Brevet FR2535026A1 — publié le 19840427

"Chaudière a bois au autres matériaux combustibles solides" La présente invention concerne une chaudière à bois ou autres matériaux combustibles solides destinée à chauffer un fluide tel que de l'eau de manière à former par exemple une chaudière de chauffage central. On connaît actuellement un grand nombre de chaudières de chauffage central capables de bruler des combustibles solides. Cependant, la plupart des chaudières connues ne peuvent fonctionner correctement que si le combustible est parfaitement sec avant d'entre introduit dans la chaudière. En outre, les chaudières actuelles n'ont pas une structure leur permettant de brûler convenablement et quasi-complètement les gaz provenant de la combustion du matériau solide. La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients de 11 état de la technique actuelle et propose une chaudière à bois ou autres matériaux combustibles solides dont la structure permet de bruler n'importe quel matériau combustible solide ainsi que quasiment tous les gaz combustibles produits, tout en produisant une grande quantité de chaleur pour une faible consommation de combustible. La chaudière à bois ou autres matériaux combustibles solides selon la présente invention, dans laquelle circule un fluide tel que de l'eau en vue de le chauffer, comprend, une chambre de combustion munie à sa partie inférieure d'une grille pour l'évacuation des cendres, une chambre de réception du combustible solide munie à sa partie supérieure d'une porte d'acces pour la charge du combustible et au moins un échangeur de chaleur tubulaire dans lequel circule ledit fluide et les fumées ou gaz chauds. Selon la présente invention, ladite chambre de réception et ledit échangeur de chaleur se présentent sous la forme de colonnes, la colonne formant la chambre de réception débouchant par le dessus dans ladite chambre de combustion èt étant fermée latéralement et au-dessus, la colonne formant ledit échangeur de chaleur présentant au moins un canal d'évacuation des fumées dont l'une des extrémités débouche dans ladite chambre de combustion et dont l'autre extrémité est reliée au conduit de sortie des fumées, au moins un premier conduit d'amenée d'air frais débouchant dans la partie inférieure de ladite colonne formant chambre de réception du combus tible solide et au moins un second conduit d'amenée d'air frais débou chant dans la partie supérieure de ladite chambre de combustion laté ralement à ladite colonne formant chambre de réception du combustible solide du côté de ladite colonne formant échangeur de chaleur. Selon la présente invention, ladite colonne formant chambre de réception du combustible solide s'étend, de préférence, vers le bas dans la chambre de combustion, par un prolongement dont le bord inférieur est à distance de ladite grille. Dans une variante, la section droite de ce prolongement va en diminuant. Dans une autre variante, la section droite peut aller d'abord en diminuant puis en augmentant. Comme le combustible solide est en partie dans la chambre de combustion et en grande partie dans la colonne formant chambre de réception du combustible fermée latéralement et au-dessus et dans son prolongement, la colonne formant chambre de réception du combustible fonctionne comme un gazogène, le- combustible brûlant grâce à l'air introduit par ledit premier conduit d'amenée d'air frais et les gaz pauvres produits étant brûlés dans la partie supé- rieure de la chambre de combustion grâce à l'air frais introduit dans cette chambre par ledit second conduit d'amenée d'air. Il se produit donc une combustion du combustible solide en vue de la production de gaz pauvres et une combustion de ces gaz pauvres. Selon la présente invention, ledit premier conduit d'amenée d'air fraispeut avantageusement se présenter sous la forme d'un conduit annulaire entourant ladite chambre de réception du combustible solide, ce conduit annulaire présentant des orifices de commu- nication avec cette colonne repartis sur sa périphérie, ce conduit annulaire communiquant avec l'extérieur. Ces orifices peuvent deboucher latéralement cette chambre, un déflecteur s'étendant alors devant ces orifices et guidant vers le bas le combustible solide. Selon la présente invention, un moyen tel qu'un aspirateur ou un ventilateur peut être prévu pour faire entrer l'air dans ladite colonne formant chambre de réception du combustible solide par ledit premier conduit d'amenée d'air frais. Selon la présente invention, de préférence, ladite colonne formant chambre de réception comprend, dans sa partie supérieure, une porte actionnable de l'extérieur et susceptible de mettre en communication la partie supérieure de ladite colonne avec le conduit de sortie des fumées. La chaudière selon la présente invention comprend, de préférence, une chambre supérieure dans laquelle débouche l'extré- mité supérieure dudit canal d'évacuation des fumées et de laquelle part ledit conduit de sortie des fumées, ladite porte permettant de mettre en communication la partie supérieure de ladite colonne formant chambre de réception du combustible solide et cette chambre supérieure. Selon la présente invention, ladite colonne-formant chambre de réception du combustible solide et ladite colonne formant échangeur sont, de préférence, adjacentes et verticales. Selon la présente invention, la chaudière comprend, de préférence, un aquastat soumis à la température dudit flide-et présentant un levier susceptible d'actionner un volet de réglage d'une troisième amenée d'air frais dans ladite chambre dè combustion au travers de ladite grille. Selon la présente invention, ledit second conduit d'amenée d'air frais dans la partie supérieure de la chambre de cpm- bustion peut avantageusement etre muni d'un volet de réglage suspendu dont l'ouverture dépend du débit d'air dans ce second conduit. Selon la présente invention,-ce secondconduit.'amenée. d'air frais peut avantageusement s'étendre dans ladite chambre de combustion et présenter de préférence des orifices-de sortie radiaux. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'une chaudière à bois ou autres matériaux combustibles solides décrite à titre d'exemple non limitatif et illustrée schématiquement par le dessin sur lequel : - la figure I représente une coupe longitudinale verticale de la chaudière ; - la figure 2 représente une coupe transversale selon Il-Il de la chaudière représentée sur la figure 1 - et la figure 3 represente une coupe horizontale selon III-III de la chaudière représentée sur la figure 1. La chaudière représentée sur les figures et repérée- d'une manière générale par la référence 100 se présente sous la forme d'un parallèlépipède rectangle délimité extérieurement par un caisson parallèlépipédique repéré d'une manière générale par la référence 2 et comprenant deux parois longitudinales et verticales 3 et 4, deux parois transversales et verticales 5 et 6, une paroi horizontale inférieure 7 et une paroi horizontale supérieure 8. Dans sa partie inférieure, la chaudière 100 présente un compartiment 9 délimité dans sa partie inférieure par la paroi inférieure 7 et dans sa partie supérieure par une cloison horizontale 10. Dans ce compartiment 9 peut être disposé un cendrier il introduit par une ouverture pratiquée dans la partie inférieure de la paroi transversale 5 du caisson 2. Dans l'espace intérieur du caisson 2, entre la cloison horizontale 10 et la paroi supérieure horizontale 8, la chaudière 100 présente une chambre de combustion 12 et, au-dessus de cette chambre de combustion 12, une colonne creuse verticale 13 et une colonne verticale 14 formant échangeur de chaleur. La cloison horizontale 10 présente une ouverture 15 au-dessous de laquelle est disposée, dans le compartiment 9, une grille 16 susceptible d'être déplacée horizontalement en vue de son nettoyage grâce à un système à leviers 17 s'étendant à lsexterieur. Comme on peut le voir sur la figure 3, la colonne 13 forme une chambre verticale qui débouche par le dessus dans la chambre de combustion 12 et qui est délimitée, intérieurement au caisson 2, par une paroi transversale et verticale 18a située à distance de la paroi latérale 5 du caisson 2, par une paroi transversale et verticale 18 située sensiblement au milieu du caisson 2 et par deux parois longitudinales et verticales 19 et 20 qui sont respectivement à distance des parois longitudinales3 et 4 du caisson 2 et qui joignent les parois transversales 18 et 18a. Comme on peut le voir sur les figures I et 2, les parois 18a, 19 et 20 de la chambre verticale 13 s'étendent vers le bas à partir de la paroi horizontale supérieure 8 du caisson 2 et sont prolongées vers le bas jusqu'à la cloison horizontale 10 de manière à former une paroi transversale et les parois longitudinales de la chambre de combustion 12. La paroi transversale 18 de la chambre 13 s'étend vers le bas à partir de la paroi supérieure horizontale 8 du caisson 2 jusqu'au dessus de la chambre de combustion 12, de telle sorte que son bord inférieur est à distance de la cloison horizontale 10. Comme on peut le voir en particulier sur la figure 3, la colonne formant échangeur de chaleur tubulaire 14 est formée par trois séries transversales de quatre tubes verticaux 21 chacune formant trois séries de canaux verticaux 21a, 21b, 21c. Ces douze tubes verticaux 21 sont de section carrée et sont situés à égale distance les uns des autres et des parois 3 4 et 6 du caisson 2 et de la paroi transversale 18 de la chambre verticale 13. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'extrémité supérieure des tubes 21 est située à distance de la paroi horizontale supérieure 8 du caisson 2 et sont jointes par une plaque 22 qui s'étend entre les tubes 21 de telle sorte que l'intérieur des tubes 21 débouche vers le haut dans une chambre supérieure 23 ayant comme parois verticales les parois 3, 4 et 6 du caisson 2 et la cloison 18 de la chambre verticale 13 et comme paroi supérieure la paroi horizontale supérieure 8 du caisson 2. De la même manière, les extrémités inférieures des tubes 21, qui sont à distance de la cloison 15 et situées au même niveau que l'extrémité inférieure de la paroi 18, sont reliées par une plaque 24 horizontale. La paroi transversale 18 de la chambre 13 se prolonge vers le bas de manière inclinée en-dessous de la colonne 14 par une portion 18b, une paroi 25 étant disposée transversalement et parallè- lement au prolongement 18b de telle sorte que l'espace situé entre les tubes 21 adjacents à la paroi 18 se prolongent entre le prolongement 18b et la paroi transversale 25 et est fermé à son extrémité inférieure. Du côté opposé à sa paroi transversale 18e, la chambre de combustion 12 présente une paroi transversale 26 qui est située à distance de la paroi verticale 6 du caisson 2. Cette paroi transversale 26 s'étend entre la colonne formant échangeur 14 et la cloison horizontale 10 et d'autre part entre les parois longitudinales 19 et 20 de la chambre de combustion 12. il ressort de ce qui précède que les espaces délimités par le caisson 2, les parois verticales de la chambre de combustion 12 et de la chambre verticale 13 et les tubes 21 sont clos et étanches et peuvent avantageusement être parcourus par un fluide tel que de 11 eau, la chaudière 100 étant a doubles cloisons. A eet effet, on a prévu latéralement, dans la partie inférieure du caisson 2, un conduit d'entrée d'eau 27 et dans la partie supérieure de la colonne formant échangeur 14 un conduit de sortie d'eau 28, la circulation de l'eau pouvant être assurée par une pompe non représentée. Comme on peut le voir sur la figure 1, la chambre supérieure 23 est divisée en deux compartiments 23a et 23b qui sont séparés par une cloison transversale 52 de telle sorte que les deux séries de canaux verticaux 21a et 21b situées du côté de la cloison verticale 6 communiquent par le compartiment 23a tandis que la troisième série de canaux verticaux 21c comnunique par le compartiment 23b avec un conduit de sortie de fumée 29 qui traverse la paroi horizontale supérieure 8 du caisson 2. Dans sa partie supérieure, la cloison transversale 18 de la chambre verticale 13 présente une ouverture 30 de communication avec le compartiment 23b de la chambre supérieure 23 pour mettre en communication la colonne 13 avec le conduit de fumée 29. Une porte 31 manoeuvrable de l'extérieur par un levier 32 permet de fermer ou d'ouvrir cette ouverture de communication 30, cette porte 31 s'ouvrant dans le compartiment 23b. Dans la partie supérieure de la chambre 13, la chaudière 100 présente une porte de chargement 33 qul ferme une ouverture 34 pratiquée dans la double paroi 5, 18a. La chaudière 100 présente en outre, dans sa partie basse, des portes de visite 35 et 36 donnant accès à la colonne 13 et à la chambre de combustion 12. Comme on peut le voir en particulier sur la figure 2, la chaudière 100 présente un conduit transversal 39 d'amenée d'air extérieur qui s'étend dans la partie supérieure de la chambre de combustion 12 au-dessous de la colonne formant échangeur de chaleur 14 et qui présente des orifices radiaux de sortie d'air 40 quidébouchent dans la chambre de combustion 12. Le conduit d'amenée d'air 39 traverse la double paroi 3, 19 et présente, à son extrémité extérieure ouverte, un volet de réglage 41 suspendu autour d'un axe horizontal 42 décalé vers le haut, l'ouverture de ce volet 41 dépendant du débit d'air dans le conduit 39. Comme on peut le voir sur la figure 1, la double cloison 18b, 25 s'étend jusqu'au conduit 39 tandis qu'une cloison transversale 53 relie ce conduit 39 à la plaque 24 de telle sorte que la série médiane de canaux verticaux 21b communique avec la série de canaux verticaux 21c par leur partie inférieure, la série de canaux verticaux 21a débouchant par le dessus dans la chambre de combustion 12. Le compartiment 9 présente, dans la paroi 6 du caisson 2, une ouverture extérieure 43 prévue pour l'amenée d'air dans la chambre de combustion 12 au travers de la grille 16. Cette ouverture peut être fermée par un volet 44 articulé dans sa partie supérieure autour d'un axe horizontal 45. La porte 44 porte un bras 46 dont l'extrémité est reliée à l'extrémité du levier 47 d'un aquastat 48 par l'intermédiaire d'une chaînette 49, l'aquastat 48 étant monté sur le conduit de sortie d'eau 28, de manière à commander, au besoin, automatiquement l'ouver- ture et la fermeture du volet 44 en fonction de la température de l'eau sortant de la chaudière 100. Le caisson 2 est garni extérieurement d'un isolant 51 par exemple en laine de verre et les portes 33, 35 et 36 sont garnies intérieurement par de l'amiante. Comme on peut le voir en particulier sur la figure 1, à la partie inférieure de la colonne 13 définie plus haut, est prévu un conduit annulaire 54 adjacent aux cloisons 18-, 18a, 19 et 20. Ce conduit annulaire 54 est relié à l'extérieur par l'intermédiaire d'un conduit 55 traversant la-double cloison 5, 18a et sur lequel est branché un ventilateur 56. Le conduit annulaire 54 présente des parois supérieures 54a inclinées vers le bas et des parois intérieures verticales 57 parallèles aux parois 18, 18a, 19 et 20 dans lesquelles sont ménagées des orifices 58 de communication avec l'intérieur de la colonne 13 qui sont répartis sur le pourtour du conduit 54. Devant ces orifices et à distance, des parois 57, sont prévus des déflecteurs 59 qui sont inclinés vers le bas en direction du centre de la colonne 13 et qui prolongent les parois supérieure s 54a. La colonne 13 s'étend vers le bas à l'intérieur de la chambre de combustion 12 par un prolongement annulaire 60 qui démarre en-dessous des orifices 58 et dont le bord inférieur 61 est situé à distance de la grille 16. Dans l'exemple, le prolongement 60 présente, de haut en bas, une première partie 62 à quatre faces dont la section droite diminue et une seconde partie 63 à quatre faces dont la section droite augmente de telle sorte que le prolongement 60 sé présente sous la formez'un cône convergent-divergent dont les faces sont situées à distance des parois de la chambre de combustion 12. On va maintenant décrire comment fonctionne et comment peut être utilisée la chaudière qui vivent d'entre décrite, en supposant qu'il existe dans la chambre de combustion 12 un reste de bois et de charbon en train de brûler. Si l'on désire charger la chaudière 100 de bois ou de tout autre matériau combustible solide, on prend tout d'abord soin d'ouvrir la porte 31 de maniere à mettre en communication la chambre verticale 13 avec le conduit de sortie de fumée 29 par l'intermédiaire du compartiment 23b de la chambre supérieure 23. On ouvre la porte de chargement 33. Comme la porte 31 est ouverte, les fumées ou flammes ont tendance a aller vers le conduit de fume 29 et ne sortent en conséquence pas par l'ouverture d'accès 34. On introduit le bois par l'ouverture 34. Le bois tombe en étant dévié par les parois inclinées 54a et les déflecteurs 59 et remplit petit à petit la chambre de combustion 12 au moins dans la zone située en dessous de la colonne verticale 13, le prolongement 60 de cette colonne et enfin cette colonne.Quand la chambre verticale ou colonne 13 est pleine, on referme la porte 33 et on referme la porte de communication 31. Dans un premier mode de fonctionnement on suppose que le conduit 43 d'amenée d'air au travers de la grille 16 est fermé en permanence. En actionnant le ventilateur 56, on peut amener de l'air dans la colonne verticale 13, à son pourtour, grâce au conduit annulaire 54 et aux orifices 57 qu1il présente. L'air entrant traverse le combustible qui se trouve dans le prolongement 60 et dans la chambre de combustion 12. En se consumant, le combustible produit des gaz qui se dégagent dans la partie supérieure de la chambre de combustion 12 autour du prolongement 60. Grâce à l'air frais introduit dans la partie supérieure de la chambre de combustion 12 par le conduit transversal 13, les gaz de combustion produits brûlent pratiquement complétement. Tous les gaz et les fumées provenant des combustions sont alors évacués successivement par les canaux verticaux 21a, 21b et 21c de la colonne formant l'échangeur de chaleur 14 et le conduit de sortie de fumée 29. Grâce au volet suspendu 41, la quantité d'air admise dans la chambre de combustion 12 par le conduit 39 est régulée automatiquement en fonction du débit de gaz produit. De préférence, le ventilateur 56 n'est pas toujours en action. En effet, ce ventilateur 56 peut être mis en route lorsque la température de l'eau à la sortie de la chaudière passe endessous d'un seuil de température basse et stoppé lorsque la température de l'eau passe au-dessus d'un seuil de temperature haute. Lorsque ce ventilateur 56 est à l'arrêt, la chaudière fonctionne donc au ralenti. Dans un second mode de fonctionneinent, le ventilateur 56 étant arrêté on peut amener de l'air dans la chambre de combustion par le conduit 43 au travers de la grille 16. De la même manière que précedemment, le combustible en se consumant produit du gaz qui brûle grâce à l'air introduit par le conduit 39. En outre, le débit d'air entrant par le conduit 43 peut être régulé par l'aquastat 48. Dans un troisième mode de fonctionnement, il est tout à fait possible de combiner les modes précédents. La présente invention ne se limite pas à l'exemple ci-dessus décrit. On aurait pu construire notamment des moyens destinés à acheminer l'air frais et au transport des gaz de combustion de manière différente. En particulier, le ventilateur 56 pourrait etre remplacé par un aspirateur monté sur le conduit de sortie de fumée 29. Au lieu autre de section sensiblement rectangulaireg les colonnes 13 et 14 et les tubes verticaux 21 auraient pu oestre de forme différente telle que par exemple circulaire. Bien d'autres variantes de réalisation sont également possibles sans sortir du cadre de la présente invention REVENDICATIONS 1. Chaudière à bois ou autres matériaux combustibles solides, dans laquelle circule un fluide tel que de l'eau en vue de le chauffer, comprenant une chambre de combustion munie à sa partie inférieure d'une grille pour l'évacuation des cendres, une chambre de réception du combustible solide munie à sa partie supérieure d'une porte d'accès pour la charge du combustible, et au moins un échangeur de chaleur tubulaire dans lequel circulent ledit fluide et les fumées et gaz chauds caractérisée par le fait que ladite chambre de réception (13) et ledit échangeur de chaleur (14) se présentent sous la forme de colonnes, la colonne formant la chambre de réception du combustible solide débouchant par le dessus dans ladite chambre de combustion (12) et étant fermée latéralement et au-dessus, la colonne formant échangeur de chaleur présentant au moins un canal d'évacuation des fumées (21a, ;21b, 21c) dont l'une des extrémités débouche dans ladite chambre de combustion (12) et dont l'autre extrémité est-relié au conduit de ortie des:fumees (29), au moins un premier conduit d'amenée d'air frais(54) débouchant dans la partie inférieure de ladite colonne formant chambre de réception du combustible solide et au moins un second conduit d'amenée d'air frais (39) débouchant dans la partie supérieure de la chambre de combustion (12) latéralement à ladite colonne formant chambre de réception du combustible solide (13) du coté de la colonne formant ledit échangeur de chaleur (14). 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite colonne formant chambre de réception du combustible solide (-13) s'étend vers le bas, dans la chambre de combustion (12 par un prolongement (60) dont le bord inférieur (61) est à distance de ladite grille. 3. Chaudière selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la section droite dudit prolongement (60) va en diminuant de haut en bas. 4. Chaudière selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la section droite dudit prolongement (60) va, de haut en bas, en diminuant puis en augmentant. 5. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit premier conduit d'amenée d'air frais comprend un conduit annulaire (54) entourant ladite chambre de réception du combustible solide (13), ce conduit annulaire (54) présentant des orifices (58) de communication avec ladite colonne répartis sur sa périphérie, ce conduit annulaire communiquant avec l'extérieur. 6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que lesdits orifices (58) debouchent latéralement à ladite chambre de réception (13) un déflecteur, s'étendant devant ces orifices. 7. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'un moyen (56) est prévu pour faire-entrer l'air frais par ledit premier conduit d'amenée d'air frais (54). 8. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ladite colonne formant chambre de réception du combustible solide (13) comprend dans sa partie supérieure une porte (31) actionnable de l'extérieur et susceptible de mettre en communication la partie supérieure de cette colonne (13) avec le conduit dé sortie des fumées (29). 9. Chaudière selon la revendication 8, caractérisée par le fait qu'elle'comprend une chambre supérieure (23) dans laquelle débouche l'extrémité supérieure dudit canal d'évacuation des fumées (21a) et de laquelle part ledit conduit de sortie des fumees (29), ladite porte (31) permettant de mettre en communication la partie supérieure de la colonne formant chambre de réception du combustible solide (13) et cette chambre supérieure (23). 10. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la colonne formant chambre de réception, du combustible solide (13) et la colonne formant échangeur de chaleur (14) sont adjacentes et verticales. 11. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend un aquastat (48) soumis à la température dudit fluide et présentant un levier (47) susceptible d'actionner un volet de réglage (44) d'une troisième amenée d'air frais dans la chambre de combustion (12) au travers de ladite grille (16). 12. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit second conduit d'amenée d'air frais (39) dans ladite chambre de combustion (12) est muni d'un volet de réglage (41) suspendu dont l'ouverture dépend du débit d'air dans ce conduit. 13. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit second conduit d'amenée d'air frais (39) s'étend dans ladite chambre de combustion (12) et présente des orifices de sortie radiaux (40).