Brevet FR2500117A1 — publié le 19820820

L'invention se rapporte à un appareil à combustion com- portant, outre une chambre de combustion primaire, des aména- gements en vue d'enflammer les imbrulés de la combustion pri- maire. Elle s'applique aux appareils, tels les poules, chaudiè- res, foyers domestiques, incinérateurs, âtres de cheminée, brû- lant des corps solides auto-combustibles, tels que le charbon, le bois et au moins certains déchets ménagers. Une simple combustion de ces corps dégage une fumée com- posée classiquement de vapeur d'eau mais aussi de gaz et de particules plus ou moins ténues, et ce, bien que, généralement, ces gaz et/ou particules soient en eux-mêmes combustibles. Cette fumée est d'ailleurs d'autant plus opaque qu'en général la combustion aura été incomplète. En effet, même si l'air est introduit en quantité suf- fisante, il ne constitue pas toujours avec les gaz et parti- cules combustibles un mélange assez intime et à température convenable pour permettre la combustion complète de ces der- niers, Une injection d'air primaire plus importante, ne résou- drait pas pour autant ce problème et surtout entraînerait dans les fumées des particules supplémentaires. Lorsque ces imbrûlés sont, par le conduit à fumée, évacués directement dans l'atmosphère, outre la pollution qui peut en résulter, il est clair qu'est irrémédiablement perdue une part importante Su potentiel calorifique du combustible. Par aiiburs, même lorsque la combustion a été complète, les funées sont généralement évacuées à des températures en- core très élevées et, de ce fait, la chaleur développée par la combustion est-elle même partiellement perdue. Ces pertes multiples obligent à utiliser des corps auto- combustibles en quantité et/ou à potentiel calorifique très supérieur aux besoins réels. Dans le domaine de la récupération au moins partielle de la chaleur des fumées, il est connu (brevets français 1.421.897 et 1.460.191) de prolonger l'échange thermique en freinant l'écoulement de ces fumées à l'aide de chicanes et même (brevet î 1.828.644) de faire passer les gaz brûlés dans une succession de chambres qui en plus du chicanage provoque une détente des az ce qui favorise grandement l'échange thermique. S'ils permettent d'abaisser la température des fumées avant leur évacuation dans l'atmosphère, ces dispositifs ne permettent évidemment pas, à eux seuls deparvenir à une com- bustion complète. Pour parfaire la combustion, il est déjà connu de recou- rir à des aménagements aptes à ramener les imbr'lés de la com- bustion primaire vers le foyer primaire pour en provoquer l'inflammation. Dans une première variante de réalisation (brevet fran- gais 1224.535) une fraction des gaz combustibles imbrûlés est puisée dans le conduit à fumée puis, en combinaison avec de l'air, est réinjectée, par dessous, au travers du lit de combustible en ignition dans la chambre de combustion primaire. Comme seule une fraction non sélectionnée des fumées est ainsi recyclée, seule une partie des imbrlés de la combustion primaire bénéficie de la post-combustion, le reste poursuivant son évacuation directe dans l'atmosphère et ce à température encore élevée. Dans une autre variante de réalisation (brevet français 1.224.838) l'appareil comprend trois zones de combustion con- tiguës et à température croissante. De manière classique, la combustion primaire a lieu dans une masse de combustible disposée sur une grille. Elle est sui- vie d'une première post-combustion des fumées par leur recycla- ge dans la fraction arrière de la masse de combustible en igni- tion et enfin d'une seconde post-combustion des substances ga- zéifiées par craquage lors de la première post-combustion et qui sont alors brûlées lors de leur retour complètement à l'arrière de toute la masse de combustible avant accès au con- duit à fumée. Malheureusement, un tel appareil a des circuits comple- ms de rebur des fumées une première fois dans la masse de com- bustible et une deuxième fois derrière cette masse. De plus, avec cet appareil, on déplore également le re- jet dans l'atmosphère de fumées peut-être neutres mais ayant encore une température très élevée, Un résultat que l'invention vise à obtenir est un appa- reil à combustion de conception simple qui ne rejette à Vat- mosphôre que de la fumée neutre et à basse température. A cet effet, elle a pour objet un appareil du type pré- cité dont les gaz brûlés passent dans au moins une chambre qui en plus du chicanage provoque une détente des gaz brûlés, cet appareil étant notamment caractérisé en ce qu'à chaque chambre de détente est raccordée une conduite d'entrée d'air primaire. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement, un tel ap- pareil vu en perspective et en coupe par les conduites. Cet appareil comprend une chambre 1 de combustion primaire fermée telle celle d'un poële, d'une chaudière, d'un foyer do- mestique ou d'un incinérateur ou ouverte telle celle d'un âtre de cheminée pouvant évidemment comporter en outre tout moyen récupérateur de la chaleur de la combustion primaire, Cet appareil brûle des corps solides auto-combustibles tels que le charbon, le bois et certains déhets par exemple mé- nagers qui sont déposés sur une sole ou une grille 2. Les cendres et corps incombustibles chutent dans un cen- drier 3. Avec de l'air primaire, les fumées 4 issues de cette combus- tion primaire s'élèvent naturellement et sont évacuées par au moins un conduit 5. Ce conduit 5 amène cet air et ces fumées 4 dans une cham- bre de détente 6 de laquelle ces fumées ont leur sortie freinée par un chicanage avantageusement formé par au moins un conduit de sortie 7 qui, d'une part, traverse la paroi supérieure 8 de la chambre de détente et pénètre dans celle-ci sur environ un tiers de la hauteur de la dite chambre et, d'autre part, est désaxé par rapport au conduit d'entrée 5. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, à la chambre de détente 6 est raccordée une conduite 101 d'entrée d'air primaire de préférence prélevé à l'extérieur. La détente combinée au chicanage favorise grandement le mélange, intime et à température convenable, de cet air pri- maire et des particules combustibles qui s'enflamment au con- tact des particules en ignition véhiculées par les fumées. De préférence, les fumées 14 issues de la seconde combustion sont à leur tour, par le conduit 7, envoyées à une autre cham- bre de détente 16 d'o également elles ne peuvent sortir eue par un chicanage formé d'au moins un conduit 17 qui, d'une part traverse la paroi supérieure 18 de la seconde chambre de dé- tente 16 et pénètre sur environ le tiers de la hauteur de cet- te chambre et, d'autre part, est désaxé par rapport au con- duit d'entrée 7. A cette seconde chambre de détente 16 est également rac- cordée une conduite 102 d'arrivée d'air primaire. Par ce second chicanage et cette seconde détente, l'air primaire et les fumées 14 se combinent pour produire le même résultat à savoir réemflamer les imbrûlés et par cela parfaire la combustion. On peut ainsi multiplier les chambres de détente et par exemple en prévoir au moins une troisième 26 recevant de l'air primaire par une conduite 10 3 et les gaz brilés 24 issus de la combustion dans la seconde chambre. Dans le cas o de nombreuses chambres sont ainsi super- posées, afin d'être assuré que des particules en ignition par- viennet jusqu'aux dernières chambres, au moins la dernière peut être reliée directement au foyer primaire par une condui- te 110 lui amenant directement des gaz brlés 4 du foyer 1. La paroi supérieure 28 de la dernière chambre de détente 26 est, traversée par le conduit à fumée 27 qui, d'une part, pénètre sur environ un tiers de la hauteur de la dernière cham- bre 26 et, d'autre part, est désaxé par rapport au conduit 17 d'entrée de cette chambre 26. Grâce à ces combustions successives, les fumées 34 sont neutres et par ailleurs sont à très basse température du fait de l'échange thermique prolongé entre les fumées et, d'une part, les parois des chambres de détente puis, d'autre part, l'air environnant ces chambres. L'air environnant peut être capté par une gaine 35 rac- cordée à une hotte ou un habillage 36 enveloppant au moins partiellement l'appareil, Pour offrir des plusgrandes surfaces d'échange avec l'air environnant, les chambres de détente peuvent être espa- cées les unes des autres et les volumes 9, 19, 29 ainsi ré- servés entre les chambres meuvent être utilisées comme four de cuisson et/ou chauffe plats, Certaines chambres 6, 16, 26 et/ou certains volumes 9, 19, 29 peuvent aussi être utilisés pour chauffer de l'eau. De préférence, chaque chambre comporte encore une trap- pe de visite 121, 122, 123 permettant un nettoyage aisé. A titre indicatif,mais non limitatif, des résultats excel- lents ont été obtenus avec le prototype secrètement réalisé par l'inventeur et comprenant: - une chambre de combustion primaire de trois cent qua- tre vingt dix décimètres cubes avec un cencdier de soixante dix huit décimètres cubes et trois chambres de détente succé- sives respectivement de trois cent cinquante et un décimètres cubes, trois cent douze décimètres cubes et deux cent soixante treize décimètres cubes, - la chambre de combustion primaire et les chambres de détente avaient une même section horizontale de soixante dix huit décimètres carrés, alors que les sections de communica- tion entre elles étaient respectivement cinq cent trente cen- timètres carrés, trois cent quatre vingts centimètres carrés, trois cent quatre vingts centimètres carrés et réparties en quatre éléments tubulaires, le conduit à fumée ayant quant à lui également une section de trois cent quatre vingts centimè- tres carrés, - la chambre de combustion primaire possédait une entrée d'air de zéro décimètres carrés trois, - les conduits 7, 17, et 27 pénétraient de seize centimè- tres, quatorze centimètres et douze centimètres dans leur cham- bre respective dont les hauteurs étaient de quarante cinq centimètres, quarante centimètres et trente cinq centimètres. Dans chacune des conduites 101, 102, 103 d'arrivée d'air primaire aux chambres de détente est intercalé un registre 131, 132, 133 permettant de régler le débit d'air primaire a une valeur au plus égale au débit nécessaire à la combus- tion des imbrûlés qui y parviennent compte tenu de la riches- se décroissante des gaz brûlés parvenant aux chambres succes- sives. Comme pour celle du foyer primaire 1, les entrées d'air primaire 101, 102 des différents caissons sauf celle 103 du dessus, sont réglées de manière à n'apporter qu'insuffisam- ment d'air frais pour être assuré que dans les chambres ulté- rieures les imbrdlés seront encore assez riches pour yprovo- quer une inflammation. En effet, sans cette inflammation, les chambres de dé- tente ne feraient que prolonger l'échange entre l'air ambiant et les imbrûlés de la combustion primaire alors que grâce aux réinflammations à chaque chambre de détente, les imbrûlés sont & chaque fois eux-mêmes fortement réchauffés. A la dernière chambre 26, l'entrée d'air primaire 103 est par contre réglée pour, sans être excessive, 9tre suffi- sante pour une combustion complète pour qu'après, un dernier chicanage, le rejet au conduit à fumée 34 s'opère sous la forme d'un gaz neutre et à basse température. La bwse des conduits 7, 17, 27 de sortie des chambres 156, 16, 26 présente de préférence des dentelures favorisant la retenue des particules imbrûlées et évitant donc leur évacuation. 25001 17 REVENDICATIONS 1. Appareil à combustion comportant, outre une chambre (1) de combustion primaire, au moins une chambre (6, 16, 26) qui en plus de leur chicanage provoque une détente des gaz brûlés avant leur évacuation dans l'atmosphère via le conduit (27) sous la forme d'une fumée (34) neutre et de basse tempé- rature, cet appareil étant C A R A C T E R I S E en ce qu'à chaque chambre de détente est prévue une entrée (101, 102, 103) d'air primaire. 2. Appareil à combustion selon la revendication 1 carac- térisé en ce que pour provoquer le chicanage, chaque chambre de détente (6, 16, 26) a sa sortie formée par un conduit (7, 17, 27) traversant la paroi supérieure (8, 18, 28) de cet- te chambre de détente et pénétrant sur environ un tiers de la hauteur de la dite chambre. 3. Appareil à combustion selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'au moins la dernière chambre est raccor- dée au foyer primaire par une conduite (110). 4. Appareil à combustion selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3 caractérisé en ce que chaque entrée d'air pri- maire (101, 102, 103) s'opère par une conduite raccordée à l'extérieur. 5. Appareil à combustion selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4 caractérisé en ce que chaque chambre présen- te une trappe de visite (121, 122, 123). 6. Appareil à combustion selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5 caractérisé en ce que sur chaque conduite (101, 102, 103) d'entrée d'air est intercalé un registre de réglage (131, 132, 133). 7. Appareil à combustion selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6 caractérisé en ce que l'entrée d'air de chacu- ne des chambres de détente (101, 102) ormis la dernière (103) est de débit inférieur à celui nécessaire à une combustion totale des imbrûlés qui y parviennent.