Brevet FR2295349A1 — publié le 19760716

b présente invention, due à Messieurs HURAND et LUCÂS du Centre National d'Etudes et d'Expérimentation de Machinisme Agricole (C.N..E.X.Â.), concerne un appareil permettant de brayer des matières combustibles agglomérées en balles telles que de la paille, des copeaux de bois ou des déchets divers. Dans la présente période où les sources d'énergie sont conteuses et ont même, pour certaines, tendance à s'épuiser, il a paru très intéressant aux inventeurs d'utiliser, pour la production de chaleur, des substances telles que des pailles de céréales que l'agriculture produit en grandes quantités. La présente invention a pour but essentiel de créer un appareil qui permette d'assurer la combustion de pailles - ou substances analogues que 1 l'on peut rassembler sous forme de bal- les comprimées, telles que celles que livrent les machines agricoles usuelles - en assurant une combustion aussi complète que possible afin, notamment, d'éviter les pertes, la pollution et les risques d'incendie et en obtenant un débit aussi régulier que possible de chaleur ou de gaz chaud. Belon la présente invention, les balles de paille sont amenées de façon progressive à une chambre de pré-combustion dans laquelle elles sont mises en présence d'une qusntité d'air primaire inférieure à la quantité qui serait nécessaire à leur combustion totale, par exemple de l'ordre de grandeur de la moitié de ladite quantité. Les gaz produits, qui contiennent une forte proportion d'oxyde de carbone C0, sont ensuite brdlés, comme dans un appareil classique à gaz ou à combustible liquide, grtce à un apport d'air secondaire, et la flamme peut servir au chauffage de tout appareil convenable tel que des générateurs d'air chaud ou des chaudières sur lesquels l'appareil, objet de l'invention, peut être adapté avec autant de facilité qu'un brdleur classique. La descriPtion qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent, tant du dessin que du texte, faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue schématique, en coupe par un plan diamétral, d'un appareil conforme à la présente invention. La figure 2 est une coupe par II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue analogue a la figure 1, mais concernant une variante de réalisation de la chambre de précombustion. La figure 4 est une coupe par IV-IV de la figure 3. Dans exemple de réalisation représenté sur le dessin, l'appareil comporte une chambre de précombustion cylindrique 1 dont les parois latérales et arrière sont de préférence munies d'une garniture 2 de produit calorifuge. Au voisinage de son fond 3, la chambre 1 est percée d'une ouverture rectangulaire 4 à laquelle est raccordé tangentiellement un couloir 5 également rectangulaire. Les dimensions intérieures de ce couloir correspondent à la section des balles 6 de paille ou autres produits à brûler, de telle sorte que lesdites balles puissent être déplacées longitudinalement dans ce couloir et que ce déplacement s'effectue d'une manière aussi étanche que possible, cela afin d'éviter des retours de flamme dans le couloir 5. Dans ledit couloir, les balles de paille sont introduites les unes derrière les autres, par exemple gracie à une ouverture supérieure ou latérale 7 munie d'un couvercle amovible 8. Les balles situées dans le couloir sont poussées régulièrement vers la chambre de combustion, par exemple à l'aide d'un piston 9 ma par un vérin hydraulique 10. Comme on peut le voir sur la figure 2, la chambre de précombustion 1 est percée, à proximité du bord longitudinal de l'ouverture 4 le plus proche du plan diamétral parallèle au canal 5, d'un orifice allongé 11, qui présente sensiblement la méme longueur que ledit bord longitudinal et auquel est raccordée une buse 12 permettant l'injection dans la chambre 1 d'un flux d'air primaire. La buse 12 est orientée obliquement par rapport à la direction longitudinale du canal d'alimentation 5, par exemple à peu près à 450, comme le montre la figure 2. Sensiblement à l'opposé de l'ouverture 4, la paroi latérale de la chambre de précombustion 1 porte une ouverture raccordée à un bottier 13 dans lequel on peut monter un brûleur, non représenté, à gaz ou à mazout, servant à allumer la paille au début du fonctionnement de 1'appareil. La chambre de précombustion se termine, à l'opposé du fond 3, par une paroi 14, par exemple plane ou convergente, qui est percée d'un orifice central raccordé à une tubulure cylin drique 15. Cette tubulure est entourée d'une volute 16, sensiblement de même diamètre que la chambre 1 et alimentée en air secondaire par une tubulure tangentielle 17. A la volute 16 fait suite un conduit 18 qui sert de chambre de combustion finale. La paroi le qui sépare la volute 16 du conduit 18 est percée d1une vaste ouverture centrale plus large que l'orifice de sortie de la tubulure 15 et, dans cette ouverture, est adapté un anneau cylindrique 20 solidaire, à l'amont, d'une couronne 21 d'ailettes radiales, droites ou obliques, qui partent de la périphérie de la tubulure 15, comme on peut le voir sur la figure 1. L'anneau 20 contient un ouvreau réfractaire 22 dont le diamètre intérieur d'entrée est le même que le diamètre extérieur des ailettes de la couronne 21. A un endroit intermédiaire, cet ouvreau comporte une nervure périphérique 23 de section triangulaire destinée à faire office de venturi. L'appareil qui vient d'être décrit peut entre utilisé comme suit : Les balles de paille ou autres matières à brtler sont introduites les unes à la suite des autres dans le canal d'alimentation 5, le brûleur d'allumage du bottier 13 est mis en route et le courant d'air primaire est envoyé par la buse 12. La quantité d'air qui sort de cette tubulure est inférieure et de préférence égale sensiblement à la moitié de celle qui serait nécessaire à une combustion totale de la paille. On obtient ainsi, dans la chambre de précombustion, une dissociation des channes carbonées de la cellulose et de la lignite. Il s'ensuit une production de divers gaz et en particulier d'oxyde de carbone CO. La balle de paille qui pénètre partiellement dans la chambre de combustion prend, à l'avant, une forme en sifflet, que lton a représentée schématiquement sur la figure 2, sous l'effet du courant dlair primaire qui vient la lécher. Il en résulte donc une relativement vaste surface de combustion favorable à une bonne allure de celle-ci. Les balles de paille sont progressivement poussées vers la chambre de combustion d'une façon aussi régulière que possible gerce au vérin 10, à une vitesse qui dépend de la vitesse à laquelle elles se consument. Du point de vue de la régulation, l'arrivée de la paille est forcément un peu irrégulière, mais si l'on s'arrange pour qu'il y ait toujours dans la chambre de précombustion un excès de carbone libre, la quantité d'oxyde de carbone qui sortira par la tubulure axiale 15 sera proportionnelle à la quantité d'air primaire introduite. Les gaz issus de la chambre de précombustion sont directement brûlés comme dans un appareil classique à gaz ou à combustible liquide grace à l'apport d'air secondaire par la volute 16, dans le brûleur constitué par l'anneau 20 et ses accessoires. Ceci permet d'obtenir à la sortie de ouvreau 22 une flamme régulière et bien accrochée. Des essais effectués par les inventeurs montrent qu'il y a très peu d'imbrûlés et que l'on obtient des quantités de gaz carbonique C02 correspondant en pratique à une combustion complète. L'appareil est relativement peu encombrant et on peut l'adapter à la façon d'un brûleur classique à un générateur de fluide chaud, une chaudière existante, ou toute installation convenable. Dans la variante représentée sur les figures 3 et 4, et pour laquelle les mimes références ont été utilisées pour désigner des organes équivalents, la chambre de précombustion 1 comporte un corps principal cylindrique 25 qui aboutit comme dans l'exemple précédent à la tubulure 15 d'alimentation du brûleur. Ce corps a une longueur inférieure à la largeur du canal 5 d'amenée des balles 6 (figure 3). Il se raccorde avec ledit canal grace à une tuyère 26 qui présente une portion à section constante par laquelle elle est engage sur le canal 5 et une portion convergente 27 qui se raccorde tangentiellement à l'ouver- ture 4 du corps cylindrique 25, comme le montre la figure 4. Les orifices 11 d'arrivée d'air primaire sont pratiqués dans les parois latérales et la paroi supérieure de la portion à section constante de la tuyère 26, comme représenté sur le dessin. Le bottier 13 du brûleur d'allumage est monté sur la paroi supérieure du convergent de la tuyère. Pour le reste, l'appareil peut être similaire à celui qui a été décrit en regard des figures 1 et 2. L'appareil des figures 3 et 4 convient particulièrement à des substances dont la combustion est moins rapide que celles que lton utilise généralement avec le premier mode de réalisation. La combustion est amorcée dans la tuyère 26 de la chambre de précombustion et les gaz chargés de particules en ignition pénètrent avec une vitesse relativement élevée dans le corps cylindrique 25 où la force centrifuge tend à les maintenir à proximité des parois, de façon que lesdites particules puissent brûler complètement avant de sortir par la tubulure 15. Parmi les nombreuses applications possibles de l'appareil objet de l'invention, on peut citer les utilisations rurales agricoles ou horticoles telles que le séchage des grains, la déshydratation des fourrages, le conditionnement des serres, etc. Il va d'ailleurs de soi que les modes de réalisation décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans que l'on sorte pour cela du cadre de ltinven- tion. REVENDICATIONS 1. Appareil à brûler de la paille, ou des substances similaires, qui se présentent sous la forme de balles, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de précombustion pourvue de moyens d'injection d'air primaire et dans laquelle les balles sont progressivement introduites, ladite chambre alimentant un brûleur dans lequel la combustion des gaz se poursuit avec apport d'air secondaire. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balles arrivent à la chambre de précombustion par un couloir dans lequel elles coulissent d'une manière aussi étanche que possible. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre de précombustion est sensiblement cylindrique, l'arrivée d'air primaire s'effectuant tangentiellement et le départ des gaz de combustion axialement. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le couloir est dirigé tangentiellement par rapport à la chambre de précombustion et pénètre dans celle-ci à l'aval et à proximité des moyens d'injection d'air primaire, dans le m8me sens que ladite injection. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur selon laquelle s'effectue l'injection d'air primaire est sensiblement égale à celle du couloir. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la chambre de précombustion comporte une tuyère tangentielle par laquelle elle est raccordée au couloir, l'arrivée d'air primaire s'effectuant par l'intermédiaire de la tuyère. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tuyère de la chambre de précombustion comporte une portion de section constante par laquelle elle est enBg6e sur le couloir et une portion convergente par laquelle elle est raccordée au restant de la chambre de combustion. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la chambre de précombustion est munie d'un brûleur d'allumage. 9. Appareil selon la revendication 8 et l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le brûleur d'allumage est monté sur la portion convergente de la tuyère de chambre de précombustion. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que les balles sont déplacées dans le couloir au moyen d'un poussoir ma par exemple par un vérin. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le brûleur est directement raccordé à la chambre de précombustion par l'intermédiaire d'un espace d'arrivée d'air secondaire. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à il, caractérisé en ce que le brûleur comporte une couronne d'aubages et un ouvreau réfractaire suivant ladite couronne.