WO1985003341A1 - Recuperateur de calories a foyer ouvert pour cheminees d'appartement ou de maison individuelle - Google Patents

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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a heat recovery unit for apartment or individual house fireplaces to keep an open fireplace while enjoying exceptional performance. There are multiple devices and apparatuses for the recovery of calories in the chimneys of apartment or individual house.
  • recuperators can transform the open hearth of a chimney into a closed hearth.
  • These devices take the form of a closed metal box, with a double envelope. The front opening is closed by a pivoting or retractable glass door.
  • recuperators extend upwards by a pyramidal metallic upper part which enters the drain and the chimney hood. The air flow circulating between the walls of the appliance and the walls of the chimney comes out heated at the top by side vents.
  • the present invention aims to provide a material with high calorific output which leaves the user with all the amenities and advantages of an open fire.
  • the path of the flue gases must be increased sufficiently to rid them of all the useful calories before entering the exhaust duct.
  • the length of the smoke path on the radiating walls increases the heat exchange and thus improves the recovery of calories normally carried by the smoke.
  • the invention proposes to apply these two principles to an open hearth fireplace according to a simple embodiment and easy assembly in new fireplaces, but also in old fireplaces.
  • the open hearth recuperator according to the invention is characterized by the following means.
  • a central envelope with opening on the front serves as a foyer.
  • Main evacuations, lower side and upper side open into an intermediate double envelope, opening on the front.
  • This intermediate envelope is extended by the smoke evacuation duct.
  • the outer envelope is also open on the front.
  • a valve arranged in the upper part of the central envelope allows the direct evacuation of smoke during the ignition phase.
  • the open hearth recuperator according to the invention has many advantages compared to the embodiments existing up to now.
  • FIG. 1 is a vertical sectional profile view of the recuperator according to the basic version of the invention.
  • FIG. 2 is a view in vertical section parallel to a front plane of the recuperator shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a vertical sectional profile view of a recuperator with mechanical fume extractor with catalyst and with multiple outlets.
  • the general idea of the invention consists on the one hand in increasing the path of the fumes and in braking them properly in order to recover the maximum of calories and in producing, on the other hand, technical forms which allow improved combustion of the "reverse draft" type.
  • Various arrangements and accessories can be envisaged, which will facilitate the assembly, operation or performance of this device. They will be specified below without making this list exhaustive.
  • the recuperator according to the invention is intended to be placed in an apartment or individual house chimney, in order to increase its efficiency, while fully retaining the pleasure of the open hearth.
  • the recuperator consists of a central casing 1 constituting the hearth proper 2.
  • the central casing 1 of generally paralIéI to somehow divulge shape extends upwards by an upper part pyramida the 3, in the shape of a hood, termin i born in end by a valve 4, preferably but not necessarily pivoting. This valve may include a small opening that can be adjusted in the closed position so as to keep a residual security draft.
  • the central envelope 1 has an opening 5 on the front corresponding approximately in surface and in location to the opening of the chimney.
  • the latter has, at the hearth level, for example on either side, it that is to say in the front and rear part and on the sides, openings 9, 10, 11 and 12 communicating with a volume 13 for evacuating the fumes, delimited by an intermediate envelope 14 and the central envelope 1.
  • the intermediate casing 14 completely surrounds the central casing 1, except on the front where it has an opening 15 adapted to the opening of the chimney and that of the central casing 1.
  • the edges of the opening 15 of the intermediate casing 14 extend beyond the corresponding edges of the opening 5 so as to provide ramps 10 and 17 projecting, forming a deflector and collector for the fumes. It is the same for the vertical edges of the opening 15.
  • the opening 15 of the intermediate casing 14 may be equipped, in the upper part with a window 18 or other wall of adjustable, removable or retractable length, with a surface area less than that of the opening, with the aim of reducing the air intake by this way.
  • the intermediate envelope 14 extends upwards and communicates in the upper part with the duct 19 for evacuating the smoke in extension of its pyramidal conformation.
  • the primary volume 13 between the envelope intermediate 14 and the outer walls of the inner casing 1 serves as a smoke evacuation volume along the longest possible path because the fumes emitted near the opening pass under the hearth where they can still heat up.
  • An outer casing 20 surrounds the heating assembly and forms with it an exchanger for the air admitted and distributed in the lower part by lower vents 21 and upper vents 22. This outer enclosure is similarly open on the front for keep the fireplace as an open hearth.
  • the intermediate recovery volume 23 joins the smoke evacuation duct 19 at the end of its upper hood-shaped part. It opens at this level or at the end of its walls inclined to the outside by orifices such as 26, either directly in the room, or in a more distant place through a sheath of enemy 27. In order to be able to orient the flow of heated air, the orifices 26 will be fitted with sections 28 of deformable metal sheaths.
  • auxiliary outlets such as 29 for the evacuation of the heated air between the outer casing and the walls of the chimney.
  • the combustion air arrives under the hearth, but preferably laterally, through a sheath 30 of larger diameter passing through the various envelopes.
  • the combustion air is thus brought in from outside or from another place in the room and benefits from preheating.
  • the recuperator according to the invention has been described above by its general means. Some possible variants or arrangements will be specified below.
  • a catalytic reactor 32 which causes the catalytic post combustion of the gases contained in the fumes and thus makes it possible to recover calories on normally unburned gases.
  • a heat exchanger for example with cross-flow can be provided to heat the ambient air and eject the hot air into the room. We can thus multiply the exhaust vents of the hot air, so as to better distribute it in the room.
  • the low 21 and high 22 air inlets can be equipped with a fan such as 33 to increase the heat exchange and obtain a better evacuation and distribution of hot air.
  • the front opening can receive on the outside, a door 34 allowing the fireplace to be closed and thus guaranteeing all security for night-time operation.
  • the different walls will be produced in the form of removable partitions assembled to each other by hooking, screwing or any other mechanical means.
  • This fire stop element 35 can moreover be associated with the valve 4 and then constitute a fire valve.
  • the air flow generated by the temperature difference should, in principle, be sufficient to evacuate the majority of the calories produced by combustion inside the room.

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Abstract

Récupérateur à foyer ouvert pour cheminées. Récupérateur caractérisé par une enveloppe centrale (1) ouverte en façade par (5) et se prolongeant vers le haut en hotte terminée en extrémité par un clapet (4), ladite enveloppe (1) communiquant avec, par des ouvertures de (9) à (12), et étant entourée par une enveloppe intermédiaire (14) ouverte à l'avant au-delà de l'ouverture (5). L'enveloppe intermédiaire (14) est, elle-même, entourée d'une enveloppe extérieure (21) pour constituer un volume d'échange (24) dans lequel l'air ambiant de la pièce est réchauffé pour ressortir en partie supérieure. Cette invention intéresse les constructeurs de récupérateurs pour cheminées.

Description

RECUPERATEUR DE CALORIES A FOYER OUVERT POUR CHEMINEES D'APPARTEMENT OU DE MAISON INDIVIDUELLE.
L'invention se rapporte à un ensemble de récupération de calories pour cheminées d'appartement ou de maison individuelle permettant de conserver un foyer ouvert tout en bénéficiant d'un rendement except ionnel. Il existe de multiples dispositifs et appareils pour la récupération des calories dans les cheminées d'appartement ou de maison individuelle.
Nous ne décrirons pas, ci-après, les dispositifs à placer au centre du foyer, servant de support aux bûches en combustion. Ces dispositifs captent la chaleur de l'intérieur du foyer pour la distribuer à l'extérieur par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur : air ou eau. Ils ne présentent aucune analogie avec la présente invention.
Une autre catégorie de récupérateurs permet de transformer le foyer ouvert d'une cheminée en foyer fermé. Ces appareils affectent la forme d'une boîte métallique fermée, a double enveloppe. L'ouverture de façade est obturée par une porte vitrée pivotante ou escamotable.
La chaleur rayonnée par le foyer réchauffe l'air circulant dans le volume intermédiaire entre les enveloppes et se trouve projetée dans la pièce par des ouvertures prévues au-dessus de la porte. Ces appare i ls fonct ionnent parfa itement et permettent une récupération intéressante des calories normalement emportées dans les fumées. D'autres variantes de ce type de récupérateurs se prolongent vers le haut par une partie supérieure métallique pyramidale qui entre dans l'avaloir et dans la hotte de cheminée. Le courant d'air circulant entre les parois de l'appareil et les parois de la cheminée ressort réchauffé en partie supérieure par des bouches latérales.
Cette réalisation s'avère de construction plus simple, mais, à l'évidence, plus difficile à monter dans une cheminée ancienne. Malheureusement et malgré la vision des flammes à travers la porte vitrée, l'utilisateur ne retrouve pas l ' attra it et l'agrément du foyer ouvert.
La présente invention a pour but de proposer un matériel à haut rendement calorifique qui laisse à l'utilisateur tous les agréments et les avantages du foyer à feu ouvert.
Pour récupérer le plus de calories possible dans les fumées, en utilisant une enceinte a double enveloppe, il convient d'augmenter suffisamment le trajet des fumées pour les débarrasser de toutes les calories utiles avant leur entrée dans le conduit d'évacuation. La longueur du cheminement des fumées sur les parois rayonnantes augmente l'échange thermique et permet ainsi d'améliorer la récupération des calories normalement emportées par les fumées.
Par ailleurs, la technique de combustion dite à tirage inversé permet de freiner suffisamment les fumées sans autre moyen mécanique pour assurer un échange efficace.
L'invention se propose d'appliquer ces deux principes à une cheminée a foyer ouvert selon une réalisation simple et de montage aisé dans les cheminées neuves, mais aussi dans les cheminées anciennés.
A cet effet, le récupérateur pour foyer ouvert selon l'invention est caractérisé par les moyens suivants.
Une enveloppe centrale à ouverture en façade sert de foyer. Des évacuations principales, latérales basses et latérales supérieures débouchent dans une double enveloppe intermédiaire, à ouverture en façade.
Cette enveloppe intermédiaire se prolonge par le conduit d'évacuation des fumées. Une enveloppe extérieure, entourant l'ensemble, ferme le volume et permet de créer un passage d'air le long des parois du foyer sur lesquelles l'air se réchauffe avant de sortir dans la pièce par des bouches verticales, ou latérales. Bien entendu, l'enveloppe extérieure est également ouverte en façade.
Un clapet disposé en part ie haute de l'enveloppe centrale permet l'évacuation directe des fumées en phase d'allumage. Le récupérateur à foyer ouvert selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux réalisations existant jusqu'à présent.
Les principaux d'entre eux sont indiqués ci-après sous forme de Iiste : . Maintien de l'agrément et des principaux avantages des cheminées à foyer ouvert.
. Haut rendement de récupération avec injection directe a vitesse réglable de l'air chaud dans la pièce. . Evacuation lente des fumées garantissant un rendement exceptionnel. . Faci I ité de pose.
. Chargement simple comme dans une cheminée c I ass ique . . Faible risque de projection dans la pièce, en raison du trajet incurvé des fumées. . Amélioration du rendement de combustion.
. La réalisation par modules permet de l'insérer dans les cheminées existantes.
D'autres caractéristiques techniques et avantages sont consignés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode de réalisation en référence aux dessins accompagnants dans lesquels : . La figure 1 est une vue en coupe verticale de profil du récupérateur selon la version de base de l'invention. . La figure 2 est une vue en coupe verticale parallèle à un plan frontal du récupérateur représenté en figure 1.
. La figure 3 est une vue en coupe verticale de profil d'un récupérateur à extracteur mécanique des fumées a catalyseur et à sorties multiples. Comme indiqué ci-dessus, l'idée générale de l'invention consiste d'une part à augmenter le trajet des fumées et à les freiner convenablement pour récupérer le maximum de calories et à réaliser, d'autre part, des formes techniques qui permettent une combustion améliorée du type "à tirage inversé". Divers aménagements et accessoires peuvent être envisagés, qui faciliteront le montage, le fonctionnement ou les performances de cet appareil. On les précisera ci-après sans pour autant rendre cette énumération limitative.
Le récupérateur selon l'invention est destiné à être placé dans une cheminée d'appartement ou de maison individuelle, en vue d'augmenter son rendement, tout en conservant pleinement l'agrément du foyer ouvert.
Le récupérateur se compose d'une enveloppe centrale 1 constituant le foyer proprement dit 2. L'enveloppe centrale 1 de forme générale paralIéIépipédique se prolonge vers le haut par une partie supér ieure pyram ida le 3 , en forme de hotte, term i née en extrémité par un clapet 4, de préférence mais non nécessairement pivotant. Ce clapet pourra comporter une faible ouverture réglable en position fermée de manière à garder un tirage résiduel de sécurité. L'enveloppe centrale 1 présente une ouverture 5 en façade correspondant approximativement en surface et en emplacement à l'ouverture de la cheminée. Le foyer 2, constitué d'une griIle 6 et d'un cendrier 7 amovible, repose sur le fond 8 de l'enveloppe centrale 1. Cette dernière possède, au niveau du foyer, par exemple de part et d'autre, c'est-à-dire en partie avant et arrière et sur les côtés, des ouvertures 9, 10, 11 et 12 communiquant avec un volume 13 d'évacuation des fumées, délimité par une enveloppe intermédiaire 14 et l'enveloppe centrale 1. L'enveloppe intermédiaire 14 entoure complètement l'enveloppe centrale 1, sauf en façade où elle présente une ouverture 15 adaptée à l'ouverture de la cheminée et à celle de I 'enveloppe centrale 1. Les bords de l'ouverture 15 de l'enveloppe intermédiaire 14 dépassent les bords correspondant de l'ouverture 5 de manière à ménager des rampes 10 et 17 en saillie, formant déflecteur et collecteur pour les fumées. ll en est de même pour les bords verticaux de l'ouverture 15.
En variante, l'ouverture 15 de l'enveloppe intermédiaire 14 pourra êtreéquipée, en partie supérieure d'une vitre 18 ou autre paroi de longueur réglable, amovible ou escamotable, de surface inférieure à celle de l'ouverture, dans le but de diminuer l'entrée d'air par cette voie.
L'enveloppe intermédiaire 14 se prolonge vers le haut et communique en partie supérieure avec le conduit 19 d'évacuation des fumées en prolongation de sa conformation pyramidale.
Le volume primaire 13 entre l'enveloppe intermédiaire 14 et les parois extérieures de l'enveloppe intérieure 1 sert de volume d'évacuation des fumées selon le trajet le plus long possible car les fumées ém ises près de l'ouverture passent sous le foyer où elles peuvent encore se réchauffer. Une enveloppe extérieure 20 entoure l'ensemble chauffant et forme avec lui un échangeur pour l ' a ir admis et distribué en partie inférieure par des bouches inférieures 21 et des bouches supérieures 22. Cette enve loppe extérieure est ouverte de la même façon en façade pour garder à la cheminée son caractère de foyer ouvert.
Le long du volume d'échange 23 délimité par l'enveloppe intermédiaire 14 et l'enveloppe extérieure 20 circule un courant d'air provenant de l'entrée d'air inférieure 21 et de l'entrée d'air supérieure 22 pour la partie supérieure frontale du volume d'échange.
L'air se réchauffe dans le volume 23 au contact des parois de l'enveloppe intermédiaire 14 sous le foyer, en trajet vertical et le long de la partie supérieure en forme de hotte.
Il s'agit d'un simple échange à la manière d'un échangeur à plaque garantissant un bon rendement. Pour ne rien négliger, on utilise également l'espace 24 compris entre l'enveloppe extérieure
20 et les parois 25 de la cheminée, comme volume de récupération pour le chauffage de l'air ambiant.
Le volume intermédiaire de récupération 23 rejoint le conduit d'évacuation 19 des fumées à l'extrémité de sa partie supérieure en forme de hotte. Il débouche à ce niveau ou à l'extrémité de ses parois inclinées à l'extérieur par des orifices tels que 26, soit directement dans la pièce, soit en un endroit plus éloigné à travers une gaine d'achemi nement 27. Afin de pouvoir orienter le flux d'air réchauffé, les orifices 26 seront équipés de tronçons 28 de gaines métalliques déformables.
II est prévu également, a travers la hotte de la cheminée et à travers son habiIlage, une ou plusieurs bouches auxiliaires telles que 29 pour l'évacuation de l'air réchauffé entre l'enveloppe extérieure et les parois de la cheminée.
L'air de combustion arrive sous le foyer, mais de préférence latéralement, par une gaine 30 de plus gros diamètre traversant les différentes enveloppes. L'air de combustion est ainsi amené de l'extérieur ou d'un autre endroit de la pièce et bénéficie d'un préchauffage. Le récupérateur selon l'invention a été décrit ci-dessus par ses moyens généraux. On précisera ci-après quelques variantes ou aménagements possibles. Ainsi, dans un souci de meilleure efficacité, on pourra équiper le conduit d'évacuation des fumées 19 d'un extracteur mécanique 31 dans le but d'augmenter le tirage, comme représenté en figure 3. Bien entendu, cet extracteur n'entrera en fonctionnement qu'en cas de surcroît calorifique nécessaire. Afin de parfaire la récupération, on prévoit d'installer dans le conduit des fumées 19 couplé à l'extracteur mécanique 31 ou à sa place, un réacteur catalytique 32 qui provoque la post combustion catalytique des gaz contenus dans les fumées et permet ainsi de récupérer des calories sur les gaz normalement imbrûles.
Un échangeur thermique, par exemple à flux croisés pourra être prévu pour réchauffer l'air ambiant et éjecter l'air chaud dans la pièce. On pourra ainsi multiplier les bouches d'évacuation de l'air chaud, de manière à mieux le répartir dans la pièce. Pour augmenter le débit d'air réchauffé, les entrées d'air basses 21 et hautes 22 peuvent être équipées d'un ventilateur tel que 33 pour augmenter l'échange thermique et obtenir une me i l leure évacuation et répartition de l'air chaud.
A titre d'accessoire, l'ouverture de façade pourra recevoir coté extérieur, une porte 34 permettant de fermer le foyer et de garantir ainsi toute la sécurité pour un fonctionnement de nuit. Pour plus de faciIité de montage, les différentes parois seront réalisées sous la forme de cloisons démontables asemblées les unes aux autres par accrochage, vissage ou tout autre moyen mécanique.
Pour des raisons de sécurité, il est prévu un élément coupe-feu 35 dans le conduit d'évacuation des fumées. Cet élément coupe-feu peut d'ailleurs être associé au clapet 4 et constituer alors un clapet coupe-feu.
Afin de favoriser l'écoulement des fumées en partie supérieure, on pourra disposer les parois verticales légèrement inclinées.
De façon nouvelle dans ce domaine, l'inventeur a prévu de traiter l'air par un humidificateur 36 et par un filtre à poussière 37. Bien entendu, les versions destinées à équiper les cheminées anciennes seront réalisées sous la forme de modules selon des sous-ensembles distinets.
Le courant aéraulique engendré par la différence de température doit, en principe, suffire pour évacuer à l'intérieur de la pièce la majorité des calories produites par la combustion.
Toutefois, pour améliorer le rendement et la répartition, on pourra activer le débit d'air à réchauffer notamment dans l'espace 25 compris entre l'enveloppe extérieure et les parois internes de Ia cheminée .
L'invention a été décrite ci-dessus en détail ; il est bien entendu que diverses variantes directes et modifications simples sans apport inventif ainsi que les substitutions par des équivalents entrent parfaitement dans son cadre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble récupérateur de calories pour cheminées d'appartement ou de maison individuelle permettant un rendement calorifique exceptionnel tout en gardant les avantages et les agréments d'une cheminée à foyer ouvert par l'augmentation du trajet des fumées et leur ralentissement le long du trajet vers le conduit d'évacuation, caractérisé par une enveloppe centrale (1) entourant le foyer (2) et se prolongeant vers le haut en hotte, terminée en extrémité par un clapet (4) simple ou coupe-feu pivotant ou coulissant, l'enveloppe (l) présentant en façade une ouverture (5) correspondant en surface et en emplacement a l'ouverture de la cheminée et, de part et d'autre du foyer, en position basse, des ouvertures latérales (9, 10) et (11, 12) communiquant avec un volume (13) d'évacuation des fumées, délimité par une enveloppe centrale (1) et une enveloppe intermédiaire (14), l'enveloppe intermédiaire (14) entourant totalement l'enveloppe centrale (1) sauf en façade où elle présente une ouverture (15) adaptée à l'ouverture de la cheminée et à celle de l'enveloppe centrale (l) recouvrant partiellement l'ouverture (5) par des bords en sailIie, et en ce que les enveloppes centrale (1) et intermédiaire (14) sont elles-mêmes entourées par une enveloppe extérieure (20) délimitant entre elles un volume principal d'échange (23) et de plus, avec les parois intérieures (25) de la cheminée un volume d'échange supplémentaire (24) d'air admis simultanément ou séparément en partie basse sous le foyer par une entrée inférieure (21) et en partie haute, au-dessus de l'ouverture (15) par une entrée supérieure (29) pour sortir en extrémité supérieure par des orifices ou bouches (26) reliés ou non à des gaines (27) pour la distribution de l'air réchauffé dans la piècee.
2. Récupérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il possède un extracteur mécanique (31) des fumées dans le conduit d'évacuation (19).
3. Récupérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le foyer (2) est placé sur un cendrier et une gri I le sur le fond de l'enveloppe centrale (l) alimenté en air de combustion par une gaine (30) traversant les différentes enveloppes.
4. Récupérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les formes générales des enveloppes (1), (14) et (20) sont paraIIéIépipèdiques, à parois verticales légèrement inclinées, prolongées vers le haut par une hotte.
5. Récupérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cloisons constituant les enveloppes (l), (14) et (20) sont entièrement amovibles.
6. Récupérateur selon l a revendication
1 caractérisé en ce que le clapet (4) présente une ouverture résiduelle réglable en position fermée.
7. Récupérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un humidificateur (36) et un filtre à poussière (37) sur le circuit d ' a i r .
8. Récupérateur selon la revendication
1 caractér ise en ce qu'il est constitué de modules démontabIes.
9. Récupérateur selon revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte, dans son conduit de fumées (19), un récupérateur complémentaire à réacteur catalytique (32).
10. Récupérateur selon la revendication
1 caractérisé en ce que l'ouverture de l'enveloppe intermédiaire (14) est équipée en partie supérieure d'une paroi ou vitre (18) amovible ou escamotable de longueur réglable et en ce que ladite ouverture est pourvue, côté extérieur, d'une porte amovible (34) pour un fonctionnement à grande sécurité.
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