Brevet FR2482702A1 — publié le 19811120

La présente invention concerne des poêles perfec- tionnés pour la combustion d'un combustible solide tel que par exemple du bois, du coke, du charbon, etc., du type com- portant une chambre de combustion primaire et une chambre de combustion secondaire, qui comportent toutes les deux des alimentations séparées en air de combustion. Des essais ont été effectués avec des poêles connus antérieurement de ce type pour réaliser une post-combustion de gaz incomplètement brûlés par apport d'air secondaire à ces gaz à l'intérieur de la chambre de combustion. Cepen- dant des essais ont montré que l'effet recherché est très rarement obtenu dans de petits poêles et que, dans le cas o ce résultat est obtenu, ceci est dû à des conditions par- ticulièrement avantageuses. Compte tenu des signes d'une pénurie future d'éner- gie, on a porté récemment un intérêt accru à l'utilisation de produits forestiers en tant que source de chauffage domestique. Il existera alors une demande dans le domaine des poêles qui, sans provoquer une pollution de l'environne- ment, seront aptes à brûler des produits forestiers et des combustibles similaires avec le rendement le plus élevé possible et le meilleur taux possible de combustion contrô- lée. Une caractéristique de ce type de poêles consiste en ce que le combustible subit une combustion (pyrolytique) incomplète à une température relativement basse dans une chambre primaire. Au cours de ce processus, desgaz inflam- mables (gaz pyrolytiques) sont libérés avec un débit qui dépend de la température et de la forme et te la composition du combustible. La température dans la'chambre primaire dépend de la vitesse de combustion, qui s'y déroule, et par conséquent de l'alimentation en air primaire et de l'isola- tion thermique de la chambre primaire. La dissipation totale d'énergie potentielle sera par conséquent la somme de l'in- tensité de la combustion primaire et du pouvoir calorifique des gaz pyrolytiques. Une dissipation contrôlée de l'énergie requiert à tout moment un réglage de la quantité d'air primaire et l'isolation de la chambre primaire en fonction du combustible qui y est utilisé. Afin de garantir une combustion complète des gaz pyrolytiques et d'obtenir de ce fait un rendement élevé, il sera nécessaire d'apporter un air secondaire aux gaz dans des conditions contrôlées du point-de vue de sa quantité, de sa température et de son temps de séjour. La combustion peut intervenir d'une manière efficace dans une chambre secondaire séparée moyennant une isolation thermique appro- priée et une alimentation appropriée en air. C'est pourquoi l'objet de la présente invention est de fournir un poêle permettant la combustion d'un combusti- ble solide, dans lequel la combustion s'effectue en deux étapes, à savoir en premier lieu dans une chambre primaire et ensuite dans une chambre secondaire, d'une manière per- mettant d'obtenir un rendement élevé pour le poêle, ledit poêle devant être en outre conçu de façon à obtenir une com- bustion contrôlée. Conformément à la présente invention, ce problème est résolu au moyen d'un poêle perfectionné du type mention- né précédemment, qui est caractérisé par le fait que les deux chambres sont isolées thermiquement de telle manière que la production de gaz pyrolytiques dans la chambre pri- maire s'effectue dans un espace prédéterminé, et que la température à l'intérieur de la chambre secondaire est suf- fisamment élevée pour provoquer une combustion complète de tous les gaz pyrolytiques. Habituellement la température la plus élevée est requise dans la chambre secondaire et ceci suggère la réalisation d'une meilleure isolation thermique pour cette chambre que pour la chambre primaire. Une autre caractéristique de la présente invention réside dans le fait que la chambre secondaire est conçue sous la forme d'une chambre de combustion à deux étages. La taille d'une chambre secondaire optimale dépendra de la dissipation d'énergie du poêle. Une chambre secondaire à deux étages garantira de ce fait une bonne combustion secon- daire sur une plage étendue de réglage, étant donné qu'il se produira une combustion avec de faibles dissipations d'énergie dans le premier étage et que la combustion sera parachevée avec des dissipations plus importantes dans le second étage. Une autre caractéristique de la présente invention consiste à prévoir une surface d'échange de chaleur entre un conduit d'admission pour l'air secondaire et un conduit de sortie pour les gaz de combustion chauds provenant de la chambre secondaire, afin de réaliser un préchauffage de l'air de combustion admis dans la chambre secondaire. Une autre caractéristique de la présente invention réside dans le fait que le conduit de l'air secondaire débou- che dans l'espace compris entre la chambre primaire et la chambre secondaire. Une forme de réalisation préférée de l'invention est caractérisée par le fait que le conduit de l'air secon- daire est situé dans la paroi de séparation entre la chambre primaire et la chambre secondaire et que ce passage est isolé par rapport à la chambre primaire et possède une s.ur- face d'échange de chaleur en direction de la chambre.secon- daire. Il en résulte un préchauffage de l'air secondaire. Une autre caractéristique de la présente invention réside dans le fait qu'une source de chaleur est située dans la chambre secondaire ou dans le conduit d'alimentation en air aboutissant à la chambre secondaire, ladite source de chaleur étant alimentée par une énergie extérieure et pou- vant par exemple être constituée par un dispositif de chauf- fage électrique. L'énergie dissipée par cette source de cha- leur peut être commandée, conformément à la présente inven- tion a) par la température à l'intérieur de la chambre secondaire, ou b) par la montée de température dans la chambre secondaire, ou c) par la température présente dans-la chambre secon- daire, ou d) une combinaison des paramètres (a, b, c). Afin de réduire la température d'allumage des gaz dans la chambre secondaire, il est prévu selon une caracté- ristique de la présente invention que la chambre secondaire peut être munie d'un catalyseur. Une variante de cette carac- téristique consiste en ce que la chambre secondaire est équi- pée de plaques, de tiges, ou de dispositifs similaires possé- dant une grande inertie thermique de telle sorte que l'allu- mage des gaz de combustion s'effectuera plus facilement qu'avec une atmosphère de gaz libre. Afin d'obtenir de façon sûre un processus de combus- tion auto-contrôlée avec un rendement élevée dans tous les cas, indépendamment du type de combustible ou de la forme ou des conditions variables d'écoulement d'air, selon une carac- téristique de la présente invention, il est possible de pré- voir un ventilateur permettant d'assurer une alimentation uniforme d'air pour la combustion. Selon une formé de réali- sation avantageuse, le ventilateur est entraîné par un orga- ne thermoélectrique disposé sur l'une des parois dans l'une des chambres de combustion, de préférence la chambre secon- daire. Le ventilateur peut être commandé par un thermosat. Ci-après on va décrire la présente invention en référence à la figure unique représentant un schéma d'une forme de réalisation de la-présente invention. Le poêle représenté à titre d'exemple se compose d'une chambre primaire 1 dans laquelle au moins la paroi su- périeure 2 est isolée. Cependant il est possible d'isoler également les parois latérales si cette disposition s'avé- rait nécessaire en vue d'accroître la température dans la chambre primaire, lorsque l'on désire obtenir une vitesse prédéterminée de combustion. L'air de combustion amené à la chambre primaire 1 est introduit par des ouvertures d'écoule- ment d'air 4 ménagées dans la partie avant du poêle. Les gaz de combustion provenant de la chambre primaire sont amenés à l'intérieur de la chambre secondaire 6 par l'intermédiaire d'une ouverture 5 ménagée dans la paroi arrière 3. Cette chambre est constituée sous la forme d'une chambre à deux étages, dans laquelle la combustion s'effectue dans l'étage 1 lorsque la dissipation d'énergie est faible tandis qu'elleest parachevée dans l'étage 2 lorsque la dissipation d'énergie est élevée. L'air de com- bustion amené à la chambre secondaire est entraîné à l'inté- rieur de cette dernière par l'intermédiaire d'une ouverture d'écoulement d'air 7 ménagée dans la partie avant du poêle, en direction d'un conduit*8 situé dans la paroi supérieure de la chambre primaire 2. L'alimentation en air de combus- tion est réglée de manière que l'air primaire et l'air se- condaire soient contrôlés ou commandés simultanément. Le - conduit 8 est isolé par rapport à la chambre primaire, de la manière représentée sur la figure, mais est équipé d'une surface d'échange de chaleur 9 avec le conduit de sor- tie 10 provenant de la chambre secondaire. La chambre secon- daire possède une bonne isolation thermique, de sorte que l'on obtient dans cette chambre des température suffisamment élevées (750-10000C). Afin d'être certain qu'il se produira un allumage avec une combustion complète des gaz de combus- tion dans la chambre secondaire, c'est-à-dire que la tempé- rature sera supérieure à la température d'allumage pour les gaz, il est possible d'utiliser un dispositif de chauffage 12 comportant une source extérieure d'alimentation en éner- gie. Le dispositif de chauffage 12 peut être undispositif de chauffage électrique comme dans le cas de la forme de réalisation représentée, ou bien peut être un brûleur à mazout, un brûleur à gaz, etc. Le dispositif de chauffage peut être situé dans le conduit d'alimentation 8 pour l'air secondaire, au lieu d'être disposé dans la chambre secon- daire proprement dite. Comme cela a été mentionné précédem- ment, la chambre secondaire peut comporter une surface catalytique, par exemple un composé de platine ou de rho- dium, de manière à réduire la température d'allumage des gaz de combustion. La chambre secondaire peut être également équipée de plaques, de tiges ou de dispositifs semblables possédant une certaine inertie thermique, de telle sorte que l'allumage des gaz de combustion s'effectuera plus facilement que dans une atmosphère de gaz libre. On notera qu'il est possible d'utiliser séparément ou en combinaison un disposi- tif de chauffage, un catalyseur, des tiges ou des disposi- tifs similaires. Les gaz chauds provenant de la chambre secondaire 6 sont véhiculés dans le conduit de sortie 10, sont renvoyés au niveau du bord avant de la paroi supérieure 11 et circu- lent dans un conduit 13 situé au-dessus de la partie supé- rieure de la paroi supérieure 11 en direction de la cheminée 14. Depuis la sortie du conduit 10 jusqu'à la cheminée, les gaz de combustion dissipent la plus grande quantité possible de chaleur et le conduit 13 est par conséquent équipé d'un échangeur de chaleur permettant le transfert de la chaleur à l'environnement. La cheminée 14 peut être équipée d'un ventilateur 15 qui pourrait être alimenté par un courant électrique pro- venant d'un thermocouple 16 situé sur la surface de la paroi chaude du conduit 13. Le thermocouple produira un courant électrique dépendant de la différence de température entre le côté chaud de la paroi et l'environnement. Le ventila- teur 15 peut être commandé par un thermostat de sorte que -l'alimentation en air de combustion est effectuée en fonc- tion d'une température désirée de la pièce. Le démarrage d'un poêle froid peut être effectué en utilisant une batte- rie de lancement, étant donné que le thermocouple ne four- nit aucun courant ou bien que l'on ne peut pas utiliser la circulation d'air naturel dans la cheminée. L'apport extérieur d'énergie à la chambre secondai- re n'est pas requis en permanence. Pour réaliser la comman- de de cette alimentation en énergie, il faudrait prendre en considération les paramètres suivants: a) la température dans la chambre secondaire. Si cette température tombe au-dessous de 800C, un apport d'énergie extérieure est requis si des gaz de combustion s'écoulent encore à partir de la chambre primaire. On pourrait alors prévoir un capteur de température dans la chambre secondaire. b) Accroissement de la température entre l'entrée et la sortie de la zone de combustion secondaire. Une va- leur positive, non due à l'apport d'énergie, indique que des gaz de combustion devant être brûlés s'écoulent encore. c) La température dans la chambre primaire. Une valeur limite faible indique que le poêle ne contient plus. de combustible et que par conséquent un apport extérieur d'énergie n'est pas nécessaire. En combinant ces paramètres par exemple sous la forme de signaux. électriques provenant de thermocouples, de thermistances ou de dispositifs semblables, il est possible de réaliser une combustion entièrement automati- que et complète de tous les gaz inflammables. REVENDICATIONS 1. Poêle perfectionné permettant la combustion d'un combustible solide tel que par exemple du bois, du coke, du charbon, etc., du -type comportant une chambre de combustion primaire (1) et une chambre de combustion secondaire (2), qui comportent toutes les deux des alimentations séparées en air de combustion, caractérisé en ce que les deux cham- bres (1, 6) sont isolées thérmiquement, et ce de préférence d'une manière telle que la chambre secondaire est mieux isolée thermiquement que la chambre primaire. 2. Poêle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre secondaire (6) est conçue sous la forme d'une chambre à deux étages permettant l'obtention d'une combustion complète dans une plage étendue de dissipation d'énergie. 3. Poêle selon les revendications l et 2 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce qu'il est prévu une surface d'échange de chaleur (9) entre un conduit d'admis- sion (8) de l'air secondaire et un conduit de sortie (10) des gaz de combustion chauds provenant de la chambre secon- daire (6) afin de réaliser un préchauffage de l'air de combustion aboutissant à la chambre secondaire (6). 4. Poêle selon les revendications 1 à 3 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le conduit (8) d'ame- née de l'air à la chambre secondaire (6) débouche dans l'espace (5) compris entre la chambre primaire (1) et la chambre secondaire (6). 5. Poêle selon l'une quelconque des revendications *1 à 4, caractérisé en ce que le conduit d'air (8) amenant l'air à la chambre secondaire (6)-est muni d'une paroi de séparation (2) disposée entre la chambre primaire (1), la chambre secondaire (6) et la sortie (10) de la chambre se- condaire et possède une surface d'échange de chaleur avec la sortie (10). 6. Poêle selon l'une quelconque des revendications i à 5, caractérisé en ce que le volume, l'isolation et 24827Z02 l'apport d'air de combustion à la chambre primaire (1) sont dimensionnés de manière à fournir une vitesse uniforme de combustion et une pyrolyse en vue de produire une quantité correctement adaptée de gaz non brûlés, et notamment que du CO est envoyé à la chambre secondaire (6). 7. Poêle selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le volume, l'isolation et l'apport d'air secondaire à la chambre secondaire (6) sont dimensionnés de manière à réaliser l'allumage de la combus- tion complète des gaz pyrolytiques. 8. Poêle selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la chambre secondaire (6) ou le conduit (8) d'amenée de l'air secondaire est équipée d'une source de chaleur (12) comportant une alimentation en énergie extérieure. 9. Poêle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la chambre secondaire (6) est équipée d'un catalyseur de sorte que la température de l'allumage des gaz dans cette chambre est réduite. 10. Poêle selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la chambre secondaire (6) est équipée de plaques, de tiges, ou de dispositifs semblables possédant une certaine inertie thermique de sorte que l'allu- mage des gaz de combustion s'effectue plus facilement qu'avec une atmosphère de gaz libre. 11. Poêle selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est prévu un ventilateur (15) garantissant un apport d'air uniforme à la combustion de manière à obtenir une combustion contrôlée. 12. Poêle selon la revendication 11, caractérisé en ce que le ventilateur (15) est commandé par un thermocouple (16) prévu sur l'une des parois dans l'une des chambres de combustion ou au niveau de la sortie de la chambre secondai- re (6). 13. Poêle selon la revendication 8, caractérisé en ce que la source de chaleur (12) est commandée par: a) la température présente dans la chambre secon- daire (6) ou b) l'accroissement de la température dans la chambre secondaire (6) ou c) la température présente dans la chambre primaire (1) ou d) une combinaison des paramètres (a, b, c) indiqués ci-dessus.