Brevet FR2486214A1 — publié le 19820108

Forme générale : parallelépipède divisé aux trois quarts de la hauteur par le filtre séparant l'étage capteur de l'étage générateur. Ce dernier est plus large que haut ceci afin de diminuer au maximum les pertes en rayonnement par les côtés du four. Les parois de la porte et du four sont réalisées en t8le forte intdrieur et en tôle galva extérieur, séparées par une bonne épaisseur de laine de verre Le filtre est également réalisé en laine de verre, mqis fortement comprimée entre deux grilles d'acier verrouillées démontables sur une cornière fixée aux parois du four. A la rigueur celui-ci aurait pu être remplacé par une plaque isolante percée d'un trou en son milieu, mais la régulation de combustion est moins bonne et les vapeurs pyroligneuses passent plus facilement. D'autre part, le goudron finit à la longue par obstruer l'orifice alors qutaucun encrassement n'a été remarqué sur le filtre en plusieurs centaines d'heures de fonctionnement. La grille, en forme de voûte pour supporter le poids du combustible, est réalisée en acier ou en fonte; autour de celle-ci on peut disposer une ceinture de briques réfractaires pour dviter à la laine de verre de fondre à cet endroit (maladresse lors de l'allumage). Le panneau pare chute, comme son nom l'indique, évite la dégringolade du charbon de bois. lors de l'ouverture du four. Les tuyaux capteurs sont en acier, disposés en double ou triple étages inclinés, permettant à l'eau de condensation de ruisseler dans le capteur qui ntest ni plus ni moins qu'une gouttière munie d'un tuyau d'évacuation. Le tuyau de cheminée comporte une vanne de règlage. L'allumage du four s'effEctue en embrasant une couche de charbon de bois sur la grille, le filtre légèrement reculé et la vanne de règlage grande ouverte permettant l'évacuation des gaz. Lorsque le charbon de bois est bien pris, on remplit l'étage, le filtre remis en place et la vanne de règlage ramenée sur le minima, on rabat le panneau anti chute et on verrouille la porte, Cet allumage, bien que délicat en partant du bois lui même (il faut de bonnes braises), devient aisé avec du charbon de bois. On peut donc éteindre le four et le rallumer facilement lorsque le bois s'est transformé en charbon et ceri quel que soit le niveau de combustible dans le four. FONCTIONNEMENT DU FOUR (combustible : bois) Dans un foyer classique l'air est abondant, la réaction vive, la température élevée, toutes conditions requises pour brûler intégralement les différents constituants du bois jusqu'aux plus pauvres. n n'en va pas de même dans l'atmosphère raréfiée du four. La combustion se fait en quelque sorte à l'étouffée. Sa bonne marche est assurée essentioìle- ment par trois facteurs - l'isolant qui entretient la réaction, - le courant de convection qui brûle toutes les vapeurs, - le filtre qui régularise la combustion et permet la captation des calories. L'isolant tout d'abord joue un rôle très important, sans lui les pertes calorifique par rayonnement seraient telles que la température à l'intérieur du four chuterait rapidement au dessous de la température d'inflammation du combustible provoquant l'arrêt du système en très peu de temps. Cette non perte de calories provoque aussi la pyrogénation des couches de bois situées au dessus du foyer.Sous l'action de cess gns brûlants montants, le bois se transforme peu à peu en charbon en libérant constituants, à savoir, un fatras de vapeurs et de gaz mélangés qui, eux, ne brûlent pas faute- d'air. Ce sont ces gaz et ces vapeurs pyroligneux qui donnent naissance aux flammes mouvantes des bûches n faut brûler ce combustible, c'est justement le rôle du courant de convection dessin A). Celui-oi nait d'une différence de température qui s'établit à l'inté rieur du four lui-même, chaud, froid, montée et descente, montée au point le plus chaud. Le courant ascendant charrie vapeurs et gaz jusqu'au fil- tre qui les arrête, ne laissant passer que du gaz carbonique, de la vapeur d'eau et une partie insignifiante deoe combustible plus gras (goudron) à l'étage supérieur vers les tuyaux capteurs. Acculés au filtre et pcuss48 par la colonne ascendante, vapeurs et gaz basculent et descendent sur un point de la grille moins chaud, traversent celle-ci et pénètrent dans le cendrier où le combustible se mélange avec l'air et aussitôt aspiré par la colonne montante traverse le foyer en brûlant.Ce tourillon demeure jusqu'à la fin de la combustion. Un autre système pour brûler ces vapeurs serait de provoquer la combustion , non plus par le bas, mais en haut directement sous le filtrat Quatre conduites d'amenée d'air placées en coin suffiraient à la modification. Ce système a été également testé et donne de très bons résultats. le filtre, partie importante du système, remplit les mêmes fonctions que l'isolant général en interdisant le rayonnement, avec en plus la faculté de permettre la captation des calories en laissaht passer le gaz carbonique et la vapeur d'eau, seuls conducteurs thermiques entre l'étage générateur et l'étage capteur de calories. La vapeur d'eau qui vient de traverser le filtre va maintenant se condenser sur les tubes capteurs, ceci est intéressant car cette liquéfaction de la vapeur apporte:des calories par le simple fait que cette même eau, en se transformant- en vapeur, en absorbe. C'est la basse température de ces vapeurs et leur faible vitesse qui permettent leur condensation, augmentant du même coup le rendement du four. L'eau condensée ruisselle le long des tuyaux capteurs disposés en oblique.Elle tombe dans un collecteur et est évacuée vers les égouts -(dessin B). On notera que cette eau ne provient pas du bois mouillé mais de la réaction chimique du bois lors de sa combustion puisque celui-ci contient de lthydrogène (cellulose). La. progression de la combustion. Au fil des Jours la température augmente, chose facile à comprendre si l'on saint que le bois ne possède que 4.000 calories au gramme alors que le charbon qu'il engendre en possède presque 7.000. La chaleur se stabilise vers la moitié du temps de fonctionnement environ. A ce stade le bois s'est entièrement transtòrmé en charbon et si l'on ouvre la porte du four à ce moment là, on s'aperçoit que le volume du combustible n'a pratiquement pas bougé, par contre le poids a diminué des 2/3. n reste environ la moitié des calories. Cette seconde partie de la combustion est intéressante en ce ens qu'elle ne dégage ni vapeurs ni fumées d'autre sorte, mais simplement du gai carbonique. La chaleur qui règne va nettoyer le four en entier en brûlant les dépôts grudronneux des parois et du filtre. A noter que si l'on rajoute quelques bûches à ce moment il ne faut pas garder la porte ouverte trop longtemps car la vitesse d'embrasement du charbon est extrêiement rapide. fl est tout à fait possible de faire fonctionner le four sans interruption pendant tout un hiver en le chargeant une fois tous les quinzeJours, voire une fois tous les mois, ce n'est qu'une question de taille. Bn principe, son temps de fonctionnement ne connaît pas de' limite puisque cette lenteur de combustion tient à un seul facteur : l'isolation. Témoins les papyrus pompéens qui se sont lentement trans- formés en carbone au fil des siècles, la chaleur minime dégagée n'est évidement valable que si le combustible en réaction est en quantité considérable. Autonomie. Si nous admettons que la puissance calorifique moyenne absorbée pour le chauffage d'une maison n'excède pas 5 Kw (jours et nuits du début à la iin de la période froide), nous trouvons pour 1 m3 de bois un temps de combustion compris entre 12 et 13 Jours. Pouvoir calorifique d'un m3 de bois sec et dur (400 Kgs): 1.600.000 Calories soit 6.694.400 Kgjoules. T Temps de combustion de ce m3 : t = p = 15 jours 1/2 (rendement 100/100). Nous parlons ici du bois. Il est évident qu'avec du charbon (com- bustible de choix pour le système) le temps de fonctionnement serait doublé. Le rendement d'un tel système de combustion est bon car les pertes par rayonnement sont pratiquement nulles; d'autre part, la température des gaz à l'intérieur du conduit de cheminée n'excède que de très peu la température ambiante, voire pas du tout. Le four fonctionne oenr tirage mais par poussée des gaz à l'intérieur de ltétage générateur. D'autre part sa taille permet une main d'oeuvre très réduite, on y brûle aisément des bûches brutes de corde ni coupées ni fendues, voire même des troncs entiers et ceci d'une façon régulière malgré leur taille. Un autre combustible intéressant et bon marché pour ce genre de four serait la broussaille broyée parce que renouvelable chaque annate et qui plus est limiterait les risques d'incendie en forêt. K. Jean PAIN qui s'est beaucoup intéressé au compostage, a mis au point un broyeur efficace à cet effet. Ce four permet également de tirer profit des ordures ménagères. Applications. Très intdressant en milieu urbain, il l'est encore davantage en milieu rural. En milieu rural, le combustible ne manque pas (bois et broussailles) de plus on n'est pas limité par l'encombrement. Le four peut prendre des dimensions imposantes (plusieurs dizaines de m3) afin d'assurer le chauffage ininterrompu de poulaillers, porcheries, serres, maisons d'habitation, etc..; En conclusion, et pour parler de foyers à combustibles solides, la différence essentielle entre un tel système de chauffage et En système classique, est sa facilité d'emploi, facilité due en quelque sorte à !'inertie" de combustion qui permet une régulation et un temps de fonctionnement qu'aucun autre foyer à réactions vives ne saurait atteindre. REVENDICATIONS 1. Four à effet thermos comprenant toutes les parties classiques d'un four (grille (5) cendrier (4) porte de chargement (6) arrivée d'air (3) ect...) caractérisé par le fait qu'il comporte une isolation de la source chaude ayant pour but de provoquer une réaction lente du combustible en freinant le rayonnement thermique de cette source chaude (étage généra- teur (2) vers la source froide (étage capteur (1) ) tout en se laissant traverser (filtre (7) ) par les vap irs et les gazs bruants qui iront céder leurs calories en t. tachant les tyyaux capteurs. 2. Four à effet thermos selon la revendication t caractérisé en ce que le moyen de mise en oeuvre de la comt 's- tion lente repose exclusivement sur l'interposition d'un lant à double effet entre la source froide et la sourc ci de. 3. Four à effet thermos selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'isolant en question doit être imper méable au rayonnement thermique mais perméable aux gazs et vapeurs qui le traverse. 4. Four à effet thermos suivant la revendication t caractérisé en ce que la conception et la taille du four décrit n'est un que des nombreuxkexemples de réalisation base sur les revendications de principe 2 et 3.