Brevet FR2497327A1 — publié le 19820702

La présente invention concerne une chaudière à bois, pour chauffage central à l'eau chaude, du genre comportant une chemise d'eau entourant une chambre de combustion, une porte de chargement, au moins une entrée d'air située du e8té de la porte de chargement, et au moins une sortie de fumée dans la zone éloignée de la porte de chargement. Des chaudières de ee genre sont déjà connues dans l'art antérieur et utilisées pour le chauffage central, notamment ave c du charbon, et présentent de nombreux inconvénients lorsqu'on les utilise pour le chauffage avec du bois : En premier lieu, des dépôts de goudrons se forment et s'accumulent dans les conduits de fumée, et dans la région de la sortie des fumées. Ensuite, le rendement thermique est faible car ces goudrons représentent justement des imbrQlés. De plus ces chaudières exigent des interventions fréquentes pour le décendrage et le rechargement. En outre ces chaudières ne conviennent pas pour recevoir du bois en baches de longueur standard 1 m, de sorte quelles exigent des opérations préalables de sciage et fendage. la présenté invention a pour but de remédier à ces Inconvénients. A cet effet, l'invention préconise que la chambre de combustion comporte, à sa partie inférieure, pour supporter le combustible,un lit présentant une surface à profil concave qui est sensiblement dépourvue d'ouvertures et dont la concavité est tournée vers le haut. Grée à cette disposition, le combustible solide ne reçoit/plus d'air comburant froid arrivant essentiellement par le dessous et provoquant à la fois une combustion rapide à la base de la charge de combustible et, à la partie supérieure un chauffage par des gaz brillés qui entraone une distilation des goudrons, lesquels se déposent sans brûler sur les parois froides, notamment dans le conduit de fumée.L'air comburant ne peut plus arriver que latéralement, de sorte que les composants volatils dégagés sont en présence d'une quantité d'oxygène permettant de les brûler. Selon l'invention le meilleur résultat est obtenu si la partie la plus basse de la surface concave au lit supportant le bois est située à un niveau compris entre les niveaux du bord inférieur et du bord supérieur de l'entrée d'air. En outre, le rendement thermique est encore améliore si au moins un passage d'air est aménagé en dessous du lit et débouche dans la chambre de combustion de part et d'autre du lit, En effet l'air venant de l'entrée se réchauffe alors dans ce passage d'où il es ensuite diffuse dans a chambre de combustion. Ainsi, le lit-support fait en même temps office de préchauffeur et diffuseur-répartiteur d'air. Dans une forme de réalisation préférée, ce litsupport, préchauffeur et diffuseur, est avantageusement constitué par une ou plusieurs plaques en matière réfractaire (par exemple des briques réfractaires) supporté par un châssis posé sur la partie inférieure de la paroi interne de la chambre de combustion, laquelle est en forme de cylindre à are herizontal. Le passage d'air en dessous du lit en matière réfractaire est alors avantageusement obtenu en prévoyant, pour le châssis, des pieds par lesquels il repose sur la paroi interne de la chambre de combustion, ces pieds constituant alors des pièces d'écartement créant la section de passage d'air adéquate en dessous du lit en mati@re réfractaire.Afin que ce dernier soit facile à réaliser, il possède alors une section droitcqui, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la chaudière, est sensiblement symétrique et présente la forme de cordes consécutives d'un même arc de cercle. L'expérience montre sue des résultats avantageux sont obtenus lorsque la valeur de l'angle au centre de cet arc est comprise entre 90 et 120 , et que le rendement est optimal lorsque le centre de figure de la projection de l'entrée d'air sur un plan perpendiculaire à l'axe de la chambre de combustion cylindrique et situé en dessous de cet axe, à un distance radiale de celui-ci comprise entre 0,66 et 0,80 fois le rayon de la chambre de combustion, cette distance étant de préférence de l'ordre des trois quarts de ce rayon, et lorsqu'en meme temps la partie la plus basse de la surface concave du lit est à un niveau identique à , ou voisin de, celui de ce centre de figure. L'expression "centre de figure" doit être comprise comme désignat le centre de gravité de la surface de la projection de l'entrée d'air sur un plan perpendiculaire à l'axe de la chambre de combustion. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à tire d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure 1 est vue en coupe longitudinale d'une chaudière réalisée selon l'invention. La figure 2 est une vue de face, côté porte, de la chaudière selon la figure 1. Sur cette figure 2, une partie de la porte est "arrachée" afin de mieux faire comprendre l'agencement du lit i l'intérieur de la chaudière. La ligne I-I montre selon quelle direction la chaudière est vue en coupe sur la figure 1. La figure 3 est une vue agrandie d'une coupe faite selon III -III de la figure 1. La projection 6c du contour de l'entrée d'air étant représentée sur cette figure, pour montrer comment le centre de figure de cette projection se situe par rapport à la partie la plus basse de la face convave du lit-support. Sur les figures 1 et 2, la référence 1 désigne une chaudière qui est de forme générale cylindrique et comporte : une chemise d'eau 2 entourant une chambre de combustion 3, une porte de chargement 4, une sortie de fumée 5 dans la zone éloignée de la porte de chargement, et au moins une entrée d'air 6 située du côté de la porte de chargement. Dans 3e présent exemple, cette entrée d'air est aménagée dans la porte 4. Dans cette forme de réalisation préférée, la chaudière est construite en tôle soudée : les parois cylindriques concentriques Sa et 2b de la chemise d'eau sont en tôle roulée et soudée, et sont assemblées côté porte par un fond 7 en forme de couronne circulaire, tandis que, côté sortie de fumée, elles sont pourvues chacune d'un fond circulaire 8a (pour la paroi cylindrique 2a), 8b (pour la paroi cylindrique. 2b), et ces fonds sont munis chacun d'une ouverture dans laquelle est soudé un cylindre en tôle 5a qui sort à l'extérieur et constitue la sortie de fumée, en mEme temps qu'un moyen d'assemblage mutuel des fonds 8a, 8b, donc des parois 2a, 2b, lesquelles peuvent d'ailleurs être aussi assemblées par d'autres entretoises non représentées.Les fonds 7 et 8b servent à supporter la chaudière qui est montée sur des pieds 9 soudés à ces fonds. Afin de répartir la charge au sol, ces pieds 9 sont avantageusement constitués chacun par un tube coudé en U dont chaque branche est soudée à un fond 7, 8b terminant la chemise d'eau, et dont la partie intermédiaire est horizontale et repose sur le sol. La chemise d'eau 2 est entourée d'une couche 10 d'isolant thermique, par exemple de laine de verre enfermée dans une tSle d'habillage 11. La chemise d'eau 2 est munie de diverses tubulures de piquage : 12 pour le montage d'un actionneur de régulateur d'un type connu en soi commandant l'ouverture d'un volet de réglage d'air, 6a, monté sur l'entrée d'air 6; 13 pour le départ d'eau chaude ;" 14.pour un thermomètre ; 15 pour une soupape de purge d'air et de vapeur ; 16 pour la vidange d'eau ; 17 pour le retour d'eau ; et 18 pour le raccordement à un groupe de sécurité qui, en cas d'emballement de la combustion conduisant à une température excessive de l'eau, s'ouvre et injecte de l'eau froide dans la chemise d'eau (cette sécurité est particulière aux chaudières marchant au bois). La porte 4 est de forme circulaire. Dans le présent exemple, elle comporte l'ouverture 6 d'entrée d'air munie du volet de réglage 6a. Elle est montée sur charnière d'une façon connue en soi; et fermée à l'aide d'un verrou quelconque 4a, connu en soi. Cette porte comporte en outre un trou de regard 19 fermé par un opercule 19a monté à pivotement. Conformément à l'invention, la chambre de combustion 3 comporte, à sa partie inférieure, pour supporter le bois à brûler, un lit 20 présentant une surface 21 à profil concave, laquelle est sensiblement dépourvue d'ouvertures et a sa concavité tournée vers le haut. Selon une forme de réalisation préférée, la partie la plus basse 21a de cette surface concave 21 est à un niveau compris entre les niveaux du bord inférieur 6b et du bord supérieur 6 de l'entrée d'air 6 (voir notamment la figure 3 où la proJection hodzontale du contour de l'entrée d'air est représentée). Dans le présent exemple, le niveau de la partie inférieure 21a de la surface concave coïncide sensiblement avec celui de du centre de figure 6d de la projection/l'entrée d'air sur un plan perpendiculaire à l'axe de la chambre de combustion. Le lit 20 est constitué par des plaques en matière réfractaire, par exemple des pluralités de briques réfractaires 22,23,24, supportées par un châssis 25 posé sur la partie inférieure de la paroi interne 2a de la chambre de combustion 3 par l'intermédiaire de pieds 26, 26a qui constituent alors des pièces d'écartement entre le dessous du châsis 25 et la paroi 2a de façon à laisser subsister en dessous du lit un passage d'air 27 débouchant dans la chambre de combustion, de part et d'autre du lit. Le chissis 25 est fait de cornières 25a et de fers plats 25b, 25c assemblés par soudage. Considéré dans un plan perpendiculaire à l'axe de la chaudière, le cadre possède une forme générale telle que la section droite du lit 20 oit sensiblement symétrique et présente 1-a forme de trois cordes consécutives d'un même cercle, sur lequel cette section droite sous-tend un arc "&alpha;". Cet angde&alpha; est de préférence compris entre 900 et 1200. Il est avantageusement de l'ordre de 105 . Conformément à ce qui est prévu par l'invention, le centre de figure 6d/de la projection de l'entrée d'air sur un plan perpendiculaIre à l'axe de la chambre de combustion est situé en dessous de l'axe de la chemise d eau dont il est séparé par un aistance radiale"h" comprise entre les 8/10 et 2/3 du rayon de la chambre de combustion. En d'autres termes, l'abcisse ra@@ale du centre de figure 6d de l'entrée d'air est comprise entre 0,80 R e 0,666 R , R étant le rayon intérieur de la chambre de combustion. Dans une forme de réalisation éprouvée et préférée, cette abcisse radiale est égale à 0,75 R, ou voisine de cette valeur.Comme déjà indiqué, le niveau de la partie inférieure 21a de la surface concave du lit est de préférence sensiblement identique à celui du centre de figure, 6d de ia projection de l'entrée d'air sur un plan vertical La longueur intérieure L de la chambre te combustion est de l'ordre de deux ois son diamètre. Dans la forme de réalisation préférée représentée, c'est dans la paroi opposée à la porte, et au-dessus de l'axe du cylindre, qu'est située la sortie de fumée 5. Son embouchure dans la chambre de combustion est masquée par une chieane réalisée avec une plague 28 fixée à la face intérieure de la paroi 8a, à distance de celle-ci, par des tiges-supports 29 qui y sont soudées. Cette plaque est circulaire et son diamètre est légèrement supérieur à celui de l'embouchure de la sortie de fumée 5. En outre, la paroi i Intérieure opposée à la porte est munie de nervures verticales 30 constituant de butées pour les bûches de bois et définissant des passages de gaz entre celles-ci et cette paroi intérieure. Elles sont avantageusement constituées par des fers plats fixés par soudage Dans une forme de réalisation éprouvée, la longueur intérieure L de la chambre de combustion 3 est 1150 mm, son diamètre intérieur est de 538 mm, et l'axe de l'entrée a'air est située à 200 mm en dessous de la chambre cylindrique 3. La largeur des nervures 30 est de 50 mm, et le lit mesure 1050 mm de long. Les pieds 26 ont une hauteur de 15 mm, et les pieds 26aont une hauteur de 10 mm. La valeur "o(n de l'arc de cercle occupé par les briques réfractaires 22, 23, 24 est de 1040. Les bûches de bois, de longueur standard 1 m, sont empilées sur le lit de briques réfractaires (en y étant orientées longitudinalement), jusqu'à une hauteur pouvant atteindre les trois quarts du diamètre intérieur de la chambre de combustion 3. Des essais effectués avec cette chaudière ont montré qu'il ne se formait aucun dépôt de goudron dans le conduit de fumée et que l'on obtenait en régime permanent, avec des bûches de bois sec (15 à 20% d'humidité) : des fumées exemptes de goudron, ayant une tempéra tue comprise entre 180 C et 2O0 -, et une teneur en C02 de l'ordre de 10,5 %, ce qui, pour une température ambiante de 20 C, de combustion correspond à un rendement / moyen de l'ordre de 86,3% par rapport au pouvoir calorifique inférieur. Bien entendu, la description présentée ci-dessus n'est nullement limitative, et lton pourrait recourir à des moyens équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que les briques réfractaires 22 pourraient tout aussi bien entre remplacées par une ou des plaques métalliques approSriées. De même, certaines parties de B chaudière, biles/la porte 4, le volet de réglage 6a l'opercule lga du regard, etc pourraient être non pas en tôle mais entre venues de fonderie. En outre, l'ensemble du lit 21, 22 pourrait entre subdivisé en plusieurs éléments longitudinaux, ou bien etre constitué par une construction en matière réfractaire inamovible installée à la partie inférieure de la chaudière, et munie de tunnels et canaux intercommuniquants équivalant aux passages 27. Toutefois, la forme de réalisation décrite est préférable, car elle permet d'enlever facilement le lit-support et, si on le désire, de reconvertir provisoirement la chaudière en chaudière à fuel liquide, en montant un brûleur dans la porte. REVENDICATIONS 1.- Chaudière à bois, pour chauffage central à l'eau chaude, comportant une chemise d'eau entourant une chambre de combustion, une porte de chargement, au moins une entrée d'air située du côté de la porte de chargement, et au moins une sortie du fumée dans la zone éloignée de la porte de chargement, cette chaudière étant caractérisée par le fait que la chambre de combustion (3) comporte, à sa partie inférieure, pour supporter le combustible, un lit (20) présentant une surface (21) à profil concave qui est sensiblement dépourvue d'ouvertures et dont la concavité est tournée vers le haut. 2.- Chaudière selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la partie la plus basse (21a) de la surface concave (21) est un niveau compris entre les niveaux du bord inférieur (6b) et du bord supérieur (6c) de l'entrée d'air (6). ).- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'au moins un passage d'air (27) est aménagé dessous du lit et débouché dans la chambre de combustion, de part et d'autre du lit. 4.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que, la chaudière étant sensiblement cylindrique à axe horizontal, le lit (20) est constitué par une ou plusieurs plaques (22) en matière réfractaire supportée par un ehSssis (25) posé sur la partie inférieure de la paroi interne de B chambre de combustion (3). 5. - Chaudière selon les revendications 2, 3 et 4, caractérisée par le fait que le chassies (25) colporte des pieds par lesquels il repose sur la paroi interne inférieure de la chambre de combustion, et par le fait que le lit (20) possède une section droite qui, dans un pian perpendiculaire à l'axe de la chaudière, est sensiblement symétique et présente la forme de cordes consécutives d'un même arc de cercle. 6.- Chaudière selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les cordes consécutives sous-tendent ensemble un angle au centre (OC) dont la valeur est comprise entre 900 et 1200. 7.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que, la chemise d-eau (2) étant en forme de cylindre dont l'axe est sensiblement horizontal, le centre de figure de la projection de l'entrée d'air sur un paaonntperpendiculaire à cet axe est en dessous de celui-ci/il est séparé par une distance radiale (h) comprise entre C,66 et 0,80 fois le rayon de la chambre de combustion, cette distance étant de préférence de l'ordre des trois quarts de ce rayon, et par le fait que la partie la plus basse de la surface concave (21) du lit (20) est à un niveau identique à > ou voisin de, celui dudit centre de figure. 8.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée par le fait que la longueur de la chemise d'eau (2) est de l'orde de deux fois son diamètre. 9.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 5, 7 ou 8, caractérisée par le fait que l'embouchure de la sortie de fumée (5) est située dans la paroi (8a) opposée à la porte (4), au-dessus de l'axe du cylindre, et est masquée par une chicane constituée par une plaque (28) fixée à cette paroi, àdlstance de celle-ci. 10.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée par le fait que la paroi intérieure (8a) opposée à la porte (4) est munie de nervures verticales ()0) constituant des butées pour des bûches de bois et définissant des passages de gaz entre ces dernières et ladite paroi intérieure (8a).