FR2485696A1

FR2485696A1 - THERMOSTATIC TEMPERATURE CONTROL DEVICE OF HOT WATER PRODUCTION APPARATUS

Info

Publication number: FR2485696A1
Application number: FR8014689A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-26
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1981-12-31
Also published as: EP0043318A1; FR2485696B1; ATE13221T1; DE3170391D1; EP0043318B1

Abstract

1. A thermostatic control device for the temperature of a water heater (4) associated with a home open fireplace, the water heater being constituted by a water heat exchanger having an L-shaped cross-section, the foot of which is under the hearth plate (1) and the leg of which serves as a back plate (3), a partition (8) being provided in front of the back of the fineplace between the jambs thereof, said partition (8) having at its lower part, an opening (9) extending downwards to the hearth plate (1), the opening (9) being more or less obturated by a vertically movable plate (10), characterized in that it is constituted by temperature responsive means (19) which are mounted in the apparatus (14), said temperature responsive means (19) being associated with control means (21) controlling the vertical position of the plate (10) in the opening of the partition (8), for moving the movable plate (10) up when the temperature increases and down when the temperature decreases.

Description

La présente invention concerne un dispositif de régulation thermostatiqueThe present invention relates to a thermostatic control device

de la température d'un appareil de production d'eau the temperature of a water-producing apparatus

chaude associé à une cheminée d'intérieur à foyer ouvert. hot combined with an open fireplace.

Des dispositifs de production d'eau chaude reliés à un système de chauffage central dans des cheminées à foyer ouvert sont déjà con- nus. 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 NI 2 321 092 et 2 333 207. Ces dispositifs Hot water systems connected to a central heating system in open fireplaces are already known. By way of examples, among the known devices for producing hot water, mention may be made of those described in the French patents published under NI 2 321 092 and 2 333 207. These devices

se composent tous d'un caisson rempli d'eau qui est placé sous et der- all consist of a box filled with water which is placed under and

rière le foyer et dans lequel l'eau est réchauffée par la chaleur du foyer. 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 home and in which the water is warmed by the heat of the hearth. On the other hand, it is known that one can improve the energy efficiency of a fireplace by providing a partition in front of the bottom of the chimney between the legs, the space between the bottom and the partition communicating with the conduit of smoke, the partition having in front of the fire an opening behind which is provided a plate

mobile obturant plus ou moins l'ouverture afin d'améliorer le tirage. mobile shutter more or less opening to improve the draw.

Par ailleurs, d'une manière générale, dans les cheminées actuel- Moreover, in general, in the chimneys

les, le rendement calorifique d'un échangeur de chaleur est fonction the, the heat output of a heat exchanger is function

de plusieurs paramètres, tels que quantité et qualité du bois utili- several parameters, such as quantity and quality of wood used

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 se, chimney draft, ventilation rate at the fireplace, and how to conduct the fire. In practice, if the wall chimneys, as described above, improve the draft and the ventilation rate, the fire continues to require

surveillance constante de la part des utilisateurs. constant monitoring by users.

Un objet de la présente invention consiste à prévoir un disposi- An object of the present invention is to provide a device

tif à échangeur de chaleur à eau permettant d'assurer une récupéra- water heat exchanger to ensure

tion plus compléte du pouvoir calorifique du combustible. more complete calorific value of the fuel.

Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif permettant d'obtenir une amélioration du chauffage de l'eau et une Another object of the invention consists in providing a device making it possible to obtain an improvement in the heating of the water and a

température constante à la sortie d'eau chaude de l'échangeur de cha- constant temperature at the hot water outlet of the heat exchanger

leur. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu, dans une cheminée à foyer ouvert comportant un dispositif de production their. According to a feature of the invention, it is provided in an open fireplace with a production device

d'eau chaude formé d'un échangeur de chaleur à eau à section vertica- hot water consisting of a vertical section water heat exchanger

le 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 the L-shaped whose base is below the foyère plate and the jamb serves as a counterfeit, a partition being provided in front of the bottom of the chimney with an opening in front of the fire and more or less closed by a plate, means sensitive to the temperature that are

installés dans le dispositif, lesdits moyens sensibles à la températu- installed in the device, said temperature sensitive means

re étant associés à des moyens de commande de la position de la plaque dans l'ouverture de la cloison. 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 re being associated with means for controlling the position of the plate in the opening of the partition. According to another feature, the temperature sensitive means are elements that expand and are mounted in a cavity of the box, the free end of said elements being connected to the plate via a mechanical system to

levier.the sink.

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 oule latérale captant de l'air frais du dehors et une According to another feature, an air heat exchanger is mounted behind the bulkhead above the water heat exchanger with a side shell capturing fresh air from outside and a

ouïe de sortie d'air réchauffé.hearing of heated air outlet.

Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ain- The features of the invention mentioned above, and

si que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la if others, will appear more clearly on reading the

description d'exemples de réalisation, ladite description étant faite description of exemplary embodiments, said description being made

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 in connection with the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a vertical sectional view of an open hearth chimney equipped with a water heat exchanger, according to the invention, FIG. 2 is a perspective view of the water heat exchanger of FIG. 1, surmounted by an air heat exchanger, and FIG. 3 is a vertical sectional view of a chimney

semblable à celle de la Fig. 1, mais équipée d'un double avaloir. similar to that of FIG. 1, but equipped with a double drain.

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 The open hearth chimney of FIG. 1 conventionally comprises a hearth plate 1 on which there are fire logs 2, a counter-fire 3, jambs 4, a lintel 5, a hood 6 and a

conduit de fumée 7.smoke duct 7.

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 In front of the counter-fire 3, was mounted a partition 8 which occupies the entire width of the chimney between the jambs 4. The distance

entre la cloison 8 et le fond de la cheminée peut être de 15 à 20 cm. between the partition 8 and the bottom of the chimney can be 15 to 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 The compartment thus delimited between the partition 8 and the bottom of the chimney communicates in its upper part with the flue 7. In the lower part of the partition 8, an opening 9 is provided which goes down to the firing plate 1. The opening 9

est, de préférence si la cheminée est symétrique, également symétri- is preferably, if the chimney is symmetrical, also symmetrical

que entre les jambages 4 et sa largeur peut être inférieure à la that between the legs 4 and its width may be less than the

distance entre les jambages.distance between the jambs.

Derrière la cloison 8, est montée une plaque mobile 10 dont les Behind the partition 8, is mounted a movable plate 10 whose

dimensions sont légèrement plus grandes que celles de l'ouverture 8. dimensions are slightly larger than those of aperture 8.

La plaque 10 peut être translatée verticalement entre une position basse o elle obture complètement l'ouverture 9 et une position haute o 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 The plate 10 can be translated vertically between a low position o it completely closes the opening 9 and a high position where it completely releases it. In practice, the movable plate 10 is suspended from a chain 11 which passes over a pulley 12 fixed to the partition 8. At the other end of the chain 12, is suspended a

contre-poids 13 qui compense le poids de la plaque. counterweight 13 which compensates for the weight of the plate.

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 It is known that when the plate 10 is lowered, that is to say when the air flow section is reduced behind the ignited logs 2, the draft is improved, which increases the firepower. Conversely, by raising the plate 10, the power of the fire is reduced. Of course, there is, for the plate 10, a lower limit than

ne pas dépasser si l'on ne veut pas supprimer totalement le tirage. do not exceed if you do not want to remove the entire draw.

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 In the exemplary embodiment shown, the furnace plate 1 is the upper face of the base of a caisson 14 with an L-shaped section. The front face of the rising part of the caisson, corresponding to the jamb of the L, constitutes the counter plate. 3. The box 14 is filled with water and has a cold water inlet pipe 15, provided at the base of 14, and an outlet pipe 16 of hot water, provided in the upper part of the jamb of the caisson. The pipes 15 and 16 are connected to a set of central heating radiators or to a

ballon d'eau sanitaire, ou à des appareils de ce genre, non montrés. sanitary water tank, or devices of this kind, not shown.

Bien entendu, la circulation de l'eau de l'installation peut être Of course, the water circulation of the installation can be

forcée par une pompe ou un accélérateur classique, non montré. forced by a conventional pump or accelerator, not shown.

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 The upper plate 17 of the box 14, at the top of the jamb, is provided with a cavity 18 descending inside the box. The cavity 18 is preferably constituted by a tube closed at its lower end and open upwards. The edges of the opening of the tube 18 are welded to the edges of the hole drilled in the plate 17 for the passage of the tube. In the cavity 18, three elements are superimposed

19 qui ont un coefficient de dilatation relativement important. 19 which have a relatively large coefficient of expansion.

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 contrepoids 13, si nécessaire, en The upper member 19 supports the bottom of a rod 20 which is connected to a lever arm 21 by a horizontal axis 22. One end of the lever arm 21 is pivotally mounted about an axis 23 carried by the two legs of the a stirrup 24 which is fixed, by appropriate means, to a wall of the chimney. At the free end of the lever arm 21, is fixed by an axis 25, a vertical rod 26 whose other end is fixed to the plate 10. Of course, it is possible to use, instead of three elements 19, a single or several temperature-sensitive elements according to the desired setting and the types of elements. In addition, it is also possible to eliminate the counterweight 13, if necessary, by

laissant les éléments supporter le poids de la plaque, par l'intermé- allowing the elements to support the weight of the plate,

diaire du levier.lever.

Quand l'eau du caisson est froide, les éléments 19 sont rétrac- When the water of the box is cold, the elements 19 are retracted.

tés 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 tees and the axis 22 is at its lowest point, as the axis 25. So the rod 26 and the plate 10 are in the low position. When the temperature of the water rises around the cavity 18, the elements 19 expand, the shaft 22 rises and the axis 25, and the plate 10 rises. In practice, the relative distances between the axes 22 and 23, on the one hand, and the axes 25 and 23, on the other hand, are chosen so as to obtain the appropriate amplification coefficient between the expansion of the elements 19 and the 10. In the embodiment shown, we chose to use three elements 19 of the VERNET type, but it should be understood that we can use other expandable means and in different numbers according to racing

que l'on désire obtenir pour la plaque 10. which one wishes to obtain for the plate 10.

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 . 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 Note that in the embodiment shown in FIG. 2, the vertical front or back-fire 3 of the box has ribs 27 which improve the heat exchange of flue gases and flames with the box. The base of the ribs 27 is cut to. Open tubes at the base and at the top of the vertical portion of the box may be provided to pass the flames and hot gases and thus improve the heat exchange surface. In front of

les nervures, on peut également prévoir des déflecteurs pour amélio- the ribs, deflectors may also be provided to improve

rer les échanges de chaleur.heat exchanges.

Au-dessus du caisson 14, est monté contre le fond de la Above the box 14, is mounted against the bottom of the

cheminée, un second caisson prismatique simple 28 qui sert d'échan- chimney, a second simple prismatic box 28 which serves as a

geur 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 heat of air heat. The casing 28 comprises an air intake pipe or inlet port 29 and an air outlet pipe or outlet port 30. The pipe 29 is preferably connected to the outside by a suitable sheath. to get fresh air. The tubing

débouche dans la pièce o est installée la cheminée. leads into the room where the chimney is installed.

L'ouverture minimale initiale sous la plaque 10, étant d'envi- The minimum initial opening under the plate 10, being approximately

ron 15 cm au-dessus du plan horizontal de la plaque foyère 1 de la 15cm above the horizontal plane of the furnace plate 1 of the

cheminée, l'allumage initial sera facilité et le feu dont la combus- chimney, the initial ignition will be facilitated and the fire

tion 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 450 et progressivement jusqu'à 900, 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 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 It will be very intense at this time, will release flames and fumes of very high temperature which will be concentrated towards the ribs 27 of the exchanger. The temperature of the water contained in the exchanger will rise rapidly. From 450 and progressively up to 900, the expansion of the thermostatic elements 19 will come into action, exerting a thrust on the lever arm 21, which will lift the movable plate 10, which will reach its highest point when the temperature of the water will be 90. As the mobile plate 10 is raised, the combustion will decrease in intensity and the fire will assume an appearance similar to that of a

cheminée traditionnelle à fonctionnement par dépression naturelle. traditional chimney operating by natural depression.

Lorsque l'eau chaude aura effectué son circuit, soit par thermo- When the hot water has completed its circuit, either by

siphon, 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 redescendra progressivement, intensifiant à nouveau la combustion siphon, either by accelerated circulation and exchanged its temperature in the various radiators that it will have crossed, it will cool in return the exchanger. The thermostatic elements 19 will retract under the force exerted by the movable plate. In practice, the weight of the counterweight 13 does not completely balance that of the plate 10 and there is therefore support of the lever arm 21 on the elements 19. The plate will gradually decrease, intensifying the combustion again

du bois disposé dans le foyer,et ainsi de suite. wood placed in the hearth, and so on.

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 Since the operation of an open hearth uses large quantities of air (3 to 5 times the volume of the room per hour) and as the current dwellings are relatively

étanches, il est indispensable de prévoir un apport d'air complémen- watertight, it is essential to provide a complementary air supply.

taire. Par l'oule 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 silent. By the air 29, this air is taken outside, is heated in the exchanger 28, and then expelled hot into the room. It therefore appears that we avoid cooling the room what would happen if we

amenait directement de l'extérieur l'air nécessaire à la combustion. brought directly from outside the air necessary for combustion.

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 In FIG. 3, there is shown a chimney in which in front of the partition 8, there is provided a passage 31 to the flue 7. This passage can be obstructed by a flap 32 which can be controlled position by a chain 33. In period winter, the shutter 32 is closed and the chimney works as indicated above. In the summer period, the plate 10 is lowered completely to the firing plate 1 and the flap 32 is opened. It is then possible to make fire as in a

cheminée classique.classic fireplace.

Claims

1) Thermostatic temperature control device of a hot water production apparatus associated with an open hearth indoor fireplace, the hot water production apparatus being formed of a water heat exchanger with L-shaped vertical section whose base is under the hearth plate and the jamb serves as a counterfeit, a partition being provided in front of the bottom of the chimney with an opening in front of the fire and more or less closed by a

plate, characterized in that it is constituted by sensory means

temperature-sensitive means which are installed in the apparatus, said temperature-sensitive means being associated with means for

control of the position of the plate in the opening of the partition.

2) Device according to claim 1, characterized in that the temperature-sensitive means are elements which expand and which are mounted in a cavity of the box, the free end of said elements being connected to the plate via

a mechanical lever system.

3) Device according to claim 1 or 2, characterized in that an air heat exchanger is mounted behind the partition above the water heat exchanger with a side oule sensing fresh air from outside and a hot air outlet.