Brevet FR2495743A1 — publié le 19820611

La présente invention concerne une chaudière à combustibles solides. Une telle chaudière pourra être alimentée en bois ou en combustibles végétaux divers tels que des feuilles, de la paille, du bois de futaie, voire du bois vert. Dans la présente description, il ne sera fait état que du bois, étant entendu que l'utilisation de la chaudière de l'invention peut se faire avec tous les combustibles végétaux et notamment ceux cités ci-dessus. Lorsque l'on souhaite réaliser une parfaite combustion du bois, il faut en général réunir notamment trois conditions essentielles. I1 faut tout d'abord que le charbon de bois soit porté au niveau de la grille à une température élevée; pour la plupart des bois, la température requise se situe entre 800 et 900 C. I1 est nécessaire également d'avoir une arrivée d'air secondaire permettant la combustion des produits légers dans la zone de haute température. I1 faut enfin, avoir des températures de bois très élevées au moment de la combustion. On connait principalement deux types de chaudières pour combustibles solides. Le premier type est constitué par les chaudières dites à tirage naturel normal, l'air primaire est amené au dessous de la grille et tend à refroidir cette zone. De plus, la combustion se fait au travers de la masse,ce qui a tendance à refroidir les produits légers. Par ailleurs, l'eau contenue dans le bois,qui s'échappe sous forme de vapeur d'eau directement dans la cheminée, favorise le goudronnage des conduits et de la chaudière. Le second type est constitué par les chaudières dites à tirage manuel inverse, celles-ci permettent d'avoir, par rapport au premier type des températures au niveau de la grille plus élevées puisque l'air primaire arrive au-dessus de la charge de bois et est donc légèrement chauffé avant d'arriver à la grille. Cependant ces deux types de chaudières connus ne permettent pas de réunir l'ensemble des trois conditions précisées ci-dessus pour l'obten tion d'une combustion parfaite du bois. Leur inconvénient commun et majeur réside dans le fait que le combustible n'est pas à une température suffisante et a tendance à être refroidi, cela favorise les dégagements d'hydrogène et d'hydrocarbures résultant de la pyrogénation du bois. La pyrogénation du bois entraîne la formation des produits suivants du carbone contenu dans le charbon de bois, de l'anhydride carbonique (C02) qui est incombustible, de l'oxyde de carbone (CO), de l'hydrogène (H2) et des hydrocarbures. I1 a été démontré expérimentalement qu'à partir d'un seuil de température de l'ordre de 4000 C, l'élévation de température augmente considérablement les teneurs en hydrogène et que l'air diminue les teneurs en C02 et en hydrocarbures qui sont générateurs de goudron. Au voisinage de 1000 C, les produits légers sont constitués à plus de 80% par de l'hydrogène, les hydrocarbures ne représentant que moins de 8%, le reste étant pratiquement constitué par l'oxyde de carbone. La présente invention a pour but une chaudière à combustibles solides et notamment à bois éliminant les inconvénients des chaudières connues et permettant un chauffage optimum en améliorant la combustion. L'invention vise plus particulièrement une chaudière de chauffage central, soit ordinaire c'est-à-dire ne fournissant que l'eau chaude destinée aux radiateurs, soit mixte c'est-à-dire fournissant à la fois l'eau chaude aux radiateurs et l'eau chaude sanitaire. A cet effet l'invention a pour objet une chaudière à combustibles solides, notamment à bois caractérisée par le fait qu'elle comporte un foyer intérieur à paroi sèche en matériau réfractaire, la paroi de ce foyer étant séparée de l'enveloppe échangeuse par une zone de convedion dans laquelle circulent les produits de combustion. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le foyer est constitué en acier réfractaire. C'est encore une caractéristique de l'invention que de prévoir à la partie basse du foyer une grille dont la partie inférieure reçoit l'alimentation en air secondaire. Pour ce qui concerne 1 air primaire, il est admis dir(-etement au sein du foyer par un orifice d'admission supérieur. Ainsi, les produits de combustion circulalltt dans la zone de convection réchauffent la paroi du foyer ; cela permet de porter le bois à haute température en favorisant la come)ustion et en rechauffant l'air primaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description ci-après, en faisant référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs parmi lesquels - la fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'unie chaudière conforme à l'invention. - la fig. 2 est une vue en coupe transversale de la chaudière de la fig. 1. Il va maintenant être décrit la structure de la chaudière de l'invention en faisant référence aux fig. 1 et 2. La chaudière est constituée par une enveloppe extérieure à double paroi, constituant l'échangeur. C'est dans cette enveloppe 1 que circule l'eau à chauffer, celle-ci est admise par une tubulure d'entrée inférieure 2 suivant la flèche f,ost-évaeuée par une tubulure de sortie 3 disposée à la partie supérieure de l'enveioppe 1, suivant la flèche g. Cette eau chauffée par la chaudière est destinée à alimenter 'e circuit de radiateurs et/ou le circuit d'eau chaude sanitaire. A l'intérieur de cette enveloppe échangeuse 1 est disposé le foyer 4 réalisé en un matériau réfractaire, de préférence en acier réfractaire. Ce foyer est du type à paroi sèche. L'c-space délimité contre le foyer 4 et la surface interne de l'enveloppe echangeuse 1 définit une zone de conve on 5 dans laquelle circulent les produits de combustion. La zone de conv(ffiion est reliée à l'extérieur par une cheminée 6 disposée à la partie supérieure de la chiidière et traversant l'enveloppe échangeuse 1. Ta partie inférieure du forer 4 est réalisée sous la forme d'une grille 7 sur laquelle repose le combustible à briller, représenté sur les figures sous la forme de ifluhes de l)ois 8. La grille 7 détermin avec 1 emTjase 9 de la chaudière un espace 10 recevant l'air se(ondaire. L'air secondaire est admis à l'intérieur de l'espace 10 sous la grille 7 par un orifice 11 traversant la paroi frontale 12 de la chaudière et prévu à la partie inférieux de celle-ci. Pour ce qui concerne l'air primaire, il est admis à l'intérieur meme du foyer 4 par un autre orifice 13 prévu à la partie supérieure de la paroi frontale 12 de la chaudière. L'air primaire est admis suivant la flèche h, l'air secondaire suivant la flèche k. Comme cela résulte directement de la structure de la chaudière telle qu'elle vient d'être exposée, lors de la combustion, la paroi du foyer 4 est portée à haute température par les produits de combustion circulant dans la zone de convection 5 et provenant de l'intérieur du foyer 4 par l'intermédiaire de la grille 7. Cette conception permet de remplir les trois conditions nécessaires pour obtenir une parfaite combustion du bois; En effet la température du bois est ainsi élevée, l'air primaire est réchauffé et la température du combustible au niveau de la grille atteint la température requise comprise entre 800 et 900 C, celle-ci pouvant dans certains cas être de l'ordre de 1000 eC. En outre, l'air secondaire rempli parfaitement sa fonction. Le système d'alimentation enair primaire qui a été adopté est du type à tirage naturel inversé > c'est-à-dire que l'air primaire passe au travers de la couche de bois où il se trouve réchauffé avant d'arriver à la grille 7. L'air secondaire permet de favoriser la combustion des produits gazeux. Le combustible solide ou le bois est donc ainsi brûlé à une température très élevée au niveau de la grille, ce qui permet d'aigmenter les teneurs en hydrogène et en carbone et de dîwinuer les teneurs en C02 et la formation d'hydrocarbures. Le fait que le foyer 4 soit porté à haute température permet d'utiliser pour la chaudière de l'invention divers types de combustible5 solides à base de végétaux et on peut même utiliser du bois vert. Dans ce cas, le foyer se comporte comme un four de séchage, l'eau contenue dans le bois s'évapore et, la vapeur d'eau obtenue lors de sa traversée du charbon de bois se combine au carbone du charbon de bois pour former du gaz à l'eau. Diverses variantes de l'invention sont envisageables sans sortir de son cadre en reprenant la caractéristique essentielle de celle-ci à savoir la prévision d'un foyer interne à paroi sèche, distant de l'enveloppe échangeuse et définissant avec elle une zone de convestion dans laquelle circulent les produits de combustion, ceux-ci réchauffant le foyer et portant les combustibles à haute température en favorisant ainsi leur combustion. REVENDICATIONS 1) Chaudière à combustibles solides, notamment à bois caractérisée par le fait qu'elle comporte un foyer interne (4) à paroi sèche en matériau réfractaire, la paroi de ce foyer (4) étant séparée de l'enveloppe échangeuse (1) par une zone de convection (5) où circulent les produits de combustion. 2) Chaudière suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que le foyer (4) est en acier réfractaire. 3) Chaudière suivant l'une des deux revendications 1 et 2 caractéri- sée par le fait que la partie inférieure du foyer (4)présente une grille (7) définissant avec l'embase (9) de la chaudière un espace (10) alimenté en air secondaire. 4) Chaudière suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que l'air primaire est admis à l'intérieur du foyer (4) à la partie supérieure de celui-ci.