Brevet FR2464432A1 — publié le 19810306

La présente invention concerne un perfectionnement pour le rendement en combustion de brûleurs de carburant solide. Dans cette description, les termes "brûleurs de carburant solide" n'incluent pas seulement les brûleurs de carburant solide tels que les chaudières à enveloppe qui ont un ou plusieurs de leurs cûtés formant des surfaces échangeuses de chaleur, par exemple par des parois creuses comportant de l'eau, mais aussi des chaudières à sole, y compris les dispositifs tels que les poêles ou fourneaux utilisés pour la cuisine et l'alimentation en eau chaude. Comme cela est bien connu depuis de nombreuses années, il est avantageux, et naturellement essentiel pour l'efficacité de la combustion, de s'assurer que tous les gaz de combustion libérés par les carburants solides et, en particulier, le charbon, sont brblés. Essentiellement, il est nécessaire de s'assurer d'une combustion sans fumée des carburants dans laquelle les gaz combustibles sont brtlés en fournissant une alimentation en air suffisante ou, en retournant les gaz d'une manière ou d'une autre vers le foyer pour combustion après qu'ils aient été initialement ammenés, par pyrolyse du carburant. La technologie pour braler les gaz combustibles libérés par le charbon était bien connue au 19e siècle et naturellement avant cette date. Cette technologie a été utilisée en particulier pour les boites à feu de locomotives avant les années 1860 en vue de procurer une combustion sans fumée. La mise en oeuvre d'un air secondaire pour brûler ces gaz était aussi bien connue à cette époque Des teilatives modernes pour améliorer la combustion de tels gaz combustibles, c'est-à-dire, en améliorant les méthodes de combustion sans fumée concernaient essentielle- ment la combustion des gaz en utilisant une alimentation en air séparée et secondaire. On connait bien des dLspoeSi utilisant ce principe à la fois par tirage vers le haut ou tirage vers le bas. Cependant, le problème avec de tels dispositifs réside dans le fait qu'ils sont généralement très chers à construire. Jusqu'ici aucun dispositif simple n'a été proposé pour améliorer l'efficacité de combustion de tels brûleurs de carburant solide. La présente invention concerne un tel dispositif qui n'est pas seulement simple à fabriquer mais qui peut être facilement utilisé avec les brûleurs à carburant existan-ts ou bien incorporé, dans la fabrication des brDleurs classiques. Ctst aussi un objet de cette invention qu'un tel dispositif puisse être relativement peu coûteux à fabriquer tout en procurant simultanément substantiellement la même efficacité élevée à la combus- tion que pour des dispositifs beaucoup plus élaborés et coûteux. Selon l'invention, on prévoit un dispositif destiné à être installé dans un brûleur à carburant solide pour améliorer son efficacité en combustion comprenant un récipient ou réservoir pour une colonne de carburant non brMlée et pour piéger les gaz de combustion, ledit récipient ayant des parois latérales1un forn et un sommet; une entrée d'air adjacente à son fond; et-un orifice d'échappement. L'invention, ainsi que d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront plus claire- ment à la lecture de la description qui va suivre faite en référence aux dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe transversale du dispositif de la figure 1 mise en place dans une chaudière à sole; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un autre dispositif de l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un autre dispositif selon la présente invention; - la figure 6 est une vue en coupe d'une autre construction possible du dispositif selon l'invention; - la figure 7 est une vue en plan d'une chaudière à enveloppe avec le dispositif de la figure 6 qui y est installé; - la figure 8 est une vue en coupe transversale d'une chaudière à enveloppe comportant le dispositif de la figure 6; - la figure 9 est une vue en coupe transversale d'un dispositif à feu enfermé dans lequel est monté sous une forme modiliée le dispositif des figures 1 à 3; - la figure 10 est une vue de devant d'une forme modifiée du dispositif de la figure 5 - la figure 11 est une vue en coupe dans la direction des flèches XI-XI de la figure 10; - la figure 12 est une vue de devant d'une forme modifiée du dispositif des figures 6 à 8; - la figure 13 est une vue de coté du dispositif de la figure 12; - la figure 14 est une vue en coupe dans la direction des flèches XIV-XIV de la figure 12, avec certaines parties enlevées pour plus de clarté; et - la figure 15 est une vue en coupe transversale dans la direction des flèches XV-XV de la figure 12. En faisant référence aux dessins et tout d'abord aux figures 1 et 3, on a représenté un récipient, généralement indiqué par la référence 1 ayant une paroi formant sommet formée par un couvercle 2, un fond ouvert 3 et des parois latérales 4. Une entrée d'air latérale 5 est prévue dans la paroi latérale 4 adjacente au fond 3. Le fond ouvert forme une entrée d'air supplémentaire alors que le couvercle 2, par enlèvement ou enlèvement partiel forme un conduit d'échappement ajustable adjacent à son sommet. Lors de l'utilisation, le récipient 1 peut ttre placé sur une grille de foyer ou par exemple dmsun poêle. En faisant référence à la figure 3, le dispositif est montré monté à l'intérieur d'un foyer classique, indiqué géné- ralement par la référence 17, ayant une grille 18. On comprendra que tout dispositif selon l'invention peut être aussi placé dans le foyer 17. Le couvercle 2 est enlevé et le carburant est tassé dans le récipient 1 de manière à le remplir. Lorsque le carburant est totalement tassé dans le récipient 1 on allume le feu aifond et l'air est attiré à l'intérieur par l'entrée d'air latérale 5 et le fond ouvert 3. Lorsque le carburant est en train de brtler, le couvercle 2 est placé dans une position telle qu'il y ait seulement un léger courant d'air. Une combustion sensiblement complète du carburant a lieu et le rendement en chauffage est grandement amélioré. On comprendra que le couvercle 2 doit nécessairement être placé d'une manière lache sur le récipient 1 si le feu doit briler. D'autre part,-si le couvercle est bien ajusté il doit toujours ttre légèrement enlevé du sommet du récipient de manière à procurer un courant d'air d'échappement. On notera que la surface en section transversale du récipient augmente du sommet vers le fond de manière à empêcher le coincement du carburant durant la combustion. En faisant référence à la figure 4, on a illustré un autre mode de réalsation du dispositif. Ce dispositif comporte un récipient tronconique 11 ayant un couvercle 12, un fond ouvert 13, et une paroi latérale 14. Une entrée d'air 15 et un conduit d'échappement 16 sont prévus dans la paroi latérale 14. L'entrée d'air 15 et le conduit d'échappement 16 sont disposés d'une manière opposée et à égale distance circonférentiellement. D'une manière avantageuse, le couvercle est enlevé pour la mise à feu. Durant l'emploi, une fois que le feu a été allumé, -5 le couvercle 12 est placé fermement en position d'une manière étanche à l'air. Le carburant brlera sensiblement selon le principe à courant transversal. Essentiellement, il y a une colonne fermée de carburant au-dessus d'un lit enflammé. Une partie du carburant non brûlée est chauffée suffisamment pour dégager ou entraîner des gaz de combustion et comme les gaz de combustion sont piégés dans la colonne ils doivent revenir vers le bas vers le feu pour ttre brlés. En faisant référence à la figure 5, on a illustré encore un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif représente essentiellement une modification des deux dispositifs précédents et comporte en combinaison les caractéristiques de ces deux dispositifs. Le dispositif comporte un récipient 20 de forme tronconique ayant un fond ouvert 21, une entrée d'air 22 et un conduit d'échappement 23 comportant une trappe ou volet ajustable 24. T7'entrée d'air 22 et le conduit d'échappement 23 sont disposés d'une manière opposée à égale distance circonférentiellement. Le récipient 20 a un couvercle formant sommet 25 qui peut être enlevé pour le chargement en combustible. Ledit couvercle 25 comporte un conduit d'échappement ajustable additionnel 26. On comprendra que le dispositif de la figure 5 peut être utilisé selon deux manières. Il peut être mis en oeuvre de la même manière que le mode de réalisation de la figure 1 avec le conduit d'échappe- ment 23 fermé et le conduit d'échappement 26 ouvert. De même avec le conduit d'échappement 26 fermé et le conduit d'échappement 23 ouvert il peut être utilisé de la même manière que le dispositif de la figure 4. En faisant référence aux figures 6 et 8 on a illustré un mode de réalisation du dispositif qui durant son emploi fonctionne d'une manière semblable au dispositif de la figure 4. Ceci convient particulièrement pour la mise en place dans une chaudière à enveloppe de sorte qu'une partie de la chaudière forme une partie de la paroi latérale. De même, il comprend essentiellement un récipient indiqué d'une manière générale par le numéro de référence 30 ayant un couvercle 31 formé d'une plaque plate, un fond ouvert 32 et une paroi latérale formée à partir d'une paroi avant 33 et deux plaques de cité divergentes et dirigées vers l'arrière 34. Une entrée d'air 35 est prévue. Ce récipient 30, comme cela a été mentionné plus haut, convient particulière- ment pour ttre monté à l'intérieur d'une chaudière à enveloppe telle qu'illustrée dans les figures 7 et 8 qui montrent le récipient 30 installé dans la chaudière répérée généralement par la référence 36. L'appareil fonctionne de la même manière que précédemment décrite en référence à la figure 4 c'est-à- dire suivant le principe à écoulement transversal avec le couvercle 31 fermé. Bien entendu, pour un fonctionnement correct, les gaz combustibles ne doivent pas s'échapper entre la chaudière et la paroi latérale du dispositif. Ainsi, on devra générale- ment prévoir des moyens d'assemblage d'une manière qui apparaîtra facilement à l'homme de l'art. En faisant référence à la figure 9, on a illustré un dis- positif à feu enfermé c'est-à-dire une cuisinière et un chauf- fe-eau combinés, indiqués généralement par la référence 40, ayant une paire d'entrées de carburant 41, une cheminée 42 et une entrée d'air contrflable 43. Incorporé dans le dispositif 40 se trouve un dispositif selon l'invention semblable à celui décrit en référence à la figure 1 excepté qu'il est de forme tronconique. Le dispositif a des parois latérales 44, un couvercle 45 et une entrée d'air 46. Durant l'emploi, le dispositif fonctionne de la même manière. On comprendra aussi que toute autre forme de dispositif peut être utilisée. On comprendra en plus que, quand on désire utiliser le poêle pour faire la cuisine, une quantité de chaleur supplémentaire peut être nécessaire. Dans ce cas, le couvercle 45 sera plus ouvert. Un autre feu est alors allumé en 47 adjacent à l'entrée d'air 46. Ceci pernet d'aze r qpe tous les gz combustbles sont brôlé. En faisant référence aux figures 10 et 11 on peut voir un autre mode de réalisation du dispositif qui est essentiellement une modification du dispositif illustré dans la figure 5. On prévoit un récipient, répéré généralement par la référence 50. Le récipient est de forme tronconique ayant des parois latérales 51, une entrée d'air 52 et un conduit d'échappement 53 qui est disposé à l'opposé età équidistance circonférentiellement à partir de l'entrée d'air 52. Le conduit d'échappement 53 est muni d'une trappe ajustable 54 pour former un conduit d' échappement ajustable.Des tuyaux dfabe d'eau 55etde sorie d'eau 56 salt prus qui durant l' emploi sont reliés à une source d'eau chaude ou un système de chauffage central. Des conduits d'échappement de vapeur de smiité(noe eprsents) saet pvoe de même qu'un couvercle et un conduit d'échappement combiné 57. Le fonctionnement de ce dispositif est sensiblement identique au fonctionnement du dispositif de la figure 5, cependant, on notera que compte tenu du fait que les parois latérales 51 sont essentiellement des échangeurs de chaleur creux ceci réduira l'usure des parois laté- rales augmentant la durée de vie du dispositif. En outre, l'utilisation d'échangeuxs de chaleur creux pour former une partie du dispositif augmentera nécessairement le rendement en transfert de chaleur du brtleur dans lequel il est placé. En faisant référence aux figures 12 à 15, on a illustré encore un autre mode de réalisation de l'invention quiest esstielement une modification du dispositif illustré dans les figures 6 et 7. Ce dispositif comprend un récipient indiqué généralement par la référence 60 ayant un couvercle 61 formé d'une plaque plate, un fond ouvert 62 et une paroi latérale formée d'un échangeur de chaleur frontal et creux portant de l'eau 63 et deux échangeur s de chaleur latéraux se projettant vers l'arrière 64. Une entrée d'air 65 est prévue. Des entrées d'eau 66 etdes satesd'eau 67 sct prévues de même q ds conduits d'échappement de vapeur de s écurit é(noe rqIt&). Le fonctionnement de cet appareil est du même type que celui déjà décrit en référence au dispositif illustré dans les figures 10 et 11. Il y aura une usure et une détérioration réduites du dispositif de même qu'une augmentation du rendement d'échange de chaleur. On comprendra que bien que ce mode de réalisation ait été montré comme un mode de réalisation séparé, qu'il serait relativement facile d'incorporer l'échangeur de chaleur latéral 64 dans une chaudière formant une unité composite. Bien sOr, le dispositif peut ttre attaché et relié à une chaudière de toute manière convenable. De telles modifications du dispositif apparaitront facilement à l'homme de l'art et seront nécessaires suivant le type de chaudière auquel il y est adapté et l'utilisation donnée à la chaudière. En tout cas, il est nécessaire généralement de s'assurer que le récipient a une forme qui permettra au carburant de s'écouler librement. Ainsi, des récipients à cotés parallèles ne sont pas particulièrement avantageux car se pose toujours le problème de l'accumulation ou agglutination du carburant, en particulier du charbon. Généralement dans le dispositif à courant transversal le conduit d'échappement et l'entrée d'air sont disposés à l'opposé et à égale distance sur sa périphérie. Bien que jusqu'à présent les expériences de la demanderesse n'ont pas montré comment les différentes formes du dispositif selon la présente invention opèrent ou pourquoi elles sont plus efficaces durant le fonctionnement que les chaudières proposées jusqu'à présent, il y a certaines explications possibles pour oela. L'explication suivante de ce que la demanderesse croit ttre la manière dont l'appareil et le procédé fonctionnent doit être considérée dans une certaine mesure comme étant une simple conjecture. Les expériences qui ont été réalisées jusqu'à présent n'ont pas été terminées et par conséquent la théorie suivante n'a pas été pleinement vérifiée. Cependant, cette explication est donnée car elle peut d'une certaine manière Lseutre. Dans le dispositif à écoulement transversal, une colonne fermée ou un récipient emmagasine du carburant au-dessus d'un lit enflammé. Une certaine partie du carburant non brûlé est chauffée sufisamment pour dégager certains des gaz combustibles et comme ces gaz combustibles ou volatils sont piégés dans la colonne ils doivent finalement se diriger vers le bas et vers le feu pour ttre brûlés par le feu. Ainsi, sensiblement tous les gaz combustibles sont brtlés en étant piégés et en étant renvoyés vers le feu de la même manière, en quelque sorte, que les chaudières plus élaborées à tirage par le bas. Quand un dispositif tel qu'illustré dans les figures 1 à 3 est utilisé une certaine forme de couvercle ou de conduite d'échappement doit ttre mise en oeuvre. Il est nécessaire d'avoir le couvercle partiellement ouvert pour créer un tirage. Quelques uns des gaz combustibles ou volatils s'échapperont sans doute par le couvercle au sommet. Cependant, il apparait que la plupart de ces gaz sont ramenés dans lé foyer pour combustion. A l'heure actuelle, il n'est pas possible de dire cependant pourquoi cela se produit, il apparait que la masse de carburant contribue à retarder le déplacement vers le haut des gaz et à les ramener de force vers le bas dans le lit en feu pour combustion. Enfin, quand un dispositif tel qu'illus- tré dans la figure 9 est placé dans un dispositif à feu enfermé, il fonctionne selon des conditions normales telles que décrites ci-dessus. Cependant, quand on désire utiliser le dispositif lorsque la demande est en pointe il est bien sDr nécessaire d'ouvrir le couvercle au sommet de la colonne de sorte qu'une quantité considérable de gaz combustible ou volatil devrait normalement s'échapper. Lorsque cette situation se produit, telle que décrit, un feu secondaire est allumé à cité de l'unité pour faire face à cette demande de pointe. Pour autant que cela puisse ttre constaté ce feu secondaire brûle les gaz combustibles provenant de l'unité ou de la colonne, derrière le foyer primaire. Ceci se produit au niveau supérieur de la botte à fumée du dispositif à feu enfermé. En outre, il apparait que les gaz combustibles du feu secondaire passent à travers les gaz en combustion du premier feu et sont eux-mêmes mis à feu. Dans tous les cas il est essentiel qu'il y ait une colonne de carburant non brblé au-dessus du foyer. Alors que les modes de réalisation décrit ci-dessus concernent tous l'utilisation du charbon, d'autres carburants tels que la tourbe ou le bois peuvent ttre utilisés. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle com- prend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. il R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif à installer dans un brtlex de carburant solide pour améliorer le rendement à la combustion caractérisé en ce qu'il comporte un récipient, pour une colonne de carburant non brtlé et pour pIéger les gaz combustibles, ledit récipient ayant: des parois formant sommet et fond et des parois latérales; une entrée d'air adjacente à son fond; et un conduit d'échappement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'échappement est muni d'un couvercle déplaçable formant sa paroi de sommet. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'échappement et l'entrée d'air sont disposés sur la paroi latérale, ledit conduit et ladite entrée étant disposés d'une manière opposée et à équidistance sur sa périphérie. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite d'échappement supplé- mentaire ajustable adjacente à sa paroi de sommet. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le récipient est à fond ouvert. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la surface en section transversale du récipient augmente du sommet vers le fond. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'Ine partie des parois du récipient sont des échangeurs de chaleur creux. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'une partie de la paroi latérale du récipent est formée par le brûleur lorsque b dispositif y est installé. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce qu'il forme partie intégrante du brileur. 10. Brtleur caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif du type selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes.