accumulateur 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 envisagée, par exemple un béton réfractaire ou tout autre matériau utilisant un liant. Il pourra être également composite.
  • Avantageusement, le dispositif sera réalisé directement sur chantier à partir d'un avaloir en métal formant. caisson et comportant des tubes en orgues verticales ou inclinées sur l'horizontale et dans ce cas convergents vers le centre de l'avaloir, le matériau accumulateur étant coulé directement dans le caisson autour des tubes échangeurs.
  • Selon un autre mode de mise en oeuvre de ce procédé, les tubes seront remplacés par des réservations ménagées dans le matériau accumulateur au moment de son coulage, les réservations étant retirées ultérieurement après séchage du matériau réfractaire.
  • Grâce à ce dispositif, la masse réfractaire est chauffée par le passage des fumées dans les tubes. On obtient avec cette structure une surface d'échange considérable et bien répartie, car on peut disposer autant de tubes que l'on désire.
  • Cet ensemble permet plusieurs heures de chauffage après extinction du foyer grâce à 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 réfractaire et débouchant en partie supérieure sur un collecteur relié à l'extérieur du dispositif.
  • Dans cette réalisation 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 cheminée,
    • - 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 canalisations par convection naturelle.
  • Le récupérateur de l'invention peut être disposé par exemple sur un foyer de forte épaisseur en béton réfractaire conçu 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 généralement muni de canalisations périphériques de circulation d'air, la circulation s'opérant par convection naturelle, qui permet une première récupération de calories sur les parois latérales réfractaires du foyer avant que l'air ne parvienne au niveau du dispositif de l'invention.
  • On peut également combiner en une seule unité le foyer fermé et le caisson-avaloir métallique dans lequel on coulera le matériau réfractaire. La pose d'un tel dispositif devient aisée, rapide et accessible au particulier.
  • Les avantages du dispositif selon l'invention sont en outre les suivants :
    • - excellente répartition de la chaleur dans le matériau réfractaire grâce à l'avaloir perforé sur toute sa surface de base par les tubes échangeurs ;
    • - grande puissance de chauffe avec une bonne régulation du fait du tampon réalisé grâce à l'accumulation ;
    • - amélioration du tirage du foyer grâce à l'aspiration provoquée par la masse de matériau réfractaire chauffe ;
    • - entretien et ramonage des tubes échangeurs possible et aisé ;
    • - dans le cas spécifique d'un foyer fermé, on évite le noircissement de la vitre grâce à une combustion parfaite sans bistrage, les fumées étant aspirées par les tubes au droit de la vitre ;
    • - du fait de la masse de béton sur l'ensemble du foyer, le rayonnement dans la pièce est amélioré ;
    • - de manière générale, grande économie de combustible (bois) à performances égales ;
    • - enfin le dispositif est très 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 description ci-après d'un mode non limitatif de mise en oeuvre donné à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • - la figure 1 est une vue perspective en coupe partielle d'une cheminée à foyer ouvert équipée du dispositif récupérateur conforme à l'invention ;
    • - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1 ;
    • - la figure 3 est une vue en coupe transversale partielle d'un foyer fermé adapté pour un dispositif récupérateur conforme à l'invention.
  • Sur une cheminée à foyer ouvert ou fermé, référencée généralement (1), on dispose un dispositif référencé généralement (2) et conforme à l'invention.
  • Ce dispositif comporte :
    • - des tubes (3) verticaux ou inclinés par rapport à la verticale et dans ce cas convergents,
    • - un collecteur de fumées (4) de forme sensiblement cylindrique et dans lequel débouchent les tubes (3) soit directement soit par le biais d'une chambre collectrice intermédiaire non représentée.
  • Les tubes (3) sont de préférence répartis en orgues ou batteries sur tout le volume du dispositif (2).
  • Conformément à l'invention, les tubes (3) sont noyés dans un matériau réfractaire (5), par exemple du béton réfractaire.
  • Les tubes pourront être des tubes métalliques solidaires du caisson (6) du récupérateur (2), ou être formés lors du coulage du matériau réfractaire en prévoyant dans celui-ci des réservations, par exemple avec du polystyrène expansé ou tout autre matériau analogue pouvant être retiré après prise du béton.
  • Une partie dès-éléments de réservation peut même être laissée en place, ceux-ci se consommant dès le premier feu pour dégager les tubes. Il suffira que l'un au moins des tubes soit dégagé avant la mise en route du foyer pour le tirage.
  • Cette réalisation est le mode de mise en oeuvre le plus simple du dispositif de l'invention et de son procédé de fabrication.
  • Avantageusement, les calories accumulées dans la masse réfractaire seront extraites par une circulation fluide, de préférence del'air ambiant circulant par convection naturelle.
  • L'air traversera la masse réfractaire (5) ayant accumulé la chaleur par le biais de canalisations (7) représentées à la figure 2 en section rectangulaire par opposition aux tubes représentés en section circulaire pour une meilleure compréhension. Il est clair que les canalisations (7) et les tubes (3) peuvent être de toute section, et même de sections différentes à l'intérieur de chacune des deux familles.
  • Les canalisations (7) seront disposées de préférence sur toute la périphérie de la masse réfractaire et convergeront à leur partie supérieure vers un collecteur de récupération d'air chaud (8) relié par un orifice (9) au circuit d'utilisation.
  • Avantageusement les canalisations (7) se prolongeront dans les jambages de la cheminée, l'air étant extrait en partie basse de la cheminée.
  • On comprendra que le collecteur (8) d'air chaud est traversé de part en part par le collecteur de fumées (3) .
  • Bien entendu la masse réfractaire peut être réalisée à partir d'éléments préfabriqués empilables, mais de préférence elle sera coulée sur place par l'utilisateur 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 quel dans une cheminée, après coulage du réfractaire.
  • La circulation latérale d'air autour du foyer fermé peut être réalisée en rapportant sur les parois latérales du foyer un crénelage (10) tel que représenté à la figure 3, les tubes creux (11) de ce crénelage étant reliés directement aux tubes de circulation d'air (7). Bien entendu les tubes (11) sont ouverts à leur partie inférieure. Les interstices entre les tubes (11) 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 réalisée de manière en elle-même connue par un orifice central disposé en bas du caisson, avec éventuellement la possibilité de répartir cet air de co-mbustion sur toute la surface.
  • Avantageusement, on prévoiera dans le conduit de fumées un dispositif de ralentissement des gaz et fumées, du type registre, régulant le débit de sortie des fumées et gaz et surtout permettant d'augmenter la durée d'échange 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 sur lequel sera coulé le matériau accumulateur. Lorsque celui-ci se sera solidifié, la partie consommable disparaitra à la première utilisation. Ceci évite en outre un décoffrage.
  • D'autre part il est clair que l'ensemble accumulateur peut être préfabriqué, par exemple réalisé en strates empilables.
  • Pour optimiser les conditions de ramonages des tubes du dispositif, on prévoiera que les tubes (3) déboucheront dans une chambre en forme d'entonnoir, seul l'un des tubes (3) étant dans l'axe vertical et au centre de cette chambre, dans l'alignement direct du conduit (4). Ainsi toutes les suies tomberont essentiellement dans un seul tube.
  • Enfin, on pourra prévoir un clapet d'obturation manoeuvrable depuis l'extérieur, et permettant de faire varier la section libre d'ouverture des tubes de fumée.
  • De nombreuses autres modifications pourront être apportées sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les canalisations peuvent être fixées directement contre les parois du foyer, en passant d'abord au-dessous du foyer, puis contre le fond avant de venir dans le récupérateur.

Claims (19)

1. Dispositif pour la récupération de calories dans un foyer à feu ouvert ou fermé, dispositif du type dans lequel les fumées et gaz d'évacuation traversent des tubes d'échange thermique, caractérisé en ce qu'il remplace l'avaloir de la cheminée, et en ce que les tubes d'échange thermique (3) sont noyés dans un matériau formant accumulateur de chaleur.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau accumulateur est réfractaire.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est du béton réfractaire ou autre matériau utilisant ou non un liant.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes (3) sont disposés en orgues verticales ou inclinées et convergentes, et qu'ils débouchent dans un collecteur de fumées (4).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tubes (3) sont répartis régulièrement dans le matériau réfractaire.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un réseau de canalisations de circulation d'air (7), ces canalisations (7) débouchant dans un collecteur (8) relié au réseau d'utilisation de l'air.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les calories accumulées sont évacuées par de l'air circulant dans les canalisations (7) par convection naturelle.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les calories sont évacuées de l'accumulateur par une turbine.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est utilisé en combinaison avec un foyer fermé.
10. Dispositif selon la revendication 9 pour un foyer fermé, caractérisé en ce que le foyer fermé et le caisson (6) sont réalisés en une seule pièce.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les parois latérales du foyer fermé sont munies d'un crénelage (10) comportant des tubes (11) de circulation d'air reliés aux canalisations (7).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à I1, caractérisé en ce qu'il comporte dans le conduit de fumées, un dispositif de ralentissement des gaz et fumées permettant d'augmenter la durée d'échange au niveau de l'accumulateur.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les tubes (3) débouchent dans une chambre en forme d'entonnoir, seul l'un des tubes (3) étant dans l'axe vertical et au centre de ladite chambre, dans l'alignement direct du conduit (4).
14. Procédé pour la fabrication d'un dispositif de récupération de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est coulé sur place dans le caisson (6).
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le caisson (6) comporte des tubes (3) qui en sont solidaires.
16. Procédé pour la fabrication d'un dispositif de récupération de chaleur selon l'une quelconque des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que le matériau accumulateur est coulé sur une plaque en matériau consommable.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que les tubes sont réalisés au coulage en prévoyant des réservations dans le matériau réfractaire.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que une partie des éléments de réservation subsiste dans l'accumulateur et est consommée ultérieurement.
19. Procédé pour la fabrication d'un dispositif de récupération de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'ensemble accumulateur est réalisé en préfabrication en strates empilables.
EP83440035A 1982-06-22 1983-06-22 Dispositif pour la récupération de calories dans un foyer et procédé pour sa réalisation Withdrawn EP0102911A3 (fr)

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