Brevet FR2503331A1 — publié le 19821008

CHAUDIERE A COMBUSTIBLE SOLIDE L'invention concerne une chaudière à combustible solide, notam- ment pour le bois, le charbon de bois ou le charbon, dont la conception permet d'atteindre une température de fonctionnement suffisamment éle- vée pour que la combustion de ce genre de combustible soit aussi com- plète que possible pour éviter le goudronnage ou le bistrage des élé- ments de la chaudière et des conduits de cheminée. Le prix des produits pétroliers ne cessant d'augmenter, on assis- te à un regain d'intérêt, notamment en milieu rural, pour des combusti- bles de chauffage délaissés pendant de nombreuses années, à savoir les combustibles solides mentionnés plus haut. Cependant, les notions de confort ont sensiblement évolué depuis l'époque o ces combustibles étaient utilisés couramment, de sorte qu'on se trouve amené à mettre au point des chaudières, notamment pour le chauffage central, de puissance relativement élevée, propres à assurer le chauffage de locaux parfois importants. Il faut donc prévoir un foyer relativement vaste pouvant recevoir une quantité importante de.combustible, pour garantir une auto- nomie suffisante et un échangeur de chaleur efficace, propre à garantir un rendement calorifique convenable de l'ensemble de l'installation. Des essais récents ont révélé le problème des quantités relativement importantes de goudrons dégagés par de tels combustibles. Les conséquen- ces de cette formation de goudrons sur le bon fonctionnement de la chau- dière sont: l'encrassement et l'obturation rapide des conduits, la pol- lution et la corrosion des tuyaux d'évacuation des fumées. L'invention a pour but de résoudre tous ces inconvénients, prin- cipalement en proposant une structure de chaudière permettant d'augmen- ter sensiblement la température du foyer, ceci pour réduire la formation des goudrons ou des suies grasses et pour éliminer la condensation. Dans cet esprit, l'invention concerne principalement une chau- dière à combustible solide, notamment pour.bois, charbon de bois et/ou charbon, du type comportant une chambre de combustion, une buse d'éva- cuation des fumées et un échangeur de chaleur en contact thermique avec ladite chambre de combustion et dans lequel un fluide caloporteur tel que l'eau est susceptible de circuler pour être réchauffé, caractérisée en ce que ladite chambre de combustion est délimitée essentiellement par une paroi composite comportant un matelassage de briques réfractai- res simplement empilées les unes sur les autres et consolidé par un système de maintien comportant notamment une enveloppe externe métal- lique, de préférence démontable. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, l'échangeur de chaleur comporte des tubes de circulation d'eau, insérés dans ladite paroi composite,entre les briques,et soudés à des tôles in- ternes dudit système de maintien. Ceci facilite l'échange de chaleur entre le foyer et cette partie de l'échangeur, tout en évitant la défor- mation des tôles internes du système de maintien, puisque celles-ci sont refroidies en permanence par l'écoulement du fluide caloporteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle- ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation actuellement préféré d'une chaudière conforme au principe de l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins non limitatifs annexés, dans lesquels: - la figure I est une élévation en coupe partielle de la chau- dière; et - la figure 2 est une vue de dessus en coupe partielle de cette meme chaudière. La chaudière se compose essentiellement d'une chambre de combus- tion Il munie, à l'arrière, d'une buse d'évacuation des fumées 12 et, à l'avant, d'une porte supérieure 13, pour le chargement du combustible, ainsi que d'une porte inférieure 14, pour le nettoyage. Ces deux portes sont constituées, chacune, de deux plaques de tôle parallèles, assemblées à leur périphérie, entre lesquelles est insérée une épaisseur de laine de verre. La porte inférieure 14 comporte en outre un volet mobile 15 réglant le débit d'air comburant. Un échangeur de chaleur 16 est agencé tout autour de la chambre de combustion pour présenter un contact ther- mique optimal avec le foyer. Cet échangeur comporte un embout 17 pour le départ de l'eau chaude, à sa partie supérieure, et un embout 18 pour le retour de l'eau, à sa partie inférieure. Selon une caractéristique propre à l'invention, la chambre de combustion Il est essentiellement délimitée par une paroi composite 19 comportant un matelassage de briques réfractaires 20, lesquelles briques sont empilées les unes sur les au- tres, principalement sur les deux faces latérales de la chambre de com- bustion et sur une partie de la hauteur de la face arrière. En outre, ce matelassage est consolidé par un système de maintien 21 comportant notamment une enveloppe externe 21a, en tôles, démontable. Ce système de maintien comporte aussi des tôles internes 21b, disposées verticale- ment de proche en proche entre des parties du matelassage de briques. Les tôles 21b sont soudées, chacune, à des tubes 25 de circulation d'eau de l'échangeur 16. Ainsi, la fonction de ces tôles internes est double. Elles participent au maintien du matelassage de briques, et elles favo- risent l'échange de chaleur avec les tubes 25 de l'échangeur. En outre, leur refroidissement est assuré par l'eau circulant dans ces tubes, ce qui évite leur déformation, même lorsque la température du foyer est de l'ordre de 500 , ce qui est le but visé par l'invention. L'enveloppe externe 21a est elle-même entourée d'une barrière d'isolation 26 comportant une certaine épaisseur de laine de verre ou analogue. D'autre part, les espaces interstitiels 27 entre les briques et les tubes 25 insérés dans la paroi composite sont comblés par du sa- ble. On va maintenant décrire plus en détail la structure particuliè- re de l'échangeur de chaleur 16. Cet échangeur est en forme de cage et comporte, en particulier, une partie horizontale inférieure formant grille 28 support de combustible. Cette grille est composée d'un cadre tubulaire 28a, rectangulaire, composé de tubes à section relativement forte et d'une pluralité de tubes parallèles 28b, de section plus faible, reliés au cadre 28a. Les tubes 25 insérés dans la paroi composite 19 sont agencés verticalement et connectés entre le cadre 28a et un réser- voir horizontal 29, supérieur, surmontant la chambre de combustion 11. En outre, un passage laminaire arrière 30 s'étend le long de sensiblement toute la face arrière de la chambre de combustion 11. Il établit une connection entre le cadre 28a et le réservoir horizontal 29. Ce passage arrière est protégé jusqu'à une certaine hauteur par une partie du mate- lassage de briques. En outre, un moyen d'assèchement des fumées est disposé dans la chambre de combustion, au voisinage de la buse d'évacuation 12. Il s'agit d'un système de chicanes 34 en t5les, faisant saillie à l'inté- rieur de la chambre de combustion et s'étendant dans le prolongement de l'orifice interne 12a de la buse d'évacuation 12. Dans l'exemple repré- senté, le système de chicanes est constitué d'un empilement de tôles planes, parallèles, s'étendant sur toute la largeur de la chambre de combustion 11, en avant de l'orifice interne 12a. De cette façon, les fumées sont obligées de circuler dans ce système de chicanes surchauf- fé, avant d'être évacuées de la chambre de combustion. Enfin, on notera la présence d'un système de sécurité anti- ébullition, comportant principalement un serpentin de circulation d'eau froide 36, immergé dans le réservoir supérieur 29. Une sonde de tempé- rature (non représentée) en contact thermique avec l'échangeur commande la circulation de l'eau froide dans le serpentin lorsque l'eau de l'échan- geur de température menace d'entrer en ébullition. Les avantages mentionnés plus haut de la chaudière qui vient d'être décrite résultent avec évidence de sa structure. Le matelassa-e de briques réfractaires permet d'atteindre une température de fonction- nement très supérieure à celles qui sont habituelles dans les chaudiè- res utilisées jusqu'à présent. La combustion est donc presque complète, ce qui évite la formation des goudrons. En outre, le dessèchement des fumées avant leur évacuation au-delà de la buse 12 évite l'encrassement et la corrosion des tuyaux. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion qui vient d'être décrit, mais elle comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Chaudière à combustible solide, notaiment pour bois, charbon de bois et/ou charbon, du type comportant une chambre de combustion (11), une buse d'évacuation des fumées (12) et un échangeur de chaleur (16) en contact thermique avec ladite chambre de combustion et dans lequel un fluide caloporteur tel que l'eau est susceptible de circuler pour être réchauffé, caractérisé en ce que ladite chambre de combustion est déli- mitée essentiellement par une paroi composite (19) comportant un mate- lassage de briques réfractaires (20) simplement empilées les unes sur les autres, consolidée par un système de maintien (21) comportant no- tamment une enveloppe externe (21a), métallique, de préférence démonta- ble. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit échangeur de chaleur (16) comporte des tubes (25) insérés dans ladite paroi composite entre les briques et soudés à des tales internes (21b) dudit système de maintien, pour faciliter l'échange de chaleur et éviter la déformation desdites tales. 3. Chaudière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite enveloppe externe est elle-même entourée d'une barrière d' isolation (26) comportant une certaine épaisseur de laine de verre ou analogue. 4. Chaudière selon l'une des revendications 2 ou 3, caractéri- sée en ce que les espaces interstitiels (27) entre lesdites briques et les tubes insérés dans ladite paroi composite sont comblés par du sable. 5. Chaudière selon l'une des revendications 2 à 4, caractéri- sée en ce que ledit échangeur de chaleur a une structure en forme de cage et comporte en particulier une partie horizontale inférieure formant grille (28) support de combustible, composée d'un cadre tubulaire (28a) de relativement forte section et d'une pluralité de tubes parallèles (28b) de section plus faible, reliés audit cadre, les tubes précités (25) insérés dans ladite paroi composite étant agencés verticalement et connectés entre ledit cadre et un réservoir horizontal supérieur (29) surmontant ladite chambre de combustion. 6. Chaudière selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits tubes (25) insérés dans ladite paroi composite s'étendent essen- tiellement le long de deux faces latérales parallèles de ladite chambre de combustion et qu'un passage laminaire arrière (30) dudit échangeur, s'étendant le long de sensiblement toute la face arrière de ladite 250333 1 chambre de combustion, établit une connexion entre ledit cadre (28a) et ledit réservoir horizontal (29), ce passage arrière étant protégé jusqu'à une certaine hauteur par une partie dudit matelassage de briques. 7. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisée en ce qu'elle comporte un moyen d'assèchement des fumées, disposé au voisinage de la buse d'évacuation (12) précitée. 8. Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit moyen d'assèchement est constitué par un système de chicanes (34) en tôles, faisant saillie à l'intérieur de ladite chambre de combustion, s'étendant dans le proldogement de l'orifice interne (12a) de ladite buse d'évacuation (12), de sorte que les fumées doivent circuler dans ledit système de chicanes surchauffé avant d'être évacuées de la chambre de combustion. 9. Chaudière selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit système de chicanes est constitué d'un empilement de tôles planes, parallèles, s'étendant sur toute la largeur de la chambre de combustion en avant dudit orifice interne (12a) de ladite buse. 10. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisée en ce que ledit échangeur est équipé d'un système de sécurité anti-ébullition, comportant un serpentin (36) de circulation d'eau froide, immergé dans ledit échangeur, ainsi qu'une sonde de température en contact thermique avec celui-ci, pour commander la circulation de l'eau froide dans ledit serpentin.