FR2510726A1

FR2510726A1 - Heat recuperator for domestic fireplace - has fan-assisted heat exchanger with guide fins for air and combustion gases

Info

Publication number: FR2510726A1
Application number: FR8114972A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1981-07-31
Publication date: 1983-02-04
Also published as: FR2510726B3

Abstract

The fireplace has an air heater in the form of a duct (14) at the back of the fire. The duct has external fins (8) to increase the rate of heat exchange. The width of the fins increases from bottom to top. Fresh air (13) is drawn in by a fan (12) and may be mixed with recirculated air. The air first passes under the hearth, to be preheated prior to flowing through the main heat exchanger into the room. A retractable reflector (26) is filled under the chimney hood (24) and can be adjusted to deflect heat into the room.

Description

La présente invention concerne une plaque de cheminée formant un échangeur thermique, notamment pour réchauffer ltair circulant dans un système de récupération de chaleur équipant une cheminée. The present invention relates to a chimney plate forming a heat exchanger, in particular for heating the air circulating in a heat recovery system fitted to a chimney.

Elle a également pour objet un système de chauffage par air pulsé utilisant une telle plaque échangeuse,ainsi qu'une cheminée à haut rendement thermique spécialement conçue et équipée pour un tel système de chauffage. It also relates to a forced air heating system using such an exchange plate, as well as a high thermal efficiency chimney specially designed and equipped for such a heating system.

Dune façon générale, on sait qu'une très grande partie de l'énergie dissipée par la combustion dans le foyer s'échappe par la cheminée,de sorte que celle-ci présente un très bas rendement thermique. Generally, we know that a very large part of the energy dissipated by combustion in the fireplace escapes through the chimney, so that it has a very low thermal efficiency.

C'est la raison pour laquelle, à l'heure actuelle, on tend de plus en plus à utiliser des systèmes de ré cupération d'énergie consistant, le plus souvent, en des circuits de circulation d'air passant par des échangeurs disposés à proximité du foyer ou bien dans le courant gazeux des gaz de combustion. This is the reason why, today, there is an increasing tendency to use energy recovery systems consisting, most often, of air circulation circuits passing through exchangers arranged at near the fireplace or in the gas stream of combustion gases.

Toutefois,ces systèmes de récupération ne permettent pas d'obtenir tous les résultats qui pourraient dtre escomptés. However, these recovery systems do not achieve all the results that could be expected.

En effet, l'installation d'un échangeur thermique réellement performant4 dans le conduit d'évacuation des gaz de combustion, ne peut pas être envisagée car il provoquerait une perte importante de tirage de la cheminée et, en conséquence, des émissions de fumée dans la pièce. Indeed, the installation of a really efficient heat exchanger4 in the flue gas evacuation pipe cannot be envisaged because it would cause a significant loss of chimney draft and, consequently, smoke emissions in the room.

De même, l'installation d'une plaque ou d'un échan- geur directement on contact avec le feu est difficilement envisageable,en raison des très hautes températures de combustion dégagées à certains moments par le feu, et qui pourraient rapidement déteriorer, notamment par oxydation accdlérée, des élément de l'échangeur. Likewise, installing a plate or exchanger directly in contact with the fire is difficult to envisage, due to the very high combustion temperatures released at certain times by the fire, which could quickly deteriorate, in particular by accelerated oxidation, elements of the exchanger.

Linvention a donc tout d'abord pour but de supprimer ces inconvénients. The invention therefore firstly aims to eliminate these drawbacks.

A cet effet, elle utilise en tant qu'échangeur, une plaque de cheminée consistant en un caisson réalisé en un matériau thermiquement conducteur, à l'intérieur duquel peut circuler un courant d'air entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie et dont la face antérieure, orientée du caté du foyer, est équipée d'une série d'ailettes, par exemple horizontales, s'étendant en direction du foyer et se terminant au voisinage immédiat du feu, de préférence dans une zone léchée par les flammes. For this purpose, it uses as an exchanger, a chimney plate consisting of a box made of a thermally conductive material, inside which a flow of air can flow between an inlet orifice and an outlet orifice and the front face of which, oriented towards the center of the hearth, is equipped with a series of fins, for example horizontal, extending in the direction of the hearth and ending in the immediate vicinity of the fire, preferably in an area licked by the flames.

Un tel échangeur présente de multiples avantages, à savoir, notamment,le fait que
Les extrémités des ailettes peuvent entre portées à de très hautes températures (même à une température de fusion du métal) sans que cela entrain des dommages notables de l'ensemble de l'échangeur.Such an exchanger has multiple advantages, namely, in particular, the fact that
The ends of the fins can between brought to very high temperatures (even at a melting temperature of the metal) without this causing significant damage to the entire exchanger.

Il peut tout au plus se produire une oxn s = par oxydation deaexiiML des aflftes des zones très limitées, ainsi que des déformations éventuelles des ailettes, ce qui, dans l'un et l'autre cas, ne prote à aucune conséquence.At most, an oxn s = can occur by oxidation of the aexiiML of the flanks of very limited areas, as well as possible deformations of the fins, which, in either case, does not protect any consequence.

Le rendement de l'échangeur est considérablement augmenté, d'une part,du fait qu'il peut travailler gr- ce aux ailettes dans des zones à très hautes tempEra- ture du foyer, et, d'autre part, du fait qu'entre les ailettes il se produit des tourbillons de gaz chaud de combustion,de sorte que ce gaz reste plus longtemps en contact avec l'échangeur et que l'échange thermique se trouve augmenté en raison de la surface de contact considérablement accrue entre l'échangeur et les gaz chauds. The efficiency of the exchanger is considerably increased, on the one hand, because it can work thanks to the fins in zones with very high temperatures of the hearth, and, on the other hand, because between the fins there is a vortex of hot combustion gas, so that this gas remains in contact with the exchanger longer and the heat exchange is increased due to the considerably increased contact surface between the exchanger and hot gases.

Selon un mode d'exécution de l'invention, la face de la plaque de cheminée portant les ailettes est verticale. Dans ce cas, la largeur des ailettes peut avantageusement aller en croissant de bas en haut. According to one embodiment of the invention, the face of the chimney plate carrying the fins is vertical. In this case, the width of the fins can advantageously go from bottom to top.

Cette face de la plaque de cheminée pourrait également être inclinée par rapport à la verticale ou même incurvée et venir sensiblement en surplomb au-dessus du foyer. Dans ce cas, les ailettes peuvent éventuel lement être prévues d'égale largeur. This face of the chimney plate could also be inclined relative to the vertical or even curved and come substantially overhanging above the hearth. In this case, the fins may possibly be provided with equal width.

Par ailleurs, l'échangeur selon l'invention peut comprendre un élément de préchauffage consistant en un caisson en matière conductrice servant de base au foyer. Furthermore, the exchanger according to the invention may comprise a preheating element consisting of a box of conductive material serving as a base for the hearth.

Les caissons formant l'échangeur et/ou l'élément de préchauffage peuvent être équipés de cloisons intérieures améliorant l'échange thermique. Ces cloisons peuvent, par exemple, être disposées de manière à former des chicanes forçant le courant d'air & emprunter un parcours sinueux. The boxes forming the exchanger and / or the preheating element can be fitted with internal partitions improving the heat exchange. These partitions can, for example, be arranged so as to form baffles forcing the air flow & taking a winding path.

De même l'échangeur thermique peut comprendre un élément de surchauffe, situé au-dessus de l'échangeur, et disposé de manière à être léché par les gaz de combustion. Likewise, the heat exchanger may include an overheating element, situated above the exchanger, and arranged so as to be licked by the combustion gases.

Ainsi, un système de chauffage selon l'invention peut comprendre,en série, une turbine aspirant l'air frais,de préférence à l'extérieur de la pièce,et le refoulant dans ltéchangeur, éventuellement par l'intermédiaire de l'élément de préchauffage. A la sortie de l'échangeur, l'air réchauffé est envoyé dans la pièce, éventuellement après passage dans l'élément de surchauffe, par l'intermédiaire de bouches de chaleur. Thus, a heating system according to the invention can comprise, in series, a turbine sucking in fresh air, preferably outside the room, and discharging it into the exchanger, possibly via the element of preheating. At the outlet of the exchanger, the heated air is sent into the room, possibly after passing through the overheating element, via heat vents.

Bien entendu, l'air aspiré par la turbine pourrait provenir de la pièce à chauffer ou consister en un mélange d'air frais et de l'air de la pièce & chauffer. Of course, the air drawn in by the turbine could come from the room to be heated or consist of a mixture of fresh air and air from the room & heat.

Par ailleurs, l'élément de préchauffage peut comprendre des ouvertures obturables donnant sur le foyer, en vue de créer un courant d'air servant à activer la combustion, notamment au départ. Furthermore, the preheating element may include closable openings opening onto the hearth, with a view to creating a current of air serving to activate combustion, in particular at the start.

On notera, en outre, que. dans le but d'obtenir une régulation de la température de l'air délivré dans la pièce, au moins une partie de l'air chaud sortant de l'échangeur peut autre renvoyé à la turbine pour être recycle, la régulation pouvant alors être effectuée à l'aide d'un registre trois voies commandé en fonction de la température de l'air chaud. It should also be noted that. in order to obtain a regulation of the temperature of the air delivered into the room, at least part of the hot air leaving the exchanger can other returned to the turbine to be recycled, the regulation can then be performed using a three-way damper controlled according to the temperature of the hot air.

Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels
La figure 1 est une coupe verticale transversale d'une cheminée équipée d'un système de chauffage par air pulsé,
La figure 2 est une coupe verticale longitudinale schématique de la cheminée représentée figure 1.An embodiment of the invention will be described below, by way of nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings, in which
FIG. 1 is a vertical cross section of a chimney equipped with a forced air heating system,
FIG. 2 is a schematic longitudinal vertical section of the chimney shown in FIG. 1.

Dans l'exemple représenté sur ces figures, la cheminée, adossée à un mur 1, est de type classique, à foyer 2 légèrement surélevé par l'intermédiaire d'un socle 3 reposant sur le sol 4 (par exemple un parquet, une dalle). In the example shown in these figures, the chimney, against a wall 1, is of the conventional type, with hearth 2 slightly raised by means of a base 3 resting on the floor 4 (for example a parquet, a slab ).

Cette cheminée est équipée d'un échangeur de chaleur selon l'invention, qui comprend tout d'abord, une plaque de cheminée 5, par exemple en tôle d'acier ou en fonte, formant un caisson à parois antérieures 6 et postérieures 7 parallèles, cette plaque 5 étant scellée sur le contre-coeur de la cheminée. This chimney is equipped with a heat exchanger according to the invention, which comprises, first of all, a chimney plate 5, for example made of sheet steel or cast iron, forming a box with parallel front 6 and rear 7 walls , this plate 5 being sealed on the core of the chimney.

La paroi antérieure 6 (verticale) de cette plaque est munie d'une série d'ailettes horizontales 8 de largeur allant en croissant, de bas en haut. The front wall 6 (vertical) of this plate is provided with a series of horizontal fins 8 of width going up, from bottom to top.

Le volume intérieur de cette plaque 5 communique avec un élément de préchauffage,qui se présente sous la forme d'un caisson horizontal réalisé, par exemple, en tôle d'acier, qui supporte le foyer 2 de la cheminée. The internal volume of this plate 5 communicates with a preheating element, which is in the form of a horizontal box made, for example, of sheet steel, which supports the hearth 2 of the chimney.

Cet élément de préchauffage 9 comprend, dans sa partie inférieure, un orifice d'admission 10, duquel part une tubulure 11 raccordée à la sortie d'une turbine 12 actionnée par un moteur électrique. Cette turbine 12 aspire de l'air frais provenant de l'extérieur grâce à un conduit 13 passant au travers du mur 1. This preheating element 9 comprises, in its lower part, an inlet orifice 10, from which leaves a pipe 11 connected to the outlet of a turbine 12 actuated by an electric motor. This turbine 12 sucks in fresh air from the outside through a conduit 13 passing through the wall 1.

L'échangeur 5 est prolongé, dans sa partie supérieure, par une section 14,dont la face antérieure 15, légèrement oblique par rapport à la verticale, vient légèrement en surplomb au-dessus du foyer 2. The exchanger 5 is extended, in its upper part, by a section 14, the front face 15 of which, slightly oblique with respect to the vertical, comes slightly overhanging above the hearth 2.

De cette section 14, qui fait office d'élément de surchauffe, part au moins une manche à air 16 débou chant dans la pièce (ou dans une pièce située à l'étage supérieur) par l'intermédiaire d'une bouche de chaleur 17 à ouverture réglable, montée dans la hotte 18 de la cheminée. From this section 14, which acts as an overheating element, leaves at least one air sleeve 16 leading into the room (or in a room located on the upper floor) via a heat outlet 17 with adjustable opening, mounted in the hood 18 of the chimney.

En raison du fait que l'air chaud se trouve une température élevée (supérieure à 1000), cette sortie d'air chaud peut être aménagée comme un radiateur avant de déboucher dans la pièce. Due to the fact that the hot air is at a high temperature (above 1000), this hot air outlet can be arranged like a radiator before opening into the room.

Comme précédemment mentionné, l'air pulsé par la turbine 12 peut également servir à activer le départ de la combustion du foyer ou à la animer. As previously mentioned, the air pulsed by the turbine 12 can also be used to activate the start of combustion of the hearth or to animate it.

A cet effet, l'élément de préchauffage 9 peut comprendre une prise d'air latérale 20,éventuellement réglable. De mêmeaon peut prévoir, dans la maçonnerie, une prise d'air 21 raccordée à la tubulure 11. To this end, the preheating element 9 may comprise a lateral air intake 20, possibly adjustable. Similarly, in the masonry, an air intake 21 connected to the pipe 11 can be provided.

Par ailleurs, pour améliorer son rendement, g"élé- ment de préchauffage 9 (ainsi qutéventuellement ltéchan- geur 5) peut comprendre une série de cloisons internes 22,disposées de manière à former des chicanes forçant le courant d'air à emprunter un parcours sinueux et à ventiler,d'une façon homogène, la paroi supérieure 23 de l'élément de préchauffage 9. Furthermore, to improve its efficiency, the preheating element 9 (and possibly also the exchanger 5) may include a series of internal partitions 22, arranged so as to form baffles forcing the current of air to take a path. sinuous and to ventilate, in a homogeneous manner, the upper wall 23 of the preheating element 9.

En vue dtaméliorer encore ce système de chauffage, la cheminée peut comprendre, au niveau de l'avaloir 24, un registre 25 à positions variables permettant de regeler le tirage,en le limitant lorsque le combustible n'est plus qu'à l'état de braise. On parvient ainsi à réduire les déperditions thermiques par la cheminée. In order to further improve this heating system, the chimney may include, at the outlet 24, a register 25 with variable positions allowing the draft to be frozen, limiting it when the fuel is only in the state of embers. We thus manage to reduce heat loss through the chimney.

il est également possible d'équiper la cheminée d'un système de réflection permettant de renvoyer vers la pièce l'énergie calorifique dissipée par rayonnement infrarouge. it is also possible to equip the chimney with a reflection system allowing the heat energy dissipated by infrared radiation to be returned to the room.

Un tel système peut comprendre deux réflecteurs paraboliques verticaux latéraux, ainsi qu'un réflecteur parabolique escamotable 26, autour d'un axe horizontal 27 disposé sur la bordure inférieure de la hotte 18. Such a system can comprise two lateral vertical parabolic reflectors, as well as a retractable parabolic reflector 26, around a horizontal axis 27 arranged on the lower edge of the hood 18.

Claims

1.- Chimney plate forming a heat exchanger, in particular for heating the air circulating in a heat recovery system fitted to a chimney, characterized in that it consists of a box made of a thermally conductive material, inside- inside of which a current of air can circulate, between an inlet orifice and an outlet orifice, and the front face (6) of which, oriented towards the side of the hearth (2), is equipped with a series of fins ( 8), for example horizontal, extending in the direction of the hearth (2) and ending in the immediate vicinity of the fire, preferably in an area licked by the flames.

2.- Chimney plate according to claim 1, characterized in that its face (6) carrying fins (8) is vertical, and in that, in this case, the width of the fins (8) increases, bottom up.

3.- Chimney plate according to claim 1, characterized in that its face (6) carrying fins (8), is inclined relative to the vertical, or is curved and comes substantially overhanging above the foyer1 and in that, in this case, the fins (8) can advantageously be provided with equal width.

4.- Chimney plate according to one of the preceding claims, characterized in that it is associated with a preheating element (9) consisting of a box of thermally conductive material serving as the base of the hearth (2).

5.- Chimney plate according to one of the preceding claims, characterized in that the boxes forming the exchanger (5) and / or the preheating element (9) are equipped with internal partitions (22) arranged so as to forming baffles forcing the air flow to take a winding path.

6.- Chimney plate according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an overheating element (14), located above the exchanger (5) and arranged so as to be licked by combustion gases.

7.- Heating system using a chimney plate forming a heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises in series, a turbine (12) sucking in the fresh air, preferably outside the room , and discharging it into the exchanger (5), optionally via the preheating element (9), are in that, at the outlet of the exchanger (5), the heated air is sent into the room , possibly after passing through the superheat element (14), via at least one heat outlet (17).

8.- System according to claim 7, characterized in that the air sucked by the turbine (12) comes from the room to be heated and / or consists of a mixture of fresh air and dtair of the room to be heated.

9.- System according to claims 7 and 8, characterized in that the aforesaid preheating element (9) comprises at least one closable opening (20) overlooking the hearth (2), in particular with a view to creating a current of air used to activate combustion.

10.- System according to one of claims 7, 8 and 9, characterized in that, for the purpose of obtaining regulation of the temperature of the air supplied to the room, at least part of the hot air leaving the exchanger ( 5) is returned to the turbine (12) for recycling, the regulation being able to be carried out using a three-way register controlled as a function of the temperature of the hot air.

11.- Chimney comprising a heating system according to one of claims 7, 8, 9 and 10.

12.- Chimney according to claim 11, characterized in that it comprises, at the outlet (24), a register (25) with variable positions for adjusting the draft.

13.- Chimney according to one of claims 11 and 12, characterized in that it comprises a reflection system making it possible to return to the room heat energy dissipated by infrared radiation, said system being able to comprise two lateral vertical parabolic reflectors, as well as 'a parabolic reflector (26) retractable about a horizontal axis (27) disposed under the lower edge of the hood (18).