Appareil de chauffage à feu nu avec échangeur de chaleur

Abstract

 L'invention concerne l'industrie du matériel de chauffage.
Elle a pour objet un appareil de chauffage à feu nu avec échangeur de chaleur, que est muni d'une soufflante (11) adaptée à un tube de débit (10), et qui comprend, outre un cendrier (2), une corbeille à feu (3) constituée par une boîte à vent (8) recevant le tube de débit (10) et portant des barreaux tubulaires (15) qui forment une grille horizontale échangeuse de chaleur et débitent l'air chauffé par une rampe de sortie (18).
Cet appareil est préféré pour assurer le chauffage d'appoint.

Description

[0001] La présente invention concerne un appareil de chauffage perfectionné et plus particulièrement un appareil de chauffage à feu nu avec échangeur de chaleur.

[0002] Au nombre des appareils de chauffage qui sont alimentés en combustible, il convient de citer les appareils dans lesquels un feu nu est entretenu au moyen de charbon, de tourbe, de charbon de bois, de bois et d'autres combustibles solides divers. Les appareils à feu nu de type traditionnel dégagent un rayonnement calorifique et empruntent à la pièce dans laquelle ils se trouvent, l'air de combustion qu'ils relâchent à une température élevée dans une cheminée. Le rendement de ces appareils est, par conséquent, extrêmement faible et entraîne ainsi des dépenses de fonctionnement prohibitives. Les braseros, qui ne sont pas raccordés à une cheminée, ont évidemment un rendement meilleur, mais le risque d'asphyxie auquel ils exposent en proscrit l'utilisation. Toutefois, les appareils à feu nu offrent sur les poêles fermés l'avantage d'être plus décoratifs et d'être fort agréables en raison de la visibilité du feu, outre celui d'émettre une chaleur immédiatement perceptible.

[0003] D'un point de vue différent, les moyens de chauffage peuvent être répertoriés en systèmes de chauffage central et en systèmes de chauffage réparti. Si les vertus de propreté et de confort du chauffage central ont assuré son succès généralisé, elles ont en revanche dissimulé son inconvénient majeur, qui est l'énorme consommation de combustible qu'il entraîne. En effet, même si le rendement thermodynamique des chaudières de chauffage central est généralement fort satisfaisant et si les conduites de départ et de retour sont correctement calorifugées pour éviter les déperditions thermiques, de nombreux locaux sont chauffés irrationnellement malgré d'éventuelles vannes thermo- statiques, tandis que le chauffage intermittent reste difficile à exécuter, même au moyen d'un système à faible inertie (chauffage à air chaud alimenté en combustible liquide ou gazeux). En raison du prix croissant des combustibles, il est donc intéressant de disposer d'un système de chauffage d'appoint localisé et à fonctionnement intermittent.

[0004] Un système de chauffage d'appoint localisé propre à fonctionner par intermittence, permet en principe de pallier l'inconvénient majeur du chauffage central, surtout à la fin de l'automne et au début du printemps, mais les différents types de poêles et de calorifères fermés ont une inertie thermique encore trop considérable, de sorte que cette fonction est assurée au mieux par les appareils à feu nu. Toutefois, pour que ces derniers aient un rendement thermique satisfaisant et un effet immédiat, il est nécessaire qu'ils chauffent aussi l'air du local et permettent d'entretenir un flux d'air chaud.

[0005] On connaît déjà des appareils de chauffage à feu nu avec circulation d'air qui sont décrits comme offrant les avantages désirés. Ces appareils comprennent tous une grille creuse sur laquelle le feu est entretenu et dans laquelle de l'air, prélevé dans la pièce sous l'impulsion d'un ventilateur, est chauffé par échange avant d'être relâché dans la pièce.

[0006] Dans les appareils d'un premier type, l'air est admis à la partie antérieure de la grille creuse et ramené, au sortir de celle-ci, vers la pièce par des tubes repassant au-dessus du feu dont les flammes achèvent ainsi de chauffer l'air. Ces appareils présentent quelques inconvénients notables, à savoir que pour une puissance raisonnable, ils sont fort encombrants en hauteur et que le chauffage des tubes de retour par les flammes exige d'entretenir un feu important. Ces appareils sont donc pratiquement installés à demeure dans l'âtre dans lequel la batterie des tubes de retour d'air dépare la cheminée et encombre de plus celle-ci au point qu'il devient difficile de recharger correctement le feu et d'utiliser celui-ci à des fins de divertissement, par exemple griller des charcuteries.

[0007] Dans des appareils d'un autre type, un ventilateur logé dans une tête de faux chenet admet latéralement dans la grille creuse de l'air qui s'échauffe et quitte la grille au côté opposé par une tête de faux chenet symétrique. Les appareils de ce second type ont l'avantage qu'aucune batterie de tubes supérieurs n'empêche l'accès au feu, mais exposent à deux inconvénients, à savoir que les faux chenets rendent l'appareil beaucoup trop encombrant pour la plupart des cheminées actuelles et que le flux d'air débité est trop concentré pour un chauffage agréable.

[0008] Dans un autre type d'appareil encore, l'air à chauffer est aspiré par un ventilateur situé latéralement et est admis dans une boîte à vent située à l'arrière de l'appareil et portant des tubes dirigés vers le local à chauffer au travers desquels l'air est chauffé avant d'être expulsé. Ces tubes, parallèles entre eux, sont situés au-dessus d'une grille et un espace est ménagé sous la grille pour recueillir les cendres de combustion. Le combustible est posé sur les tubes. Au fur et à mesure de la combustion, des braises incandescentes tombent à travers les tubes sur la grille, où le tirage d'air à travers celle-ci prolonge leur combustion. Cette combustion intempestive a pour effet de provoquer une dégradation rapide et prématurée de la grille et des tubes situés au-dessus d'elle.

[0009] D'autre part, les tubes échangeurs de chaleur débouchent directement dans le local à chauffer. Ils sont situés à une hauteur relativement importante par rapport au niveau du sol. L'air chaud qui en sort s'élèvera par convection vers le haut du local à chauffer. Ce mouvement ascendant est d'autant plus rapide que ces appareils de chauffage ne possèdent aucun dispositif de guidage de l'air chaud expulsé.

[0010] Celui-ci ne se répartit donc pas uniformément et amorce son ascension dès sa sortie des tubes échangeurs de chaleur. De plus dans certains cas, ces tubes sont orientés vers le haut, leur sortie se trouve à un niveau plus élevé que la boîte à vent, ce qui a pour conséquence de rendre encore plus facile la fuite de l'air chaud vers le haut du local à chauffer.

[0011] Les différents inconvénients des appareils à feu nu et circulation forcée de l'air déjà connus décrits ci-dessus sont évités dans un appareil conforme à l'invention. En effet, celle-ci a pour objet un appareil de chauffage avec échangeur de chaleur muni d'une soufflante adaptée à un tube de débit débouchant dans une boîte à vent qui porte des barreaux tubulaires. L'ensemble de ces barreaux tubulaires parallèles et équidistants entre eux forme une grille horizontale échangeuse de chaleur à travers laquelle circule l'air à chauffer. Cette grille horizontale ainsi formée constitue le fond d'une corbeille à feu et est située au-dessus d'un cendrier. Les barreaux tubulaires débouchent enfin dans une rampe de sortie. Les barreaux tubulaires sont reliés à la boîte à vent par des trous de diamètre sensiblement égal à la lumière de ceux-ci, et le ou les barreaux tubulaires les plus proches de l'admission de l'air sont munis de déflecteurs situés sur le trajet du courant d'air à chauffer, à l'intérieur de la boîte à vent, et répartissant celui-ci d'une façon régulière dans tous les barreaux tubulaires. Les barreaux tubulaires débouchent dans la rampe de sortie à travers des orifices de diamètre inférieur à la lumière des barreaux. Enfin, la rampe de sortie présente un profil en U dont le côté ouvert, rendu plus étroit par pincement des branches du U, est situé dans le prolongement des barreaux tubulaires et constitue ainsi la sortie dé l'air chaud.

[0012] L'absence de grille porte-combustible proprement dite et la disposition des barreaux tubulaires au-dessus du cendrier permettent une hauteur réduite de l'appareil selon l'invention. Par conséquent, la rampe de sortie, située dans le prolongement des barreaux tubulaires, se trouve très près du niveau du sol. Elle n'en est séparée que par la hauteur du cendrier, lui- même posé sur le fond de la cheminée.

[0013] La combinaison des moyens décrits ci-dessus et la faible hauteur de l'appareil ont pour but d'obtenir avantageusement que celui-ci débite une nappe régulière d'air chaud, répartie sur toute sa largeur, ayant une certaine vitesse de débit par suite des étranglements des orifices de sortie, et orientée vers le bas. L'air chaud réparti uniformément et dirigé vers le bas parcourt une certaine distance au ras du sol avant de s'élever par convection vers le haut du local à chauffer.

[0014] Comme il a été dit plus haut, une caractéristique, importante de la construction de l'appareil suivant l'invention est que, contrairement aux appareils de chauffage à feu nu déjà connus, la grille formée par les barreaux tubulaires échangeurs de chaleur se trouve directement au-dessus du cendrier. Le combustible est posé sur les barreaux tubulaires et, au fur et à mesure de la combustion, les braises incandescentes tombent à travers les barreaux dans le cendrier, où elles se consument lentement, en réchauffant les barreaux tubulaires situés au-dessus du cendrier. Il n'y a aucun tirage d'air à travers la couche de braise ainsi formée dans le cendrier et la température de combustion des braises n'atteint jamais un niveau qui risque d'amener la dégradation des barreaux tubulaires situés au-dessus du cendrier.

[0015] Suivant d'autres formes de réalisation, les barreaux tubulaires sont soudés à la boîte à vent dans deux petites régions diamétralement opposées de chaque barreau, en l'occurrence vers la partie haute et vers la partie basse de la boîte à vent, mais non à mi- hauteur, de sorte qu'une légère fuite qui subsiste favorise le tirage de la cheminée et que les braises tombant à travers la grille dans le cendrier brûlent complètement et assurent ainsi rapidement un chauffage intense et uniforme de la grille; les barreaux tubulaires étant soudés de manière semblable à la rampe de sortie.

[0016] Suivant une première variante d'exécution, la boîte à vent reçoit le tube de débit à gauche et suivant l'autre variante d'exécution, elle le reçoit à droite, l'appareil de chauffage étant vu en position installée dans une cheminée.

[0017] On trouvera ci-après la description d'une forme de réalisation particulière qui est préférée de l'appareil de chauffage à feu nu avec échangeur de chaleur.

[0018] L'appareil de chauffage 1 comprend un cendrier 2 et une corbeille à feu 3. Le cendrier 2 est une boîte plate, ouverte à sa partie supérieure, fait de tôle d'acier d'une épaisseur de 1,5 mm pliée et soudée aux angles de manière à constituer un réceptacle d'une hauteur de 40 mm dont les côtés latéraux 4 ont une longueur de 360 mm et dont les côtés postérieur 5 et antérieur 6 ont une longueur de 520 mm. Le côté antérieur 6 du cendrier 2 est muni d'une poignée centrale 7. La corbeille à feu 3 est formée par une boîte à vent 8 en tôle d'acier de 3 mm d'épaisseur constituant un corps à section carrée de 50 mm x 50 mm et d'une longueur de 500 mm. L'une des petites faces de la boîte à vent 8 est percée d'un trou auquel est adaptée par soudure une tubulure 9 sur laquelle s'adapte le tube de débit 10 amenant, depuis la soufflante 11, l'air prélevé dans la pièce devant être chauffée au moyen de l'appareil de chauffage 1. La soufflante 11, de préférence. de type centrifuge, est actionnée par un moteur électrique 12. La boîte à vent 8 est percée dans sa face antérieure 13 de sept trous 14 (dont un seul porte le chiffre de référence) par lesquels elle alimente les barreaux tubulaires 15. Les trous 14 ont un diamètre d'environ 25 mm et les deux premiers trous, à compter depuis la tubulure 9 dans le sens du passage de l'air, sont munis chacun d'un petit déflecteur 16, dont la fonction est d'assurer une égalité sensible du débit de l'air par les différents barreaux tubulaires 15. Les barreaux tubulaires 15 sont des tubes en acier doux d'un diamètre intérieur d'environ 25 mm et d'un diamètre extérieur d'environ 33 mm, leur longueur étant de 330 mm. Le premier barreau 15 et le dernier, à compter depuis la tubulure 9 sont munis chacun de deux pieds coudés 17 soudés en place. Les pieds coudés 17 en profilé carré de 15 mm x 15 mm permettent de poser la corbeille à feu 3 suffisamment au-dessus du cendrier 2 et avec un jeu latéral suffisant pour que celui-ci puisse aisément être retiré et remis en place. Les pieds 17 sont disposés à proximité des extrémités de leur tube respectif. Les barreaux tubulaires constituent donc la grille horizontale échangeuse de chaleur et s'adaptent à une rampe de sortie 18 en tôle d'acier pliée d'une épaisseur de 1,5 mm. La rampe de sortie 18 est percée de sept trous de sortie 19 d'un diamètre de 16 mm correspondant aux barreaux tubulaires 15 respectifs. Du fait que les trous de sortie 19 ont un diamètre inférieur à celui de la lumière des barreaux tubulaires 15, le flux est accéléré à la sortie des barreaux tubulaires. La rampe de sortie 18, qui est parallèle à la boîte à vent 8 et donc horizontale, a la forme d'un U à fond droit dont la branche supérieure est inclinée vers le bas d'un angle d'environ 20° de manière à assurer une seconde accélération du flux d'air sortant. Le bord supérieur de la rampe 18 porte une lame 21 de 5 mm d'épaisseur, de 40 mm de hauteur et de 540 mm de longueur portant à son tour, 18 dents 22 à section carrée de 15 mm x 15 mm d'une longueur d'environ 125 mm, qui constituent avec la lame 21 un peigne retenant le combustible dans l'âtre. Les barreaux tubulaires 15 sont soudés à la boite à vent sur une partie seulement de leur contour, à savoir vers le dessus en 23 et vers le dessous en 24, de manière à laisser subsister une très légère fuite d'air soufflé qui favorise le tirage et assure la combustion complète des fragments de combustible tombés dans le cendrier. La fixation des barreaux tubulaires 15 à la rampe de sortie 18 présente la même particularité aux mêmes fins.

[0019] Dans la forme de réalisation décrite, la tubulure 9 est prévue sur le côté gauche de l'appareil de chauffage 1, mais en variante elle peut être prévue à droite, auquel cas les déflecteurs 16 équipent les deux premiers barreaux tubulaires 15 à compter à partir de la droite.

[0020] Du fait que le feu, après quelques minutes de fonctionnement, est également entretenu dans le cendrier 2, où la consommation est rendue complète par les petites fuites d'air à la boîte à vent 8 et à la rampe de sortie 18, les barreaux tubulaires 15 sont rapidement portés à une température élevée et relativement uniforme, de sorte que l'appareil de chauffage 1 débite en peu de temps une nappe d'air chaud à proximité -du sol de la pièce chauffée. En raison de la double accélération par l'étranglement que constituent les trous de sortie 19 et l'étranglement formé par le pincement des branches du U, la nappe d'air chaud a une vitesse importante et pénètre sur une longue distance dans la pièce à chauffer avant que l'air chaud se dissipe en hauteur. L'appareil de chauffage 1 évite donc l'inconvénient des appareils à feu nu et circulation forcée de l'air du premier type, dans lesquels il est nécessaire d'entretenir un feu très intense pour effectivement achever de chauffer l'air dans les tubes de retour, lesquels ont pour inconvénient, par leur position, de débiter la nappe d'air chaud sans accélération supplémentaire permettant une plus longue pénétration dans la pièce et de la débiter de surcroît à un niveau trop élevé. L'appareil conforme à l'invention offre sur les appareils de chauffage à circulation forcée de l'air du second type l'avantage que le flux d'air chaud est débité en nappe rendant le chauffage de la pièce plus homogène. Un autre avantage de l'appareil de l'invention sur les appareils du second type est qu'il est plus compact et peut donc être aisément adapté dans les cheminées d'une dimension actuellement courante. Par ailleurs, les dimensions raisonnables de l'appareil de l'invention permettent de le retirer aisément de la cheminée lorsque la chose est nécessaire. Enfin, il y a lieu de noter que la construction soudée confère à l'appareil de l'invention l'avantage que les assemblages ne risquent pas de se démonter ou de s'affaiblir comme les assemblages à vis sous l'effet des dilatations thermiques.

[0021] Bien que l'invention ait été décrite avec référence à une forme de réalisation spécifique, il va de soi qu'elle est susceptible de différentes variantes et modifications sans sortir de son cadre. Par exemple, la boîte à vent 8, au lieu d'avoir des dimensions transversales peu supérieures à la lumière des barreaux tubulaires 15 et d'être munie de déflecteurs 16, pourrait avoir une section beaucoup plus importante rendant ces déflecteurs 16 inutiles. Une telle variante est illustrée à la Fig. 2, où les mêmes organes portent les mêmes chiffres de référence. Dans ce cas, la boîte à vent 8, notablement plus haute que large, porte la tubulure 9 à sa partie supérieure et les barreaux tubulaires 15 à sa partie inférieure. Dans ces conditions, la turbulence du flux d'air dans la boîte à vent 8 est suffisante pour assurer une égalité raisonnable du débit d'air par les barreaux tubulaires 15 et par ailleurs la plus grande hauteur de la boîte à vent 8 lui permet également d'empêcher le combustible de tomber derrière l'appareil au fond de la cheminée.

Revendications

1.- Appareil de chauffage à feu nu avec échangeur de chaleur, muni d'une soufflante (11) adaptée à un tube de débit (10) qui débouche par une tubulure (9) dans une boîte à vent (8) portant des barreaux tubulaires (15), qui sont alimentés par la dite boîte à vent (8) et qui forment une grille horizontale échangeuse de chaleur, constituant le fond d'une corbeille à feu (3), lesdits barreaux tubulaires aboutissant à une rampe de sortie (18), caractérisé en ce que ladite rampe de sortie présente un profil en U dont le côté ouvert, rendu plus étroit par pincement des branches du U, est situé dans le prolongement des barreaux tubulaires (15) et constitue ainsi la sortie de l'air chaud, ladite rampe de sortie (18) étant ainsi apte à accélérer le flux d'air chaud en une nappe sensiblement horizontale dirigée à ras du sol.

2.- Appareil de chauffage à feu nu suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe de sortie (18) présente un profil en U dont la branche supérieure

(20) est inclinée vers le bas d'environ 20°. 3.- Appareil de chauffage à feu nu suivant l'une des revendications 1 ou 2 et dans lequel les trous (12) par lesquels les barreaux tubulaires (15) débouchent dans la rampe de sortie (18) ont un diamètre inférieur à celui de la lumière desdits barreaux tubulaires, caractérisé en ce que le diamètre desdits trous (19) et la forme de ladite rampe de sortie (18) sont calculés pour que le flux d'air sortant desdits barreaux tubulaires subisse deux accélérations successives.

4.- Appareil de chauffage à feu nu suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs des barreaux tubulaires (15) les plus proches de l'admission de l'air sont munis de déflecteurs (16) assurant l'égalité de débit par les différents barreaux tubulaires (15), lesdits déflecteurs (16) étant situés sur le trajet du courant d'air à l'intérieur de la boîte à vent (8) et faisant dévier une partie de celui-ci dans les barreaux tubulaires les plus proches de l'admission de l'air.

5.- Appareil de chauffage à feu nu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les barreaux tubulaires (15) sont soudés à la boîte à vent (8) seulement dans deux régions (23, 24) diamétralement opposées de chaque barreau, de sorte qu'une légère fuite subsiste et favorise le tirage de la cheminée et la combustion des braises.

6.- Appareil de chauffage à feu nu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les barreaux tubulaires (15) sont soudés à la rampe de sortie (18) seulement dans deux régions diamétralement opposées de chaque barreau, de sorte qu'une légère fuite subsiste et favorise le tirage de la cheminée et la combustion des braises.

7.- Appareil de chauffage à feu nu selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdites régions où le barreau tubulaire (15) sont soudés à la boîte à vent ou à la rampe de sortie sont situées vers le dessus et vers le dessous desdits barreaux.

8.- Appareil de chauffage à feu nu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la boîte à vent (8), de section transversale plus haute que large, reçoit dans sa partie latérale supérieure la tubulure (9), et porte à la partie inférieure de sa face antérieure les barreaux tubulaires (15).

Dessins