Dispositif de régulation thermostatique de température d'un appareil de production d'eau chaude de cheminée

Abstract

 Le dispositif de régulation thermostatique de température est prévu dans un appareil de production d'eau chaude associé à une cheminée d'intérieur à foyer ouvert.
L'appareil de production d'eau chaude (14) est formé d'un échangeur de chaleur à eau à section verticale en forme de L dont la base est sous la plaque foyère (1) et le jambage sert de contrefeu (3). Une cloison est prévue devant le fond de la cheminée avec une ouverture en face du feu et plus ou moins obturée par une plaque (10). Le dispositif est constitué par des moyens sensibles à la température (19) qui sont installés dans l'appareil et qui sont associés à des moyens de commande (21) de la position de la plaque (10).

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif de régulation thermostatique de la température d'un appareil de production d'eau chaude associé à une cheminée d'intérieur à foyer ouvert.

[0002] Des dispositifs de production d'eau chaude reliés à un système de chauffage central dans des cheminées à foyer ouvert sont déjà connus. A titre d'exemples, parmi les dispositifs connus de production d'eau chaude, on peut citer ceux qui sont décrits dans les brevets français publiés sous les N° 2 321 092, et 2 333 207. Ces dispositifs se composent tous d'un caisson rempli d'eau qui est placé sous et derrière le foyer et dans lequel l'eau est réchauffée par la chaleur du foyer.

[0003] D'autre part, il est connu que l'on peut améliorer le rendement énergétique d'un foyer en prévoyant une cloison devant le fond de la cheminée entre les jambages, l'espace compris entre le fond et la cloison communiquant avec le conduit de fumée, la cloison présentant en face du feu une ouverture derrière laquelle est prévue une plaque mobile obturant plus ou moins l'ouverture afin d'améliorer le tirage.

[0004] Par ailleurs, d'une manière générale, dans les cheminées actuelles, le rendement calorifique d'un échangeur de chaleur est fonction de plusieurs paramètres, tels que quantité et qualité du bois utili- _sé, tirage de la cheminée, taux de ventilation au niveau du foyer, et façon de conduire le feu. En pratique, si les cheminées à cloison, telles que décrites ci-dessus, permettent d'améliorer le tirage et le taux de ventilation, la conduite du feu continue à nécessiter une surveillance constante de la part des utilisateurs.

[0005] Un objet de la présente invention consiste à prévoir un dispositif à échangeur de chaleur à eau permettant d'assurer une récupération plus compléte du pouvoir calorifique du combustible.

[0006] Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif permettant d'obtenir une amélioration du chauffage de l'eau et une température constante à la sortie d'eau chaude de l'échangeur de chaleur.

[0007] Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu, dans une cheminée à foyer ouvert comportant un dispositif de production d'eau chaude formé d'un échangeur de chaleur à eau à section verticale en forme de L dont la base est sous la plaque foyère et le jambage sert de contrefeu, une cloison étant prévue devant le fond de la cheminée avec une ouverture en face du feu et plus ou moins obturée par une plaque, des moyens sensibles à la température qui sont installés dans le dispositif, lesdits moyens sensibles à la température étant associés à des moyens de commande de la position de la plaque dans l'ouverture de la cloison.

[0008] Suivant une autre caractéristique, les moyens sensibles à la température sont des éléments qui se dilatent et qui sont montés dans une cavité du caisson, l'extrémité libre desdits éléments étant reliée à la plaque par l'intermédiaire d'un système mécanique à levier.

[0009] Suivant une autre caractéristique, un échangeur de chaleur à air est monté derrière la cloison au-dessus de l'échangeur de chaleur à eau avec une ouïe latérale captant de l'air frais du dehors et une ouïe de sortie d'air réchauffé.

[0010] Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels:

la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'une cheminée à foyer ouvert équipée d'un échangeur de chaleur d'eau, suivant l'invention,

la Fig. 2 est une vue en perspective de l'échangeur de chaleur à eau de la Fig. 1, surmonté d'un échangeur de chaleur à air, et

la Fig. 3 est une vue en coupe verticale d'une cheminée semblable à celle de la Fig. 1, mais équipée d'un double avaloir.

[0011] La cheminée à foyer ouvert de la Fig. 1 comprend classiquement une plaque foyère 1 sur laquelle se trouvent des bûches enflammées 2, un contre-feu 3, des jambages 4, un linteau 5, une hotte 6 et un conduit de fumée 7.

[0012] Devant le contre-feu 3, a été montée une cloison 8 qui occupe toute la largeur de la cheminée entre les jambages 4. La distance entre la cloison 8 et le fond de la cheminée peut être de 15 à 20 cm. Le compartiment ainsi délimité entre la cloison 8 et le fond de la cheminée communique dans sa partie supérieure avec le conduit de fumée 7. Dans la partie inférieure de la cloison 8, est prévue une ouverture 9 qui descend jusqu'à la plaque foyère 1. L'ouverture 9 est, de préférence si la cheminée est symétrique, également symétrique entre les jambages 4 et sa largeur peut être inférieure à la distance entre les jambages.

[0013] Derrière la cloison 8, est montée une plaque mobile 10 dont les dimensions sont légèrement plus grandes que celles de l'ouverture 8. La plaque 10 peut être translatée verticalement entre une position basse où elle obture complètement l'ouverture 9 et une position haute où elle dégage entièrement celle-ci. En pratique, la plaque mobile 10 est suspendue à une chaîne 11 qui passe sur une poulie 12 fixée à la cloison 8. A l'autre extrémité de la chaîne 12, est suspendu un contre-poids 13 qui compense le poids de la plaque.

[0014] Il est connu que, quand on descend la plaque 10, c'est à dire quand on réduit la section de passage de l'air derrière les bûches enflammées 2, on améliore le tirage ce qui augmente la puissance du feu. A l'inverse en remontant la plaque 10, on réduit la puissance du feu. Bien entendu, il y a, pour la plaque 10, une limite inférieure à ne pas dépasser si l'on ne veut pas supprimer totalement le tirage.

[0015] Dans l'exemple de réalisation montré, la plaque foyère 1 est la face supérieure de la base d'un caisson 14 à section en L. La face avant de la partie montante du caisson, correspondant au jambage du L constitue la plaque de contre-feu 3. Le caisson 14 est rempli d'eau et comporte une tubulure d'entrée 15 d'eau froide, prévue à la base de 14, et une tubulure de sortie 16 d'eau chaude, prévue dans la partie haute du jambage du caisson. Les tubulures 15 et 16 sont reliées à un ensemble de radiateurs de chauffage central ou à un ballon d'eau sanitaire, ou à des appareils de ce genre, non montrés. Bien entendu, la circulation de l'eau de l'installation peut être forcée par une pompe ou un accélérateur classique, non montré.

[0016] La plaque supérieure 17 du caisson 14, en haut du jambage, est pourvue d'une cavité 18 descendant à l'intérieur du caisson. La cavité 18 est de préférence constituée par un tube fermé à son extrémité inférieure et ouvert vers le haut. Les bords de l'ouverture du tube 18 sont soudés aux bords du trou percé dans la plaque 17 pour le passage du tube. Dans la cavité 18, sont superposés trois éléments 19 qui ont un coefficient de dilatation relativement important. L'élément 19 supérieur supporte le bas d'une tige 20 qui est reliée à une bras de levier 21 par un axe horizontal 22. Une extrémité du bras de levier 21 est monté pivotant autour d'un axe 23 porté par les deux pattes d'un étrier 24 qui est fixé, par des moyens appropriés, à une paroi de la cheminée. A l'extrémité libre du bras de levier 21, est fixée par un axe 25, une tige verticale 26 dont l'autre extrémité est fixée à la plaque 10. Bien entendu, on peut utiliser, au lieu de trois éléments 19, un seul ou plusieurs éléments sensibles à la tepérature selon le réglage désiré et les types d'éléments. De plus, on peut également supprimer le contre-poids 13, si nécessaire, en laissant les éléments supporter le poids de la plaque, par l'intermédiaire du levier.

[0017] Quand l'eau du caisson est froide, les éléments 19 sont rétractés et l'axe 22 est à'son point le plus bas, comme l'axe 25. Donc la tige 26 et la plaque 10 sont en position basse. Quand la température de l'eau monte autour de la cavité 18, les éléments 19 se dilatent, l'axe 22 monte ainsi que l'axe 25, et la plaque 10 monte. En pratique, les distances relatives entre les axes 22 et 23, d'une part, et les axes 25 et 23, d'autre part, sont choisies de manière à obtenir le coefficient d'amplification approprié entre la dilatation des éléments 19 et la course de la plaque 10. Dans l'exemple de réalisation montré, on a choisi d'utiliser trois éléments 19 du type VERNET, mais il doit être bien entendu que l'on peut utiliser d'autres moyens dilatables et en nombres différents selon les courses que l'on désire obtenir pour la plaque 10.

[0018] On notera que, dans l'exemple de réalisation montré à la Fig. 2, la face avant verticale ou contre-feu 3 du caisson comporte des nervures 27 qui améliorent les échanges thermiques des gaz de fumée et des flammes avec le caisson. La base des nervures 27 est coupée à 45°. Des tubes ouverts à la base et en haut de la partie verticale du caisson peuvent être prévus pour laisser passer les flammes et les gaz chauds et améliorer ainsi la surface d'échange de chaleur. Devant les nervures, on peut également prévoir des déflecteurs pour améliorer les échanges de chaleur.

[0019] Au-dessus du caisson 14, est monté contre le fond de la cheminée, un second caisson prismatique simple 28 qui sert d'échangeur de chaleur à air. Le caisson 28 comporte une tubulure d'entrée d'air ou ouïe d'entrée 29 et une tubulure de sortie d'air ou ouïe de sortie 30. La tubulure 29 est, de préférence, reliée à l'extérieur, par une gaine appropriée, pour y puiser de l'air frais. La tubulure 30 débouche dans la pièce où est installée la cheminée.

[0020] L'ouverture minimale initiale sous la plaque 10, étant d'environ 15 cm au-dessus du plan horizontal de la plaque foyère 1 de la cheminée, l'allumage initial sera facilité et le feu dont la combustion sera très intense à ce moment là, dégagera des flammes et des fumées de température très élevée qui seront concentrées vers les nervures 27 de l'échangeur. La température de l'eau contenue dans l'échangeur s'élévera rapidement. A partir de 45° et progressivement jusqu'à 90°, la dilatation des éléments thermostatiques 19 entrera"en action, exerçant une poussée sur le bras de levier 21, lequel soulèvera la plaque mobile 10, qui atteindra son point le plus haut i lorsque la température de l'eau sera de 90°. Au fur et à mesure de l'élévation de la plaque mobile 10, la combustion diminuera en intensité et le feu prendra une apparence analogue à celui d'une cheminée traditionnelle à fonctionnement par dépression naturelle. Lorsque l'eau chaude aura effectué son circuit, soit par thermosiphon, soit par circulation accélérée et échangé sa température dans les différents radiateurs qu'elle aura traversé, elle refroidira en retour l'échangeur. Les éléments thermostatiques 19 se rétracteront sous la force exercée par la plaque mobile. En pratique, le poids du contre-poids 13 n'équilibre pas complètement celui de la plaque 10 et il y a donc appui du bras de levier 21 sur les éléments 19. La plaque 10 redescendra progressivement, intensifiant à nouveau la combustion du bois disposé dans le foyer,et ainsi de suite.

[0021] Comme le fonctionnement d'une cheminée à foyer ouvert met en oeuvre des quantités d'air importantes (3 à 5 fois le volume de la pièce à l'heure) et comme les habitations actuelles sont relativement étanches, il est indispensable de prévoir un apport d'air complémentaire. Par l'ouïe 29, cet air est pris à l'extérieur, est réchauffé dans l'échangeur 28, puis expulsé chaud dans la pièce. Il apparaît donc que l'on évite de refroidir la pièce ce qui se produirait si on amenait directement de l'extérieur l'air nécessaire à la combustion.

[0022] A la Fig. 3, on a montré une cheminée dans laquelle devant la cloison 8, il est prévu un passage 31 vers le conduit de fumée 7. Ce passage peut être obstrué par un volet 32 dont on peut commander la position par une chaîne 33. En période d'hiver, le volet 32 est fermé et la cheminée fonctionne comme on l'a indiqué ci-dessus. En période d'été, on descend la plaque 10 complètement jusqu'à la plaque foyère 1 et on ouvre le volet 32. On peut alors faire du feu comme dans une cheminée classique.

Revendications

1) Dispositif de régulation thermostatique de la température d'un appareil de production d'eau chaude (14) associé à une cheminée d'intérieur à foyer ouvert, l'appareil de production d'eau chaude étant formé d'un échangeur de chaleur à eau à section verticale en forme de L dont la base est sous la plaque foyère (1) et le jambage sert de contrefeu (3), une cloison (8) étant prévue devant le fond de la cheminée avec une ouverture en face du feu et plus ou moins obturée par une plaque (10), caractérisé en ce qu'il est constitué par des moyens sensibles à la température (19) qui sont installés dans l'appareil (14), lesdits moyens sensibles à la température (19) étant associés à des moyens de commande de la position (21) de la plaque (10) dans l'ouverture de la cloison (8).

2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens sensibles à la température (19) sont des éléments qui se dilatent et qui sont montés dans une cavité (18) du caisson (14), l'extrémité libre desdits éléments étant reliée à la plaque (10) par l'intermédiaire d'un système mécanique à levier (21).

3) Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un échangeur de chaleur à (28) air est monté derrière la cloison (8) au-dessus de l'échangeur de chaleur à eau (14) avec une ouïe latérale (29) captant de l'air frais du dehors et une ouïe de sortie d'air réchauffé (30).

Dessins