Brevet FR2483569A1 — publié le 19811204

APPAREIL DE COMBUSTION AUTO-REGULE L'invention concerne un appareil de combustion a combustible solide ou semi-solide, notamment pour le chauffage domestique; une des particularités essentielles de l'invention étant de permettre une combustion régulière et complète grace a un apport d'air secondaire, entretenant une post-combustion, introduit dans l'appareil en rapport avec le flux des gaz de combustion. On connaît de nombreux systemes de combustion. Certains sont à tirage direct et se caractérisent par un mauvais rendement; une grande partie des calories produites s'échappant avec les fumées. D'autres systèmes utilisent le tirage inversé dans lequel les gaz non complètement brûlés sont dirigés vers une chambre de post-combustion où ils sont à nouveau enflammés avant d'être dirigés vers le conduit de cheminée. On observe souvent une certaine instabilité de combustion entre le foyer et la chambre de combustion de ces gaz. Enfin, un objectif constant et difficile à atteindre, quel que soit le système de combustion, est la répartition optimale entre les calories produites, exploitables par exemple pour le chauffage, et celles qui sont nécessaires pour entretenir la combustion. L'invention propose une structure simple apportant une solution satisfaisante à tous ces problèmes. Plus précisément, l'invention concerne donc un appareil de combustion du type comportant une enceinte renfermant un support de combustible, tel que de préférence une grille, au-dess s duquel est ménagée une zone de combustion, une ouverture d'entrée d'air comburant communiquant avec un espace inférieur audit support et une sortie de fumée, ca ractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite enceinte est munie d'une double paroi comportant des séparations internes matérialisant au moins un circuit d'échappement principal entre ladite zone de combustion et ladite sortie de fumée, et en ce qu'un orifice dudit circuit d'échappement principal débouche dans ladite zone de combustion au voisinage d'une prise d'air comburant et qu'il comporte un moyen spécial d'aspiration. De préférence, le moyen d'aspiration précité est un dispositif de Venturi agencé à cet orifice, lequel est localisé au bas de la zone de combustion, près du bord du support de combustible. Avec une telle structure, on notera que la post-combustion a lieu dans le foyer mime ou au voisinage immédiat de celui-ci, c'est-à-dire autour du Venturi (ce qui évite les instabilités mentionnées ci-dessus) et que ce dernier est avantageusement orienté pour recevoir à la fois les gaz chauds qui doivent être réallumés et de l'air comburant frais traversant le support de combustible.De cette façon, lorsque les gaz imbrûlés se réallument au voisinage du Venturi, ils provoquent une aspiration plus forte dans ce dernier, laquelle entraîne une quantité proportionnelle d'air frais, d'où l'auto-regulation souhaitée de la combustion, puisque l'air comburant est toujours introduit en proportion du flux des gaz à brûleur. D'autre part, les gaz chauds sont forcés de circuler et de propager leurs calories dans-tout !'espace intérieur à la double paroi, avant d'être évacués, notablement refroidis, dans le conduit de cheminée. On obtient de ce fait un chauffage efficace par rayonnement de toute la surface de la paroi externe du dispositif, tandis que la paroi interne est elle aussi chauffée et rayonne vers l'intérieur de la zone de combustion précitée une énergie d'auto-entretien de la combustion, qui peut empêcher 1' extinction du foyer dans certains cas défavorables.A titre d'exemple, si on introduit à un moment donné du bois un peu trop humide dans le foyer, le rayonnement vers la zone de combustion de la paroi interne contribue à assécher le combustible et le prépare à la combustion proprement dite, ce qui élimine les risques d'extinction du foyer. L'invention sera mieux comprisé et d'autres détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumiere de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation particulier d'un appareil de combustion conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessin non limitatif annexé, dans lequel : - la figure 1 est une vue en coupe partielle et avec arrachement d'un appareil de combustion selon l'invention; - la figure 2 est une coupe II-II de la figure 1, et - la figure 3 est une coupe III-III de la figure 1. En se reportant au dessin, l'appareil de combustion se compose essentiellement d'une enceinte 11 comportant une enveloppe externe 12, tubulaire et une enveloppe interne 13, tubulaire et coaxiale. Sur la figure 1, l'enveloppe 12 est représentée en coupe, tandis que l'enveloppe 13 est en vue extérieure avec un arrachement partiel. Ces deux enveloppes définissent dans toute la partie supérieure de l'appareil une double paroi formant un espace annulaire 14 aménagé en circuits d'échappement qui seront décrits plus loin. La partie centrale de ltenveloppe interne 13 et la partie inférieure de l'enveloppe externe 12 qui s 1étend jusqu'à une grille 15 formant support de combustible, forment une zone de combustion 16 délimitée à la partie supérieure par un couvercle pivotant 18 découvrant un orifice de chargement du combustible 19.Une virole de raccordement 20, matérialîsant la sortie de fumée, débouche dans l' espace annulaire 14 précité. Par ailleurs, -de façon classique, une entrée d'air 21, réglable, est prévue dans l'espace d'accumulation des cendres 22 ménagé sous la grille 15. Selon l'invention, l'espace annulaire 14 comporte des séparations internes 25, constituées par des bandes de cloisonnement ayant sensiblement la largeur de la distance radiale entre les deux parois en regard des enveloppes 12 et 13 et fixées sur l'une d'elles, par exemple l'enveloppe interne 13. Ces séparations internes définissent un circuit d'échappement principal 26, ascendant dans l'exemple représenté, entre la zone de combustion 16 et la sortie de fumée 20. Ce circuit 26 ouvre au bas de la zone de combustion par un orifice de Venturi 28, constituant en luimême un moyen d'aspiration, localisé au voisinage d'une partie du bord de la grille 15, de sorte que de l'air comburant frais puisse être facilement aspiré par le Venturi 28, à travers la grille 15 constituant une prise d'air comburant pour l'orifice de Venturi 28.Ce dernier s 'étend sur un certain secteur angulaire (fig. 2) et l'écoulement des gaz chauds s'effectue donc dans l'espace annulaire en deux flux principaux, de part et d'autre de cet orifice, se rejoignant à l'opposé de celui-ci, après avoir réchauffe une surface importante des enveloppes 12 et 13. L'espace annulaire 14 est aussi pourvu d'un circuit d'échappement auxiliaire 30, également en partie dé- limité par des bandes de cloisonnement 25 et s'étendant entre la partie supérieure de la zone de combustion 16 (le haut de l'enveloppe 13 est légèrement espacé du couvercle 18 pour ménager un espace d'écoulement des fumées 31) et la sortie de fumée 20. Plus précisément, les circuits d'échappement principal et auxiliaire comportent une partie commune 32 aboutissant à cette sortie de fumée 20, tandis qu'un clapet mobile 33, pivotant et manoeuvrable de l'extérieur, est disposé à l'intersection 34 de ces deux circuits pour régler la section d'écoulement entre chacun des deux circuits et la partie commune 32. La manoeuvre de ce clapet permet de faire passer sensiblement tout le flux des gaz chauds et des fumées dans l'un ou l'autre des circuits 26 et 30 suivant les conditions de fonctionnement du moment, ou encore, pendant une période transitoire, de réaliser un dosage entre les flux empruntant ces deux circuits.On remarquera en outre un élément de paroi 36 formant séparateur, solidaire de la grille 15 et monté en saillie par rapport à celle-ci dans la direction de l'orifice de Venturi 28. Cet élément de paroi 36 matérialise mieux la prise d'air précitée, car elle isole une partie des trous de la grille 15 pour cet usage, et les empêche d'être obturés par le combustible répandu sur la plus grande partie de la grille. En même temps, elle sépare et canalise les flux de gaz chaud alimentant la post-combustion et d'air comburant correspondant, à l'entrée du Venturi. Le fonctionnement de l'appareil qui vient d'être décrit est des plus simples et découle avec évidence de la description qui précède. L'allumage de l'appareil s'effectue en positionnant le clapet 33 dans une position interrompant sensiblement toute communication entre l'orifice de Venturi 28 et la sortie de fumée 20 (c'est la position contraire de celle qui est représentée à la figure 1), de sorte que la combustion s'amorce en tirage direct. Les flammes se développent verticalement, les gaz de combustion se dirigent à la partie supérieure de la zone de combustion 16, à l'intérieur de l'enveloppe 13 et traversent l'espace 31 pour pénétrer dans le circuit auxiliaire 30 proprement dit, avant être évacués par la sortie 20 en empruntant la partie commune 32 de circuit, en aval du clapet 33.Pendant cette phase d'allumage, on retient donc le plus possible les calories à l'intérieur de la zone de combustion, pour un bon amorçage de celle-ci, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'une quantité suffisante de braises se soit formée sur la grille 15. A partir de ce moment, on peut inverser (plus ou moins complètement et plus ou moins progressivement suivant la nature du combustible) la position du clapet 33 jusqu'à celle qu'il occupe sur la figure 1; c' est-à- dire jusqu'à mettre le circuit principal 26 en service au détriment du circuit auxiliaire 30. A partir de ce moment, on observe une inversion du tirage principal; les gaz de combustion et les produits de combustion incomplète ne pouvant plus s'échapper à la partie supérieure de la zone de combustion et étant finalement aspirés par l'orifice de Venturi 28 après avoir décrit un trajet 35 en forme de boucle, à l'intérieur même de la zone de combustion 16. Parallèlement, la combustion se développe alors essentiellement horizontalement, car les flammes s' orientent à l'intérieur même de la masse de combustible dans la direction de l'orifice de Venturi 28.La combustion devient alors plus complète et plus facile à régler en agissant simplement sur les moyens de réglage de 1' entrée d'air 21 Surtout, comme mentionné précédemnent il se produit une post-combustion des gaz soumis au tirage inversé (c'est-à-dire les gaz empruntant le trajet illustré par ia flèche 35) au voisinage de l'orifice de Venturi 28, ces gaz étant réallumés par les braises ellesmêmes. En outre, selon un avantage important de l'invention, cette post-combustion des gaz non complètement brûlés est auto-régulée par le fait que l'air secondaire (qui constitue le comburant de cette postcombustion et dont le trajet est symbolisé par la flèche 37 sur la figure 1) est aspiré dans le Venturi proportionnellement au flux des gaz chauds aspirés dans ce même Venturi.En d'autres termes, la post-com bustion est "couplée" 1 la quantité de gaz dégagé et aspiré dans le Venturi, tandis que l'aspiration d'air secondaire dépend du flux thermique produit par cette combustion, de sorte que la post-combustion est 'asservie" à la combustion primaire et donc contrôlée par elle; cette combustion primaire étant déterminée en puissance par le seul réglage de l'entrée d'air 21. Aucun emballement n'est donc à craindre. Ensuite, les gaz et fumées provenant à la fois de la combustion horizontale directe et de la post-combustion, doivent emprunter un trajet relativement long (celui du circuit d'échappement principal 26) avant d'atteindre la sortie de fumée 20.Ils sont donc relativement refroidis lorsqu' ils sont évacués à cette sortie, ce qui témoigne d'une bonne utilisation des calories produites, dont une partie est utilisée pour le chauffage (rayonnement externe par l'enveloppe 12) et dont une autre partie sert à entretenir la combustion (rayonnement interne par l'enveloppe 13) même dans les conditions difficiles évoquées ci-dessus. Bien entendu, l'invention- n'est pas limitée au seul mode de réalisation de l'appareil qui vient d'être décrit. En particulier, on a représenté un appareil à foyer vertical, c'est-à-dire à chargement par le haut, mais l'invention peut facilement être adaptée à un appareil à foyer horizontal, c'est-à-dire à chargement latéral. On peut également prévoir plusieurs orifices de Venturi, ou dont les formes procurent le meme effet Venturi de succion et de mélange gaz/air. En outre, la sortie de fumée 20 peut être disposée en partie basse de l'appareil, spécialement pour un appareil à foyer horizontal mentionné cidessus. Enfin, les enveloppes définissant la double paroi peuvent être de formes très différentes de la forme cylindrique illustrée. C'est dire que l'invention couvre tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Appareil de combustion du type comportant une enceinte renfermant un support de combustible, tel que de préférence une grille, au-dessus duquel est ménagée une zone de combustion, une ouverture d' entrée d'air comburant communiquant avec un espace inférieur audit support et une sortie de fumée, caractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite enceinte est munie d'une double paroi comportant des séparations internes matérialisant au moins un circuit d'échappement principal entre ladite zone de combustion et ladite sortie de fumée, et en ce qu'un orifice dudit circuit d'échappement principal débouche dans ladite zone de combustion au voisinage d'une prise d'air comburant et qu' il comporte un moyen spécial d'aspiration. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit orifice est localisé au bas de ladite zone de combustion, au voisinage d'une partie du bord dudit support de combustible et que ladite prise d'air comburant traverse ledit support de combustible pour commu- niquer avec ledit espace inférieur. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une portion dudit circuit d'échappement au voisinage dudit orifice est conformée avec une restriction d'écoulement formant Venturi, constituant ainsi ledit moyen d'aspiration. 4. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit d'échappement auxiliaire ménagé dans l'espace de double paroi précité, entre la partie supérieure de ladite zone de combustion et ladite sortie de fumée. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits circuits d'échappement principal et auxiliaire comportent une partie commune aboutissant à ladite sortie de fumée et à un clapet ou analogue, disposé à l intersection des deux circuits pour régler la section d'écoulement entre chacun de ces deux circuits et ladite partie commune. 6. Appareil selon l'ensemble des revendications 2 et 3, à support de combustible sous forme de grille caractérisé par un élément de paroi formant séparateur, monté en saillie par rapport à ladite grille dans la direction de l'orifice de Venturi précité, de façon qu'une partie de ladite grille constitue ladite prise d'air comburant et que le combustible soit séparé des trous de cette partie. 7. Appareil selon l'une des revendications précédentes, ca ractérisé en ce que ladite enceinte comporte deux enveloppes sensiblement tubulaires et coaxiales, définissant entre elles le ou les circuits d'échappement précités et que les bandes de cloisonnement de la largeur de la distance radiale entre les deux parois. en regard desdites enveloppes sont fixées sensiblement radialement sur l'une d'elles pour matérialiser le ou lesdits circuits d'échappement.