FR2681669A1 - Heat exchanger for a fireplace with a metal hearth (stove) - Google Patents
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Abstract
Description
ECHANGEUR DE CHALEUR POUR UNE CHEMINEE A FOYER
METALLIQUE
La présente invention concerne un échangeur de chaleur pour une cheminée à foyer métallique entouré au moins partiellement par un circuit d'air pour récupération de chaleur, l'échangeur étant placé dans le circuit d'air et pourvu de conduits de fumées à parois métalliques entre au moins une entrée de fumées, raccordée à un avaloir du foyer métallique, et une sortie de fumées raccordée à un canal d'évacuation.HEAT EXCHANGER FOR A FIREPLACE
METALLIC
The present invention relates to a heat exchanger for a metal fireplace chimney surrounded at least partially by an air circuit for heat recovery, the exchanger being placed in the air circuit and provided with flue pipes with metal walls between at least one smoke inlet, connected to a drain of the metal hearth, and a smoke outlet connected to a discharge channel.
Pour améliorer le rendement énergétique des cheminées de salon ou similaires, équipées d'une cassette métallique (appelée communément "insert") qui forme un foyer fermé, il est connu de laisser circuler de l'air, provenant du local à chauffer ou de l'extérieur, autour du foyer fermé et de recueillir cet air dans la partie supérieure de la cheminée pour le distribuer par des conduits à air chaud dans un ou plusieurs locaux. Le foyer fermé peut alors être surmonté d'un échangeur de chaleur comportant par exemple plusieurs tubes métalliques verticaux traversés par les fumées et léchés par l'air de récupération, lequel prélèvera le plus possible de chaleur résiduelle des fumées.To improve the energy efficiency of living room fireplaces or the like, equipped with a metal cassette (commonly called "insert") which forms a closed hearth, it is known to allow air to circulate, originating from the room to be heated or from the outside, around the closed hearth and collect this air in the upper part of the chimney to distribute it by hot air ducts in one or more rooms. The closed hearth can then be surmounted by a heat exchanger comprising, for example, several vertical metal tubes traversed by the fumes and licked by the recovery air, which will extract as much residual heat from the fumes.
Ces échangeurs connus ont toutefois certains inconvénients relatifs à leur installation et aux conditions d'exploitation de la cheminée. Ils sont relativement encombrants en hauteur et ne peuvent donc être installés que dans des cheminées particulièrement hautes. Comme le flux des fumées est divisé en plusieurs flux parallèles dans des tubes dont la section de passage est relativement faible, le tirage s'établit difficilement lors de l'allumage du feu. En outre, lors du ramonage, l'échangeur rend difficile l'évacuation des suies provenant du conduit à fumées et, dans bien des cas, nécessite un démontage partiel pour être lui-même ramone.These known exchangers, however, have certain drawbacks relating to their installation and the operating conditions of the chimney. They are relatively bulky in height and can therefore only be installed in particularly tall chimneys. As the smoke flow is divided into several parallel flows in tubes whose passage section is relatively small, the draft is difficult to establish when the fire is started. In addition, during sweeping, the exchanger makes it difficult to evacuate the soot from the smoke duct and, in many cases, requires partial disassembly to be swept itself.
La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur simple et compact, susceptible d'être installé facilement sur un foyer fermé de type usuel et permettant à la fois un bon échange de chaleur et un bon tirage dans tous les régimes de fonctionnement. Un but supplémentaire consiste à agencer l'échangeur de façon à faciliter le ramonage.The present invention relates to a simple and compact heat exchanger, capable of being easily installed on a closed hearth of the usual type and allowing both good heat exchange and good draft in all operating conditions. An additional aim is to arrange the exchanger so as to facilitate sweeping.
Dans ce but, l'invention concerne un échangeur de chaleur du type indiqué en préambule, caractérisé en ce que les conduits de fumées comprennent un caisson central, entouré par le circuit d'air, et au moins une paire de conduits latéraux entourés par ledit circuit, en ce que le caisson central comporte une chambre centrale raccordée à une entrée centrale de fumées, une chambre de sortie disposée au-dessus de la chambre centrale et raccordée à la sortie de fumées, et un orifice réduit reliant ces deux chambres et ayant une section de passage sensiblement plus petite que celle de la sortie de fumées, et en ce que les conduits latéraux relient l'avaloir ou une partie inférieure de la chambre centrale à la chambre de sortie.For this purpose, the invention relates to a heat exchanger of the type indicated in the preamble, characterized in that the flue pipes include a central box, surrounded by the air circuit, and at least one pair of lateral pipes surrounded by said circuit, in that the central box comprises a central chamber connected to a central smoke inlet, an outlet chamber arranged above the central chamber and connected to the smoke outlet, and a reduced orifice connecting these two chambers and having a passage section substantially smaller than that of the smoke outlet, and in that the lateral conduits connect the drain or a lower part of the central chamber to the outlet chamber.
Le caisson central et les conduits latéraux peuvent avantageusement avoir, en plan, des sections transversales rectangulaires.The central box and the lateral conduits may advantageously have, in plan, rectangular cross sections.
De préférence, l'entrée centrale de fumées, ledit orifice réduit et la sortie des fumées sont alignés.Preferably, the central smoke inlet, said reduced orifice and the smoke outlet are aligned.
Dans une forme particulièrement avantageuse de l'invention, la chambre centrale et la chambre de sortie sont formées par subdivision du caisson central au moyen d'une cloison dans laquelle est ménagé ledit orifice réduit, et ladite cloison a une forme en entonnoir au bas duquel se trouve ledit orifice réduit. Ladite cloison peut être amovible pour le nettoyage de l'échangeur.In a particularly advantageous form of the invention, the central chamber and the outlet chamber are formed by subdivision of the central box by means of a partition in which is formed said reduced orifice, and said partition has a funnel-shaped shape at the bottom of which is located said reduced orifice. Said partition may be removable for cleaning the exchanger.
Différentes variantes de réalisation des conduits latéraux sont possibles.Different variants of the lateral conduits are possible.
Dans une première variante, chacun des conduits latéraux comporte une entrée raccordée à l'avaloir. Dans une autre variante plus compacte, chacun des conduits latéraux comporte une entrée ménagée dans une paroi latérale de la chambre centrale. L'entrée de chaque conduit latéral peut être équipée d'un déflecteur ajustable entre différentes positions.In a first variant, each of the lateral conduits has an inlet connected to the drain. In another more compact variant, each of the side conduits has an inlet formed in a side wall of the central chamber. The inlet of each lateral duct can be equipped with an adjustable deflector between different positions.
L'entrée de chaque conduit latéral peut être équipée d'un déflecteur donnant aux fumées une trajectoire hélicoïdale. The inlet of each lateral duct can be equipped with a deflector giving the smoke a helical trajectory.
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de deux exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement en perspective une première forme de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention, monté sur un foyer métallique fermé, les ailettes extérieures de l'échangeur étant supprimées pour clarifier le dessin, - la figure 2 est une vue en élévation latérale de l'échangeur de la figure 1, - la figure 3 représente l'échangeur de la figure 1, respectivement en élévation frontale dans sa partie de gauche (A) et en coupe verticale dans sa partie de droite (B), suivant la ligne III-III de la figure 4, - la figure 4 représente l'échangeur de la figure 1, respectivement en plan dans sa partie de gauche (A) et en coupe horizontale dans sa partie de droite (B), suivant la ligne IV-IV de la figure 3, - la figure 5 représente schématiquement en perspective une seconde forme de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention, monté sur un foyer métallique fermé, les ailettes extérieures de l'échangeur étant supprimées pour clarifier le dessin, et - la figure 6 est une vue analogue à la figure 3, pour l'échangeur de chaleur de la figure 5.The present invention and its advantages will appear better in the following description of two exemplary embodiments, with reference to the appended drawings, in which - FIG. 1 schematically shows in perspective a first embodiment of a heat exchanger according to the invention, mounted on a closed metal hearth, the external fins of the exchanger being removed to clarify the drawing, - Figure 2 is a side elevational view of the exchanger of Figure 1, - Figure 3 shows the exchanger of the Figure 1, respectively in front elevation in its left part (A) and in vertical section in its right part (B), along the line III-III of Figure 4, - Figure 4 shows the exchanger of Figure 1, respectively in plan in its left part (A) and in horizontal section in its right part (B), along the line IV-IV of Figure 3, - Figure 5 shows schematically in perspective a e second embodiment of a heat exchanger according to the invention, mounted on a closed metal hearth, the external fins of the exchanger being removed to clarify the drawing, and - Figure 6 is a view similar to Figure 3 , for the heat exchanger of figure 5.
En référence à la figure 1, un échangeur de chaleur 1 selon l'invention est monté sur un foyer métallique fermé 2 d'un type usuel, pourvu d'une porte frontale 3 et d'un avaloir 4 en forme de tronc de pyramide, qui rassemble les fumées vers un orifice supérieur raccordé à une entrée de l'échangeur 1. L'ensemble des éléments 1 et 2 est destiné à être installé dans une cheminée comportant un circuit d'air de récupération de chaleur autour de ces deux éléments, comme expliqué plus haut. With reference to FIG. 1, a heat exchanger 1 according to the invention is mounted on a closed metal hearth 2 of a usual type, provided with a front door 3 and a drain 4 in the form of a trunk of pyramid, which collects the smoke towards an upper orifice connected to an inlet of the exchanger 1. The assembly of elements 1 and 2 is intended to be installed in a chimney comprising a heat recovery air circuit around these two elements, as explained above.
L'échangeur 1 est pourvu d'une sortie de fumées 5 qui peut être raccordée comme d'habitude au canal d'évacuation des fumées et qui comporte un clapet pivotant de réglage 6 commandé de manière connue par une tringlerie 7 et une poignée 8. Vu de l'extérieur, l'échangeur 1 présente essentiellement un caisson central 10, monté sur le sommet de l'avaloir 4, et deux conduits latéraux 11 disposés de part et d'autre du caisson 10 et raccordés au foyer 2 sur des faces latérales inclinées 12 de l'avaloir 4.The exchanger 1 is provided with a smoke outlet 5 which can be connected as usual to the smoke evacuation channel and which comprises a pivoting adjustment valve 6 controlled in known manner by a linkage 7 and a handle 8. Seen from the outside, the exchanger 1 essentially has a central box 10, mounted on the top of the drain 4, and two lateral conduits 11 arranged on either side of the box 10 and connected to the hearth 2 on faces inclined side 12 of the inlet 4.
En référence aux figures 2 à 4, le caisson central 10 de l'échangeur de chaleur a une forme rectangulaire en plan, avec des parois extérieures planes permettant une construction économique en tôle pliée et soudée.With reference to FIGS. 2 to 4, the central box 10 of the heat exchanger has a rectangular plan shape, with flat outer walls allowing economical construction in folded and welded sheet metal.
Des ailettes métalliques 14 sont soudées sur les faces extérieures du caisson, pour augmenter la surface d'échange thermique et pour guider en même temps l'air circulant le long de l'échangeur. Dans la figure 3(A), les trajectoires de cet air sont représentées par des flèches en traits mixtes. Les conduits latéraux ont également une section transversale rectangulaire et sont pourvus d'ailettes extérieures 15. Afin que l'air montant autour du foyer 2 soit forcé de suivre les parois de l'échangeur 1, une paire de déflecteurs extérieurs 13 entoure la majeure partie de l'échangeur et peut être raccordée aux parois environnantes du manteau de la cheminée, ces déflecteurs étant découpés sur place pour s'adapter aux dits parois. Ils sont inclinés de façon à canaliser l'air en direction de la zone médiane de l'échangeur, qui est généralement la plus chaude.Metal fins 14 are welded to the outer faces of the box, to increase the heat exchange surface and to guide the air flowing along the exchanger at the same time. In Figure 3 (A), the paths of this air are represented by arrows in phantom. The lateral conduits also have a rectangular cross section and are provided with external fins 15. So that the air rising around the hearth 2 is forced to follow the walls of the exchanger 1, a pair of external deflectors 13 surrounds most of it. of the exchanger and can be connected to the surrounding walls of the chimney breast, these deflectors being cut on site to adapt to said walls. They are inclined so as to channel the air towards the central zone of the exchanger, which is generally the warmest.
L'intérieur du caisson central 10 est subdivisé en deux chambres superposées, à savoir une chambre centrale 16 et une chambre de sortie 17, par une cloison en tôle 18 ayant en son centre un orifice réduit 19 par où un débit limité de fumées peut passer de la chambre 16 à la chambre 17. La cloison 18 a une forme en entonnoir destinée non seulement à dévier les fumées dans la chambre 16, comme on le décrira plus loin, mais aussi à rassembler vers l'orifice 19 tout déchet solide susceptible de tomber dans l'échangeur quand on ramone le canal de fumées. L'orifice 19 est centré au-dessus d'un orifice d'entrée 20 par lequel les fumées (représentées par des flèches en traits gras) peuvent monter de l'avaloir 4 à la chambre centrale 16.Chaque conduit latéral
Il aboutit latéralement dans la chambre de sortie 17 du caisson central 10, et part d'un orifice d'entrée 21 ménagé dans la paroi inclinée correspondante 12 de l'avaloir 4 et entouré par un rebord de tôle 22 dans lequel le conduit 11 est emboîté. A l'intérieur de Avaloir, ce rebord porte des supports à crans 23 sur lesquels est inséré un déflecteur 24 en tôle légère qu'on peut placer à une distance réglable de l'orifice d'entrée du conduit 11. Cette distance est ajustée lors de l'installation de l'échangeur, en fonction des conditions particulières de tirage de la cheminée. De préférence, un déflecteur hélicoïdal 25 est monté au-dessus de chaque déflecteur 24, pour provoquer dans le conduit 11 un mouvement circulaire améliorant l'échange thermique sur les parois.On notera que les déflecteurs 24 et 25, ainsi que la cloison 18, sont facilement démontables en cas de besoin pour le ramonage.The interior of the central box 10 is subdivided into two superimposed chambers, namely a central chamber 16 and an outlet chamber 17, by a sheet metal partition 18 having in its center a reduced orifice 19 through which a limited flow of smoke can pass from chamber 16 to chamber 17. The partition 18 has a funnel shape intended not only to deflect the fumes in chamber 16, as will be described below, but also to collect towards the orifice 19 any solid waste likely to fall into the exchanger when the smoke channel is swept. The orifice 19 is centered above an inlet orifice 20 through which the fumes (represented by arrows in bold lines) can rise from the drain 4 to the central chamber 16. Each lateral duct
It ends laterally in the outlet chamber 17 of the central box 10, and leaves from an inlet orifice 21 formed in the corresponding inclined wall 12 of the drain 4 and surrounded by a sheet ledge 22 in which the duct 11 is nested. Inside Avaloir, this rim carries notch supports 23 on which is inserted a deflector 24 made of light sheet metal which can be placed at an adjustable distance from the inlet opening of the conduit 11. This distance is adjusted during the installation of the exchanger, depending on the specific conditions of the chimney draft. Preferably, a helical deflector 25 is mounted above each deflector 24, to cause in the duct 11 a circular movement improving the heat exchange on the walls. It will be noted that the deflectors 24 and 25, as well as the partition 18, are easily removable if necessary for sweeping.
La figure 3 (B) illustre le circuit des fumées en régime normal. Le flux principal 26 des fumées montant dans l'avaloir 4 du foyer entre dans la chambre centrale 16, où il se subdivise en un flux restreint 26a qui traverse l'orifice réduit 19 et va directement à l'orifice de sortie 5, et un flux principal 26b qui dévié par la cloison 18 de façon à redescendre le long des parois latérales de la chambre 16. Ce flux 26b est alors aspiré vers les faces latérales de l'avaloir 4 par les conduits latéraux 11. Les fumées s'échappent ensuite par la chambre 17 et l'orifice 5.Figure 3 (B) illustrates the smoke circuit under normal conditions. The main flow 26 of the fumes rising into the outlet 4 of the hearth enters the central chamber 16, where it is subdivided into a restricted flow 26a which passes through the reduced orifice 19 and goes directly to the outlet orifice 5, and a main flow 26b which deflects through the partition 18 so as to descend down along the side walls of the chamber 16. This flow 26b is then sucked towards the side faces of the drain 4 by the side conduits 11. The fumes then escape through chamber 17 and orifice 5.
L'orifice réduit 19 joue un rôle important parce qu'il empêche la formation d'un tampon de fumées refroidies dans la partie supérieure de la chambre centrale 16. De plus, il facilite notablement l'allumage de la cheminée, puisqu'il permet à ce moment un passage direct des fumées le long de l'axe vertical du foyer et de l'échangeur. Un débit de fumées substantiel ne s'établit dans les canaux latéraux 11 que lorsque le tirage est suffisant.The reduced orifice 19 plays an important role because it prevents the formation of a buffer of cooled smoke in the upper part of the central chamber 16. In addition, it notably facilitates the lighting of the chimney, since it allows at this time a direct passage of the fumes along the vertical axis of the hearth and the exchanger. A substantial smoke flow is established in the lateral channels 11 only when the draft is sufficient.
La description ci-dessus montre qu'en régime de fonctionnement normal, la plus grande partie des fumées effectue une trajectoire relativement longue le long des parois métalliques de la chambre 16, puis des conduits latéraux 11 et de la chambre de sortie 17 avant d'être évacuée. Il en résulte une récupération importante de chaleur par abaissement de la température de sortie des fumées. Néanmoins, les sections de passage des fumées à l'intérieur de l'échangeur sont relativement larges et freinent donc peu l'écoulement des gaz. Ceci facilite aussi le ramonage, d'autant plus que les conduits latéraux ne peuvent pas recevoir de suie provenant du canal d'évacuation.The above description shows that under normal operating conditions, most of the fumes make a relatively long trajectory along the metal walls of the chamber 16, then of the lateral conduits 11 and of the outlet chamber 17 before be evacuated. This results in significant heat recovery by lowering the outlet temperature of the fumes. However, the flue gas passage sections inside the exchanger are relatively large and therefore do little to hinder the flow of gases. This also facilitates sweeping, especially since the lateral conduits cannot receive soot from the discharge channel.
Les figures 5 et 6 représentent une autre forme de réalisation d'un échangeur de chaleur 30 selon l'invention. Pour faciliter la compréhension, les éléments de cet échangeur qui sont semblables à ceux de lléchangeur 1 décrit ci-dessus portent les mêmes références. L'échangeur 30 diffère de l'échangeur 1 par le fait que ses conduits latéraux 31 ne partent pas de l'avaloir 4 du foyer 2, mais d'orifices latéraux 32 ménagés dans la partie inférieure des parois latérales de la chambre centrale 16 du caisson 10. Par conséquent, tout le flux 26 des fumées entre dans lléchangeur par l'orifice central 20, où le clapet de réglage 10 peut être installé. Cet orifice est défini par une buse cylindrique 33 qui forme la base de l'échangeur et qui peut, le cas échéant, être interchangeable pour s'adapter au diamètre de sortie d'un foyer 2 de type donné. Pour le reste, l'échangeur 31 fonctionne de la même manière que l'échangeur 1 et présente les mêmes avantages.Figures 5 and 6 show another embodiment of a heat exchanger 30 according to the invention. To facilitate understanding, the elements of this exchanger which are similar to those of exchanger 1 described above have the same references. The exchanger 30 differs from the exchanger 1 in that its lateral conduits 31 do not start from the outlet 4 of the hearth 2, but from the lateral orifices 32 formed in the lower part of the side walls of the central chamber 16 of the box 10. Consequently, the entire flow 26 of the fumes enters the exchanger through the central orifice 20, where the regulating valve 10 can be installed. This orifice is defined by a cylindrical nozzle 33 which forms the base of the exchanger and which can, if necessary, be interchangeable to adapt to the outlet diameter of a hearth 2 of a given type. For the rest, the exchanger 31 operates in the same way as the exchanger 1 and has the same advantages.
La présente invention n' est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier.The present invention is not limited to the embodiments described above, but it extends to any modification or variant obvious to a person skilled in the art.
Grâce à sa conception et à sa construction compacte, un échangeur selon l'invention peut généralement être installé sans difficulté dans une cheminée neuve ou une cheminée existante, et il peut être combiné à différents types de foyers fermés. Thanks to its design and compact construction, an exchanger according to the invention can generally be installed without difficulty in a new chimney or an existing chimney, and it can be combined with different types of closed hearths.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9111971A FR2681669B1 (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | HEAT EXCHANGER FOR A METAL FIREPLACE. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9111971A FR2681669B1 (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | HEAT EXCHANGER FOR A METAL FIREPLACE. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2681669A1 true FR2681669A1 (en) | 1993-03-26 |
| FR2681669B1 FR2681669B1 (en) | 1993-11-26 |
Family
ID=9417398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9111971A Expired - Fee Related FR2681669B1 (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | HEAT EXCHANGER FOR A METAL FIREPLACE. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2681669B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH102689A (en) * | 1922-08-09 | 1923-12-17 | Morf Hulda | Stovepipe insert. |
| CH170375A (en) * | 1933-08-23 | 1934-07-15 | Keller Wiggenhauser Gottlieb | Device for better heat utilization of the combustion gases from heating stoves. |
| US3913663A (en) * | 1974-05-03 | 1975-10-21 | Jack R Gates | Energy conservation chamber |
| US4117883A (en) * | 1976-08-30 | 1978-10-03 | Feldmann William F | Heat retriever |
-
1991
- 1991-09-25 FR FR9111971A patent/FR2681669B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CH102689A (en) * | 1922-08-09 | 1923-12-17 | Morf Hulda | Stovepipe insert. |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2681669B1 (en) | 1993-11-26 |
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