Brevet FR2528547A1 — publié le 19831216

Poêle à très haut rendement. Les poules à bois sans accumulateur de chaleur à tirage ascendant offerts sur le marché jusqu'd présent ne peuvent donner un bon rendement lorsqu'ils sont chargés au maximum et que leur surveillance est nulle; cela leur ôte presque tout intérêt à té des autres moyens de chauffage. Cette impossibilité tient au fait que les constructeurs n' ont pas discerné les sujétions propres au bois qu'ils traitent presque toujours comme du charbon; ainsi beaucoup d'entre eux fabriquent-ils des poêles utilisables indifféremment avec ces deux combustibles, ce qui est une erreur. La combustion du charbon s'effectue en général dans une masse compacte de plus de 15cm de hauteur, avec un air "primaire" arrivant à la base; elle s'accompagne d'une réduction du C02 en CO dans les couches supérieures. L'introduction d'un air "secondaire" dans une zone à haute température, juste au-dessus de la couche de charbon, est donc nécessaire pour brtler l'oxyde de carbone. L'endothermicité de la carbonisation de la houille ainsi que celle de la réduction de l'anhydride carbonique contribuent à rendre cette combustion assez régulière aux différentes allures de chauffe. A l'inverseur la combustion "primaire" d'un tas de bois non entièrement réduit en braises a tendance à s'emballer et est très difficile à contrôler. Aucun phénomène modérateur n'intervient ici la compacité de quelques boches dans un foyer de poêle n'est pas telle que l'on puisse imaginer une réduction endothermique du C02 en CO; d'autre part, la carbonisation qui se produit à partir de 275-300 C avec un fort dégagement de gaz et vapeurs combustibles, est légèrement exothermique. L'utilisateur qui a rempli son poêle avec l'espoir d'étire tranquille pendant plusieurs heures, doit donc au bout de cinq à dix minutes fermer le volet d'air "primaire" pour éviter un surchauffage désagréable, lequel s'accompagne d'une perte excessive de chaleur dans les fumées. Or, à cause de son exothermicité, la carbonisation se poursui plus ou moins longtemps suivant les caractéristiques du foyer; la pyrolyse du bois continue de produire des gaz et vapeurs combustibles. Un air "secondaire" est donc indispensable là aussi, mais pas seulement pour réduire les pertes dans les fumées; il doit en core régulariser la puissance de chauffe, car la chaleur de pyrolyse est trop faible pour se substituer à la chaleur de combustion "primaire". On observe ce phénomène dans les poêles connus, où la température du foyer et des gaz baisse assez rapidement. L'utilisateur doit alors rouvrir le volet d'air "primaire" pour relancer une combustion vive, qui s'emballe à nouveau, et ainsi de suite. Conformément aux recommandations des spécialistes, beaucoup de constructeurs introduisent un air "secondaire" dans le foyer même, ce qui est logique avec le charbon comme il a été dit plus haut, mais inacceptable avec le bois. I1 ressort en effet de l'analyse précédente que le problème spécifique du chauffage au bois avec un poele est de gouverner la pyrolyse de façon à obtenir une puissance de chauffe aussi régu lièvre que possible quelle que soit cette puissance. Si donc, l'air "primaire" étant supprimé, l'air "secondaire1' remplit-son role en enflammant le gaz de pyrolyse dans le foyer même, la température du bois sera maintenue trop élevée, la vitesse de pyrolyse trop forte et toute régulation impossible.Au reste, il est fort peu probable que l'auto-allumage se produise dans les poêles connus, a la suite d'une extinction accidentelle : on admet qu'il demande une température d'environ 6000 C; Or la température de carbonisation baisse rapidement à 4000 et au-dessous; l'air "secondaire" n'est préchauffé (quant il lest) que par les parois du foyer. Lors de la combustion vive enfin, l'air "primaire" qui pénètre en général au-dessus des braises et circule librement autour des bâches, semble plus que suffisant; l'air "secondaire" , dont le débit n'est même pas contrôlé, ne peut servir qu'à refroidir les gaz de combustion. En conclusion, la régularité dela puissance de chauffe (pre mière condition d'un rendement optimal) nécessiterait que l'air "secondaire" agisse hors du foyer et qu'il soit contrôlé tout comme l'air "primaire". Pour le confort de l'utilisateur, ces deux contrôles devraient être automatiques. I1 existe bien des poêles dans lesquels l'air "secondaire" est introduit hors du foyer, à une température peut-être suffisante lorsqu'il n' y a pas solution de continuité entre les combustions "primaire" et "secondaire. Mais la combustion "secondaire" s'y fait avec un tirage "inversé" clest-à-dire que les gaz de pyrolyse quittent le foyer par le bas, alors que la combustion "primaire", utilisée seulement à l'allumage s'effectue avec un tirage ascendant normal. Il ne serait pas possible de faire aller les deux combustions en même temps, donc de passer de façon progressive de l'une à l'autre. Par son manque de souplesse, un tel mode de fonctionnement ne saurait conduire à la solution du problême posé. I1 existe de nombreux poêles à tirage normal ascendant, muni d'un régulateur. Malheureusement cet appareil n'agit que sur le débit d'air "primaire" en. ònction de la température de l'air am- bisant; un tel dispositif, valable pour le charbon, est inacceptable avec le bois. En effet, tant que la température du local n'a pas atteint la valeur fixée, la combustion "primaire" ne peut que s'emballer, d'où une chauffe excessive et dommageable au matériel, une baisse de rendement importante et une augmentation de la fréquence des chargements. La présente invention a pour objet un poêle à bois dans lequel il se produit automatiquement une alternance de combustions "primaire" et "secondaire" entretenue aussi longtemps que la carbonisation n'est pas finie, et qui a par suite un très bon rendement. Le poêle selon l'invention qui comporte un conduit d'arrivée d'air "primaire" et un conduit d'arrivée d'air "secondaire" , et est à combustion montante, est caractérisé en ce que le conduit d'arrivée d'air "secondaire" débouche en dehors du foyer, sur le trajet des fumées et gaz de combustion, en étant orienté dans le sens de déplacement de ces gaz et fumées, en ce que des organes de réglage sont interposés sur le conduit d'air " primaire" et sur le conduit d'air "secondaire" , et en ce qu'il comporte un régulateur sensible à la température des fumées et commandant les organes de réglage de façon à une fermeture totale ou presque totale du conduit d'arrivée d'air "primaire" et une ouverture du conduit d'arrivée d'air "secondaire" lorsque la température des fumées s'élève au-dessus d'une valeur de consigne et à agir en sens contraire quand elle baisse. Dans ces conditions, après l'allumage du poêle pendant lequel a lieu une combustion "primaire" du bois, ce qui produit des fu- mées à haute température, l'arrivée de l'air "primaire" est pro gressivement coupée alors que celle de r air "secondaire" s'ouvre. Comme le conduit d'arrivée d'air "secondaire" a été préchauffe par les fumées, cet air "secondaire" est chaud. I1 se mélange de fa çon intime avec les gaz de pyrolyse qui s'enflamment, ce qui porte à température élevée le conduit d'arrivée d'air "secondaire", donc de cet air "secondaire". Quand la vitesse de pyrolyse devient insuffisante, le régulateur ferme l'arrivée de l'air "secondaire" et rouvre celle de l'air "primaire", La combustion "primaire" du bois reprend jusqu'à ce que les fumées soient de nouveau à la température désirée, Ce processus de fonctionnement alterné se poursuit jusqu' à la fin de la carbonisation Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le conduit d'arrivée d'air "primaire" traverse un espace parcouru par les fumées et gaz de combustion et débouche da s le foyer sous la grille de celui-ci. On a décrit ci-après, a titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du poêle selon l'invention avec référence aux dessins annexés dans lesquels La Figure 1 est une vue en perspective schématique du poêle; La Figure 2 en est une vue en plan, avec arrachement partiel; La Figure 3 en est une vue en coupe par III-III de la Figure 2; Les Figures 4 et 5 sont des vues en coupe respectivement sui vant IV-IV et V-V de la Figure 3. Tel qu'il est représenté au dessin, le poêle selon l'invention comprend une enceinte 1 délimitant un foyer 2 qui est muni d'un calorifuge 3 et à la partie inférieure duquel est prévue une grille 4, de section évasée, dont les flancs sont opposés approximativement à mi-hauteur, et dont le fond est également ajouré. Le foyer est fermé sur sa face avant par une porte 5 également munie d'un calorifuge 6. Un cendrier 7 est disposé sous la grille 4. Devant ce cendrier est prévue une porte 8 munie d'un volet d'arrivée d'air 9 réglable manuellement. Une grille de décendrage 39 est montée coulissante sous le fond de la grille 4. La partie du poêle se trouvant au-dessus du foyer 2 est divisée en deux compartiments par une cloison longitudinale 11. L'un 12 de ces compartiments comporte un calorifuge 13. Le second compartiment n'est pas calorifugé et est divisé par une cloison tranversale 14, en deux chambres 15a et 15b. Un échangeur 16 est disposé au-dessus de ces compartiments et communique avec la chambre 15a par une ouverture 17 et avec le compartiment 12 par une ouverture 18. La face avant du poêle 1 porte une cheminée d'arrivée d'air primaire 19 dont la partie inférieure débouche dans le foyer 2 sous la grille 4; sa partie supérieure est reliée à un conduit à ailettes 20 qui traverse les chambres 15a et 15b et débouche sur la face arrière du poêle par l'intermédiaire d'une botte 21 comportant un organe de réglage, par exemple un diaphragme à iris. La partie arrière du foyer 2 communique avec le compartiment 12 par une ouverture 22. Dans ce compartiment débouche un condui d'arrivée d'air secondaire 23, qui est muni d'ailettes. Ce condui s'étend d'avant en arrière, passe au-dessus du compartiment 12, et s'étend ensuite au-dessus du poêle, d'arrière en avant, à travers l'échangeur 16, pour déboucher sur la face avant de ce poêle par l'intermédiaire d'une botte 24 comportant un organe de réglage, par exemple un diaphragme à iris. La partie du conduit 23 qui se trouve dans l'échangeur 16, est revêtue d'un calorifuge 25 sur une grande partie de sa longueur. Sa partie qui se trouve dans le compartiment 12 peut être munie d'un dispositif anti-retour de flamme. Les deux chambres 15a et 15b sont toutes deux reliées à une buse de sortie des fumées 26 qui comporte une cloison médiane 27 située dans le prolongement de la cloison 14. La partie de la buse située du côté de la chambre 15a contient un régulateur à bila me 28 relié par des câbles de commande 29 et 30 aux organes de réglage des boîtes 21 et 24 de façon qu'une élévation de la tempé rature des fumées au delà de la valeur de consigne entraine une fermeture du débit d'air primaire et une admission d'air secondai re. Par ailleurs, la cloison 11 comporte, à sa partie arrière, u ouverture 31 qui permet de mettre en communication la chambre 12 avec l'espace 15b, donc avec la buse de sortie des fumées 26.Cet ouverture peut être plus ou moins obturée par un volet pivotant 3 qui est relié par une tige 33 à un bouton de manoeuvre 34 prévu sur la façade avant du poêle. Comme on peut le voir à la Figure 3, l'échangeur 16 est cons titué par une enceinte 35 qui est traversée par le conduit d'arrivée d'air secondaire 23 et communique avec le compartiment 12 par l'ouverture 18 et avec la chambre 15a par l'ouverture 17. Cet te enceinte est solidaire d'ailettes intérieures 36 délimitant de canaux 37, et d'ailettes extérieures 38, entre lesquellescircu- le l'air ambiant. Lorsque l'ouverture 31 est fermée par le volet 32, les fumées et les gaz de combustion provenant du foyer 2 passent dans le compartiment 12 par l'ouverture 22, traversent ce compartiment longitudinalement d'arrière en avant, et passent dans Iléchangeur 16 par l'ouverture 18. Ils cheminent dans les canaux 37 de l'échangeur et redescendent ensuiet par l'ouverture 17 dans la chambre 15a et sont évacués par la buse 26. Si l'ouverture 31 est plus ou moins ouverte une partie des fumées et des gaz de combustion peut passer du compartiment 12, à la chambre 15b et à la buse 26 sans traverses l'échangeur et sans venir au contact du régulateur 28. Le poêle qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante. Pendant la phase d'allumage, on ouvre le volet manuel 9 et on ouvre le volet 32 de façon que les fumées provenant du foyer 2 passent en majeure partie par la chambre 15b, en évitant le régulateur 28. Ces fumées chauffent le conduit d'arrivée d'air primaire 20, elles chauffent également le conduit d'arrivée d'air secondaire 23. Lorsque le feu a été entretenu un temps suffisant pour chauffer le poêle et la cheminée, on ferme les volets 9 et 32. Le régulateur 28, sur lequel on a préalablement affiché la puissance de chauffage désirée est ainsi mis en service. Dés que la température des gaz à la buse 26 atteint la valeur affichée, le régulateur 28 ferme complètement l'organe de réglage de la boite 21 et ouvre celui de la boite 24. Gracie au calorifugeage du foyer, la pyrolyse continue relativement longtemps. Les gaz de combustion et vapeurs combustibles rencontrent l'air secondaire réchauffé qui parvient par le conduit 23 et circule dans le même sens qu'eux; les gaz combustibles s'enflamment et viennent lécher la partie avant du conduit 23, qui se trouve dans l'échangeur 16, en portant à haute température le conduit 23, denc l'air secondaire.La combustion secondaire dure aussi longtemps que la vitesse de pyrolyse suffit à maintenir la température affichée à la buse 26, Cette vitesse décroit naturellement; lorsqu'elle devient insuffisante, le régulateur 28 ferme l'arrivée d'air secondaire et ouvre l'arrivée d'air primaire de sorte qu'une combustion vive dans le foyer 2 reprend.Dés que la température des gaz de combustion atteint la valeur affichée, le régulateur ferme de nouveau l'arrivée d'air primaire et ouvre celle de l'air secondaire. Ce processus se produit jusqu'à la fin de la carbonisation. On voit ainsi que le régulateur 28 contrôle la marche de la combustion de façon à obtenir le meilleur rendement pour la puissance de chauffe demandée. Si la flamme secondaire s'éteint accidentellement, la température de la buse 26 baisse aussitt, de sorte que la combustion primaire reprend et réchauffe le conduit d'air secondaire 23. Lorsqu'il ne reste plus que des braises, l'air primaire qui passe au travers d'elles produit une combustion quasi complète. Si le régulateur 28 ouvre l'arrivée d'air secondaire, il se produit une baisse de température des fumées très rapide, puisqu'il n'y a plus de pyrolyse, de sorte que cette arrivée est fermée presque immédiatement. Le poele fonctionne donc pratiquement avec l'air primaire qui arrive de manière discontinue. Lorsqu'il n'y a plus assez de braises, l'utilisateur doit recharger le poêle. Comme la température des fumées baisse notablement, on peut prévoir un dispositif avertisseur actionné par 1( régulateur 28. On voit de la description qui précède, que le poêle selon l'invention évite des fluctuations de chauffage désagréables et conteuses. Les gaz de pyrolyse brillent pratiquement complètement et les pertes de chaleur dans les fumées sont réduites au minimum, compte tenu de la puissance de chauffe choisie. La régulation automatique assure la parfaite tranquillité de l'utilisateur. I1 va de soi que la présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Poêle à bois à combustion montante, qui comporte un conduit d'arrivée d'air primaire et un conduit d'arrivée d'air secondaire, caractérisé en ce que le conduit d'arrivée d'air 23 debou- che en dehors du foyer 2, sur le trajet des fumées et gaz de combustion, en étant orienté dans le sens de déplacement de ces gaz et fumées, en ce que des organes de réglage sont interposes sur le conduit d'air primaire 20 et sur le conduit d'air secondaire 23, et en ce qu'il comporte un régulateur 28 sensible à la température des fumées et commandant les organes de reglage de façon à assurer une fermeture totale ou presque totale du conduit d'arrivée d'air primaire 20 et une ouverture du conduit d'arrivée d'air secondaire 23 lorsque la température des fumées s'élève au delà d'une valeur de consigne et à agir en sens contraire quand elle baisse. 2.- Poêle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'arrivée d'air primaire 20 traverse un espace 15a-15b parcouru par les fumées et gaz de combustion et débouche dans le foyer 2 sous la grille 4 de celui-ci. 3.- Poêle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que son foyer 2, dans lequel a lieu la combustion primaire, communique avec une première chambre 12 dans laquelle débouche le conduit d'arrivée d'air secondaire 23, dans laquelle a lieu la combustion secondaire, et qui communique avec une seconde chambre disposée audessus de la première, reliée à une buse d'évacuation des fumées 26 et traversée par ledit conduit d'arrivée d'air secondaire, et en ce que le conduit d'air secondaire 23 présente la forme d'un U dont chacune des branches est horizontalement disposée dans l'une des chambres, de sorte qu'il est chauffé par la flamme de la combustion secondaire. 4.- Poêle selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde chambre constitue l'élément intérieur d'un échangeur de chaleur. 5.- Poêle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le régulateur est disposé au voisinage de la buse de raccordement à la cheminée.