Brevet FR2461893A1 — publié le 19810206

La présente se rapporte à un générateur d'eau chaude, notamment à une chaudière de chauffage central, à combustible solide, en particulier à bois et, le cas échéant, à combustible liquide ou gazeux, comprenant une chambre de grande taille, sensiblement en forme de cylindre à axe horizontal, destinée à recevoir le combustible solide, délimitée sur sa face latérale et à l'extrémité arrière par des doubles parois entre lesquelles l'eau à chauffer circule sous la forme d'une lame d'eau, et à l'extrémité avant par une porte. Des chaudières du type défini ci-dessus sont construites depuis quelques années dans le but de permettre en particulier la combustion de bûches de bois d'une longueur d'environ 1 mètre, c'est-à-dire la longueur à laquelle est normalement coupe le bois de chauffage, après abattage. La chambre cylindrique destinée à recevoir ces buches présente alors une longueur quelque peu supérieure à 1 mètre. Dans les chaudières connues de ce type, la chambre cylindrique destinée à recevoir le bois de chauffage est définie latéralement par deux viroles coaxiales et à une extrémité par deux disques espacés soudés aux viroles. L'espace compris entre les deux viroles et les deux disques est parcouru par l'eau à chauffer. La combustion du bois a lieu à l'intérieur de cette chambre, laquelle est divisée par une grille horizontale en deux compartiments. Le compartiment supérieur constitue la chambre de combustion proprement dite, tandis que le compartiment inférieur sert de cendrier. La porte de chargement comporte une arrivée d'air de combustion et le compartiment supérieur présente une buse pour le raccordement de la chambre de combustion à une cheminée. Par conséquent, seule la virole intérieure et le disque intérieur servent de surface de chauffe dans ces chaudières connues. Qui plus est, une partie seulement de la virole intérieure et du disque intérieur, à savoir la partie située au-dessus de la grille, ne peut effectivement participer à l'échange de chaleur entre les flammes et gaz de combustion et l'eau. En effet, l'arrivée de l'air de combustion s'effec tue généralement par une admission d'air prévue dans la porte de chargement en dessous de la grille, de sorte que le compartiment situé en dessous de la grille sert d'arrivée de l'air de combustion au bois reposant sur la grille et de cendrier.Les flammes et les gaz résultant de la combustion du bois reposant sur la grille sortent vers le haut par la buse de raccordement à la cheminée après avoir chauffé la partie supérieure de la virole et du disque intérieurs, située au-dessus de la grille. On a déjà cherché à exploiter également comme surface de chauffe la partie de la virole et du disque intérieurs située en dessous de la grille, en prévoyant dans la porte une arrivée d1air de combustion au-dessus de cette grille dans le but d'obtenir une combustion à flammes inversées, c'est-à-dire avec des flammes descendant à travers la grille pour chauffer également la partie de la virole et du disque situés en dessous de la grille.Cependant, malgré la présence d'un déflecteur prévu dans ce cas dans la partie supérieure de la chambre de combustion afin d'empêcher un échappement direct des flammes et des gaz de combustion dans la cheminée, il n'est pas possible, par cet agencement connu, du fait du raccordement de la chambre à la cheminée d'obtenir une vraie combustion inversée qui, dans le cas du bois, assure que les vapeurs, bistres et goudrons traversent les braises incandescentes pour assurer une combustion totale et parfaite du bois. De plus, l'échange de chaleur entre les flammes et gaz de combustion et la partie de la virole et du disque intérieurs située en dessous de la grille est considérabdement réduit par la présence des cendres qui s'accumulent sur la partie inférieure de la virole intérieure servant de cendrier. La présente invention a pour objet un générateur d'eau chaude, en particulier une chaudière de chauffage central, du type défini ci-dessus, qui remédie aux inconvénients des chaudières connues précédemment décrites et qui assure à taille égale, une puissance utile au moins doublée, ainsi qu'une combustion complète du bois, donc sans risque de bistrage de la chaudière et de la cheminée et sans risque de feux de cheminée. L'invention a également pour objet un générateur d'eau chaude permettant de passer de manière simple et rapide du chauffage par bois au chauffage par combustible liquide ou gazeux sans modification du corps du générateur. Dans le générateur conforme à l'invention, les parois doubles entre lesquelles l'eau à chauffer circule sous la forme d'une lame d'eau sont interrompues dans la partie la plus basse de la face latérale de ladite chambre, par une ou plusieurs ouvertures garnies d'une ou de plusieurs grilles, établissant une communication entre l'espace intérieur de ladite chambre et une chambre sousjacente. La paroi extérieure desdites parois doubles est entourée à distance d'une paroi externe établissant avec ladite paroi extérieure un conduit communiquant avec ladite chambre sousjacente et avec une buse de raccordement à une cheminée. Une arrivée d'air débouchant dans ladite chambre est disposée dans la porte. La prévision de la ou des grilles dans une ou plusieurs ouvertures interrompant les doubles parois à la partie la plus basse de la face latérale de la chambre cylindrique fait que le cendrier se trouve disposé à l'extérieur de ladite chambre, de sorte que toute la paroi intérieure de cette chambre participe à change de chaleur avec l'eau. Le conduit de gaz qui entoure la paroi extérieure de ladite chambre permet de faire participer cette paroi extérieure également à l'échange de chaleur avec l'eau. Enfin, du fait que ledit conduit débouche dans la cheminée et que l'air de combustion est admis dans la chambre assure une combustion à flammes renversées du bois reposant sur les grilles. Dans la chambre cylindrique se produit une carbonisation du bois, dont la chaleur dégagée chauffe la paroi intérieure. La combustion proprement dite, à flammes renversées, c'està-dire la combustion des matières volatiles qui sont contenues dans le bois, et qui sont dégagées lors de la carbonisation a lieu au cours et après le passage des gaz à travers les braises incandescentes reposant sur la grille, donc pratiquement en dehors de la chambre cylindrique. Par le conduit qui entoure la paroi extérieure de la chambre, les flammes et les gaz chauds longent ensuite cette paroi extérieure en cédant, à travers cette paroi extérieure, leur chaleur à l'eau circulant dans la double paroi de la chambre cylindrique. La combustion proprement dite à flammes renversées a donc bien sur la grille et dans la chambre sousjacente à la grille, qui communique par ledit conduit avec la buse de raccordement à la cheminée. Pour assurer une répartition des gaz sur toute la surface de la paroi extérieure, il est avantageux de placer des chicanes dans ledit conduit, de préférence deux chicanes s'étendant de façon sensiblement horizontale, à peu près à mi-hauteur de la chambre cylindrique, depuis la paroi externe arrière jusqu'à distance de la porte. Pour ameliorer la combustion, il s'est avéré avantageux d'équiper les ouvertures garnies de grilles de la double paroi de la chambre cylindrique de bols de combustion présentant des parois convergeant vers le bas, dans la chambre sousjacente. Le générateur conforme à l'invention comporte avantageusement à l'extrémité avant une porte de ramonage qui permet d'accéder, non seulement à l'intérieur de la chambre cylindrique, mais également au conduit entourant cette chambre. Sur cette porte de ramonage est articulée une porte de chargement donnant accès à la chambre cylindrique et présentant une admission d'air de combustion. Pour pouvoir passer facilement du chauffage par bois au chauffage par un combustible liquide ou gazeux, il est avantageux de monter un bru leur à mazout ou un brailleur à gaz à air soufflé sur une porte supplémentaire pouvant être amenée par simple pivotement à la place de la porte de chargement de bois, la chambre cylindrique constituant, dans ce cas, la chambre de combustion proprement dite. Les flammes et les gaz de combustion, après avoir chauffé la paroi intérieure de la chambre cylindrique, traversent ensuite les ouvertures inférieures pour longer la paroi extérieure de la chambre cylindrique avant de s'échapper dans la cheminée. En se référant au dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif de l'objet de l'invention; sur ce dessin la rif. l est une coupe longitudinale d'une chaudière conòl^me a 1' invention; la fiy. 2 est une vue en élévation frontale de cette chaudière, suivant la flèche il de la fig. i; la fig. 3 est une coupe suivant III-III de la fig. 1. La chaudière de chauffage central illustrée par le dessin comprend une chambre intérieure 1 sensiblement en forme de cylindre à axe horizontal. La chambre l est délimitée latéralement par une paroi cylindrique 2 et à l'extrémité arrière ou de ond par une paroi 3 en forme de disque. La paroi 2 et la paroi 3 sont entourées à distance d'une paroi extérieure 4 cylindrique et d'une paroi extérieure 5 en forme de disque, les parois 2 et 3 ainsi que les parois 4 et 5 etant assemblées par soudage. A l'extrémité frontale opposee, les parois 2 et A sont reliées entre elles par un anneau soudé 6. Les parois 2, 4 et 3, 5 délimitent entre elles un espace destiné au passage de l'eau à chauffer.La paroi 4 comporte, au voisinage de l'extrémité arrière, un raccord inférieur 7 auquel est reliée la canalisation de retour d'eau des radiateurs de l'installation de chauffage central et, au voisinage de son extrémité avant un raccord supérieur 8 pour le départ de l'eau chaude vers les radiateurs de l'installation de chauffage central. La paroi extérieure cylindrique 4 est entourée, dans sa moitié supérieure, à distance par une paroi externe 9 derni- cylindrique prolongée; de part et d'autre, verticalement vers le bas. De façon analogue, une paroi externe 10 soudée à la paroi 9 est située à distance de la paroi 5. La paroi 10 comporte une buse il destinée au raccordement de la chaudière à une cheminée. Les parois 9 et 10 sont entourées d'une jaquette isolante 12. A l'extrémité avant de la chaudière correspondant à l'extrémité ouverte de la chambre 1 est montée une porte 13 à axe de pivotement vertical 14. La porte 13 présente une ouverture centrale 15 permettant le chargement du bois en buches dans la chambre l. L'ouverture 15 de la porte 13 est obturée par une porte de chargement 16 pivotant par rapport à la porte 13 autour d'un axe vertical 17. La porte 16 présente un volet d'air primaire 18 commandant une ouverture d'admission d'air primaire 19 sous l'action d'un régulateur de tirage 20 détectant la température de l'eau au départ vers les radiateurs de l'installation de chauffage central. La double paroi cylindrique 2, 4 de la chambre 1 présente, dans sa partie la plus basse, une ouverture relativement longue, mais de faible largeur, dans laquelle est rapportée un bol de combustion 21 présentant des parois divergeant vers le bas et portant à leur extrémité supérieure une bride adaptée à la forme de la paroi 2. Une grille 22 ayant la même courbure que la paroi 2 est rapportée dans l'extrémité supérieure du bol 21. L'ensemble de la chambre 1 est supporté par des moyens non représentés au-dessus d'un fond réfractaire 23 de manière qu'une chambre 24 subsiste entre la partie inférieure de la paroi extérieure cylindrique 4 et le fond 23, la chambre 24 étant délimitée latéralement par les parties verticales de la paroi externe 9. Une porte 25 permet d'accéder de l'avant à la chambre 24, en dessous de la porte 13. Deux chicanes horizontales 26 s'étendent dans un plan horizontal passant sensiblement par l'axe de la chambre 1, entre la paroi externe 9 et la paroi extérieure 4 à peu près depuis le milieu de la longueur de la chambre 1 jusqu'à la paroi externe 10. On reconnaît sur les fig. 1 et 2 qu'un bruleur à mazout ou à gaz à air soufflé 27 est monté sur une porte 28 de même taille que la porte 16, articulée par un axe vertical 29 sur deux bras horizontaux 30 eux-mêmes articulés par des axes verticaux 31 alignés sur la face frontale de la chaudière, à l'opposé de l'axe de pivotement 14 de la porte 13. La porte28, avec le brûleur 27, peut être amenée par pivotement à la place de la porte 16 sur la porte 13. On va expliquer ci-après le mode de fonctionnement de la chaudière telle que décrite ci-dessus et représentée sur le dessin annexé. La chaudière est particulièrement adaptée au chauffage à l'aide de bûches de bois d'une longueur de, par exemple, 1 m. Les bûches sont chargées horizontalement dans la chambre 1, à travers l'ouverture 15 de la porte 13, dégagée par la porte 16. Sous l'effet du tirage de la cheminée à laquelle est raccordée la buse 11 et de l'admission d'air primaire par l'ouverture 19 commandée par le volet 18, ce qui crée un tirage vers le bas à travers la grille 22 le bois contenu dans la chambre 1 subit une carbonisation, les matières volatiles dégagées au cours de cette carbonisation, après chauffage de la paroi intérieure 2, 3, traversant de haut en bas la grille 22 et les braises incandescentes reposant sur cette grille. La combustion de ces matières volatiles a lieu au passage à travers lesdites braises, c'est-à-dire que les flammes dues à la combustion brûlent vers le bas, à travers le bol de combustion 21.Les flammes et les gaz de combustion remontent de la chambre inférieure 24, qui sert également de cendrier, en longeant les parois extérieures 4 et 5 de la chambre 1 pour s'échapper enfin par la buse il dans la cheminée, les chicanes 26 dirigeant les gaz sur toute la surface des parois extérieures 4 et 5. La combustion à flammes renversées dans la partie basse de la chambre 1 et dans la chambre inférieure 24 assure une combustion complète des matières volatiles dégagées par la carbonisation du bois, ce qui permet de récupérer un pourcentage optimal du pouvoir calorifique du bois et évite le bistrage de la chaudière et également de la cheminée qui se produit souvent avec les chaudières à bois à combustion à flammes non renversées, c'est-à-dire à combustion incomplète. Le fait que les deux parois de la chambre 1 participent à l'échange de chaleur permet non seulement de doubler la puissance utile par rapport à une chaudière de même taille à simple surface de chauffe, mais encore d'assurer que les gaz, entièrement brûlés, s'échappent par la buse 11 dans la cheminée à une température réduite, ce qui, en combinaison avec l'absence de vapeurs, de bistres et de goudrons, élimine les risques de feux de cheminée. Pour la marche au mazout ou au gaz à air soufflé, il suffit d'ouvrir la porte 16 et d'amener sur l'ouverture 15 de la porte 13 la porte 28 portant le brûleur 27, auquel cas la chambre 1 sert de chambre de combustion, les parois intérieures 2 et 3 étant chauffées par rayonnement et les parois extérieures 4 et 5 par les gaz de combustion qui, sortant de la chambre 1 par la grille 22, remontent pour s'échapper par la buse 11 après avoir longés les parois extérieures 4 et 5. Dans ce cas également, ce parcours des gaz de combustion permet une récupération optimale du pouvoir calorifique du combustible. il va de soi que de nombreuses modifications et variantes peuvent être apportées au mode de réalisation tel que décrit ci-dessus et représenté sur le dessin annexé, sans sortir pour autant du cadre de la présente invention. Ainsi, la chambre 1 pourrait avoir une forme autre que cylindrique. I1 serait également possible de donner des formes légèrement différentes aux parois extérieures 4 et aux parois externes 9 et 10 de manière que l'intervalle qui les sépare ait une section non uniforme. Les chicanes 26 pourraient également être disposées différemment dans la mesure où elles assurent une répartition uniforme des gaz de combustion sur les parois extérieures 4 et 5. Selon la longueur des bûches de bois, il serait possible de modifier le rapport diamètre/longueur de la chambre 1 qui peut soit être en construction monobloc, en tôle d'acier, soit être formée par assemblage d'un nombre plus ou moins important d'éléments, par exemple en fonte, ce qui simplifie considérablement la fabrication de chaudières de puissances différentes. Enfin, la chaudière conforme à l'invention convient également parfaitement à la combustion de combustibles solides autres que les bûches de bois, notamment des déchets de bois, de la paille, de la tourbe, etc... REVENDICATIONS 1. Générateur d'eau chaude, notamment chaudière de chauffage central; à combustible solide, en particulier à bois c, le cas échéant, à combustible liquide ou gazeux; comprenant une chambre de grandie taille; sensiblement en forme de cylindre à axe horizontal; destinée à recevoir le combustible solide délimitée sur sa face latérale et à l'extrémité arrière par des doubles parois entre lesquelles l'eau à chauffer circule sous la forme d'une lame d'eau, et à ltextremite avant par une porte de chargement, caractérisé par le fait que lesdites doubles parois sont interrompues, dans la partie la plus basse de la face latérale de ladite chambre, par une ou plusieurs ouvertures garnies d'une ou de plusieurs grilles, établissant une communication entre l'espace intérieur de ladite chambre et une chambre sousja- cente, que la paroi extérieure desdites doubles parois est entourée à distance d' une paroi externe établissant avec ladite paroi extérieure un conduit communiquant avec ladite chambre sousjacente et avec une buse de raccordement à une cheminée, et qu'une arrivée d'air débouchant dans ladite chambre est disposée dans ladite porte. 2. Générateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite ouverture ou chacune desdites ouvertures de ladite paroi double est garnie d'un bol de combustion dont les parois convergent vers le bas dans ladite chambre sousjacente. 3. Générateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que des chicanes sensiblement horizontales sont disposées dans ledit conduit, à peu près à mi-hauteur de ladite chambre, depuis ladite paroi externe arrière jusqu'à distance de ladite porte. 4. Générateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise par le fait que la porte prévue à l'extrémité de ladite chambre comprend une première porte donnant accès à ladite chambre et audit conduit et une seconde porte obturant une ouverture de chargement de ladite première porte. 5. Générateur suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend une troisième porte portant un brûleur à mazout ou à gaz à air soufflé et pouvant être amenée avec ledit brûleur sur ladite ouverture de ladite première porte, à la place de ladite seconde porte.