Brevet FR2558573A1 — publié le 19850726

L'invention a pour objet un procédé de combustion applicable aux chambres de combustion, de foyers fermés. chaudières à combustibles solides et similaires. L'invention se rattache au secteur technique des appareils de chauffage du type cheminées à foyers fermés, chaudières à combustibles solides et similaires. Par suite de i'incapacité des fabricants de cheminées à résoudre les problèmes de fonctionnement et de rendement des foyers ouverts, on assiste actuellement à un développement du marché des blocs foyers fermés par une vitre. Ce nouveau produit loin de résoudre les problèmes des foyers ouverts. a transformé le foyer en zône privilégiée pour le dépôt de goudrons. Ainsi on trouve actuellement sur le marché pour résoudre les problèmes, des fabricants de conduits de fumée équipant ces derniers d'entonnoir et de tube d'évacuation des condensats. D'autres constructeurs de foyers fermés fournissent des produits d'appoint pour nettoyer le foyer. On voit quotidiennement des débuts d'incendies provoqués par l'accumulation des goudrons ou des vitres qui éclatent. Généralement la cause de ces inconvénients est attribuée à un mauvais tirage des conduits de fumée. En fait, il semble que cette appréciation s'avère fausse ou en partie et que l'on doit tenir compte d'un autre phénomène qui est l'équilibre de la combustion. Par ailleurs, certains problèmes se posent en égard des grands foyers fermés car la chambre de combustion offre un très grand volume. Par exemple, lorsqu'on ferme la porte vitrée la flamme se raccourcit et la combustion s'étire sur toute la largeur du foyer ceci contrairement à la combustion à l'air libre qui s'opère d'abord par le milieu dans la charge du combustible. On constate également que lorsque la porte est fermée, le foyer fermé à tendance à s'emplir de fumée et la vitre est embuée. Si. à ce moment, on libère l'admission d'air au foyer pour améliorer la combustion, le feu s'emballe et on ne peut plus le maîtriser. la vitre pouvant exploser. Lorsque l'on vérifie le tirage du conduit, on constate que la dépression est nulle ou très faible à la sortie de la chambre de combustion. normale à 1,50 m au-dessus du conduit, par contre cette dépression est très forte au niveau de l'alimentation en air comburant dans le foyer. On définit ainsi une zône de référence appelée point "O", au niveau de la sortie de la chambre de combustion. Selon les vérifications effectuées, c'est au moment du ralentissement de la combustion que se produisent les phénomènes de point "O" avec une production de condensation entraînant de mauvais rendements. Pour éviter ces phénomènes et résoudre les inconvénients constatés, il a fallu poser différemment le problème à résoudre en lui apportant une solution nouvelle adaptée. Le nouveau procédé de combustiontel que défini dans la Demande, résout d'une manière très satisfaisante les problèmes posés antérieurement, et ceci d'une manière originale et simple. Le procédé de combustion applicable à des foyers fermés ou chaudières à combustibles solides et similaires est remarquable en ce que, pour éviter les phénomènes de dépression dans le foyer s'opposant à la dépression du conduit de fumée et donnant naissance à la formation d'un point "O" dans la chambre de combustion, et afin de limiter au maximum la dépression dans la chambre de combustion, on insuffle de l'air comburant dans le foyer par l'intermédiaire d'un premier conduit disposé sous la plaque foyère ou grille de chargement en agissant simultanément sur le tirage du conduit d'évacuation des fumées du foyer fermé, cette intervention s'effectuant par prélèvement dans un second conduit du même air ambiant que celui pénétrant dans le premier conduit, cet air étant réchauffé dans une gaine jouxtant la chambre de combustion et évacué dans ledit conduit d'évacuation des fumées pour s'opposer et court-circuiter le tirage de ce dernier et son action sur le foyer, l'action et la régulation sur les deux conduits pouvant être assurées par la commande de deux ventelles ou volets disposés et articulés à l'entrée desdits conduits. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins où La figure 1 est une vue de face en coupe illustrant les moyens de mise en oeuvre du procédé dans une cheminée à foyer fermé. La figure 2 est une vue de côté en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective éclatée de différents éléments constitutifs de l'invention et s'adaptant dans le foyer ferme. La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne 4e4 de la figure 1. La figure 5 est une vue à grande échelle illustrant l'articulation des ventelles ou volets disposés dans des conduits d'arrivée d'air comburant et de régulation. La figure 6 est une vue en coupe selon la ligne 6-6 de la figure 5. La figure 7 illustre en variante l'application du procédé de combustion pourles chaudières a combustibles solides. Les figures 8 et 9 illustrent schématiquement les courbes de fonctionnement d'une chaudière type classique, et une chaudière fonctionnant avec le procédé de combustion selon l'invention. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures. Le foyer fermé pour la mise en oeuvre du procédé comprend un corps en fonte ou acier (1) avec une ouverture vers l'avant susceptible d'être fermée par une vitre (2). Ce corps présente une forme classique parallélépipédique par exemple, ou autre, avec un volume du foyer de combustion approprié. Ce corps est disposé en appui sur une construction i3) de base aménagée pour permettre le passage par exemple du cendrier (4). Un tiroir plein (5) disposé entre la plaque foyère (6) et le cendrier empêche l'arrivée d'air frais par le bas, selon sa position. Le cendrier est aménagé pour recevoir intérieurement deux conduits (7 et 8) disposés côte à côte et traversant en longueur le cendrier.Le premier conduit forme un coude relevé en hauteur à son extrémité arrière pour être relié à la plaque foyère creuse intérieure ment et munie sur son pourtour d'une pluralité de perforations (6 ). Avantageusement, la plaque foyère présente sur sa périphérie le long des bordures d'extrémités en regard des parois latérales du foyer et de la paroi avant vitrée une pluralité d'ouvertures susceptibles de permettre l'écoulement d'un fluide, air comburant, en provenance du conduit (7). Selon une première réalisation, une ventelle ou volet (9) est monté à pivotement angulaire libre dans la section du conduit (7) et-autorise l'arrivée d'air comburant dans le foyer. Un moyen peut être prévu pour définir le règlage en position de la ventelle ou volet selon les besoins en air comburant.Le second conduit (8) aménagé dans le cendrier, traverse celui-ci pour déboucher à l'arrière du foyer dans une gaine montante (10) jouxtant la paroi arrière du foyer, ladite gaine débouchant dans un caisson fermé (11) situé à la partie supérieure du foyer et entourant le conduit d'évacuation (12) des fumées. Ainsi qu'illustré, le conduit (12) est positionné et centré sur une bordure cylindrique (13) du foyer évitant tout contact entre le caisson et le foyer. Ce conduit d'évacuation présente sur sa périphérie dans la zône située dans le caisson une ou plusieurs ouvertures (14) régulièrement réparties périphériquement autorisant également le passage du fluide en provenance du conduit (8). Une ventelle ou volet (15) est également disposé à l'entrée du conduit (8) et autorise à cet effet l'entrée d'air qui est préchauffé dans la gaine par convection de la chaleur à travers la paroi commune du foyer. L'air préchauffé déborde dans le caisson puis après circulation s'échappe par le conduit (12) d'évacuation des fumées. La ventelle ou volet (15) est règlable en position pour réguler l'arrivée d'air préchauffé dans le conduit précité. L'intérêt de cet aménagement permet d'obtenir un procédé de combustion nouveau et particulièrement performant ainsi qu'expliqué ciaprès. Pour mettre en fonctionnementtce foyer, après chargement et allumage, selon une première possibilité, on ouvre le tiroir pour autoriser le passage de l'air ambiant sous le foyer tout en obturant les conduits (7 - 8). On arrive très vite à une accélération de la combustion, les flammes s'étirant sur la totalité du foyer en léchant les parois et réchauffant la vitre. On procède alors de la manière suivante : le tiroir est fermé ce qui libère les conduits (7 - 8) autorisant la pénétration de l'air ambiant dans des conditions définies. Par suite du début de combustion, une dépression s'est créée dans la cheminée. En ouvrant la ventelle (9) du conduit (7), on va permettre une arrivée d'air comburant traversant le conduit (7) puis la plaque foyère (6) creuse et s'échappant par la pluralité d'orifices disposés sur celles-ci. La combustion sera accélérée.Simultanément la ventelle (15) du conduit (8) sera de préférence en position d'obturation dudit conduit, réduisant au maximum l'arrivée d'air qui serait préchauffé et évacué par le conduit de fumées. On n'intervient pas sur le tirage de la cheminée. Par contre, lorsque l'on veut stabiliser ou réduire la combustion, on procède à une manoeuvre inverse, en ce sens que la ventelle (9) est positionnée de manière à limiter l'arrivée d'air frais dans le foyer, tandis que la ventelle (15) est ouverte autorisant une introduction massive d'air dans la gaine qui sera préchauffée et évacuée dans le conduit (12). Cet air préchauffé a tendance à s'opposer et donc à court-circuiter le tirage du conduit (12) et son action sur le foyer limitant au strict minimum la dépression dans la chambre de combustion, de sorte que l'on obtient une régulation de la combustion. Par ce procédé, on améliore la combustion et le rendement du foyer fermé. En outre, la répartition des orifices d'échappement d'air de la plaque foyère et leur positionnement vers les parois latérales et la vitre assure un désembuage de la vitre et on constate que les flammes sont plus régulières et se suivent dans le centre du foyer sans toucher les parois. Cette action est combinée sur le tirage et la régulation d'arrivée d'air résoud les problèmes des techniques connues. Dans la variante de réalisation des figures 5 et 6, les volets disposés dans les conduits (7 - 8) sont associés sur un même axe (16) en étant décalés angulairement l'un de l'autre de 90 degrés environ. Le mouvement du levier, disposé par exemple entre les deux conduits (7 - 8) définit la position des volets avec des effets inverses par exemple ouverture maximum du conduit (7) d'arrivée d'air comburant, et fermeture du conduit (8) de régulation, ou bien ouverture du conduit (8) de régulation et quasi fermeture du conduit d'arrivée d'air comburant. Dans ce dernier cas, ce conduit (7) t'est jamais totalement obturé pour des raisons de sécurité, car il y aurait extinction du feu avec risques de production d'oxyde de carbone. Une butée non illustrée permet de contrôler à un niveau approprié le degré de fermeture de ce conduit (7). En utilisant cette variante de couplage des volets, il n'est pas nécessaire lors de l'allumage du feu, de tirer le tiroir comme indiqué précédemment. On procède à l'ouverture maximum du conduit d'arrivée d'air comburant. Le procédé de combustion selon l'invention est applicable aux chaudières à combustible solide pour lesquelles on a constaté les phénomènes de mauvais tirage avec production importante de condensats; Selon les vérifications effectuées c'est au moment du ralentissement que se produisent les phénomènes de point "O" avec production de condensats donc de mauvais rendement. En raison des plus faibles besoins des habitations, les périodes de ralentissement sont plus fréquentes donc les rendements des chaudières plus aléatoires et donc plus perturbés. On a illustré à la figure 8, la courbe de fonctionnement d'une chaudière classique sur une période journalière-. On constate la forme saccadée avec des périodes de temps mort: (tm) à mauvaise combustion et production dlimbrulés. L'application du procédé de eombustion donne la courbe illustrée figure 9, caractérisée par une faible variation de cadence, absence de temps mort et augmentation de rendement. A titre d'exemple, on a illustré figure 7, d'une manière non limitative une chaudière à combustible solide. Selon la réalisation illustrée, la chaudière comprend une réserve de combustible solide (17), par exemple du bois, disposé en superposition sur la grille de combustion (18). La chambre de combustion est référencée en (19) et présente une forme en spirale pour déboucher dans le conduit d'évacuation des fumées (20). Un cendrier (21) est disposé sous la chambre de combustion. A l'avant de la chaudière sont disposés deux conduits (22 - 23), l'un distribuant l'arrivée d'air comburant et l'autre assurant la régulation du tirage selon le procédé de l'invention. Une rampe (24) de distribution d'air comburant est disposée à l'intérieur de la chambre de combustion sous la grille, et un conduit de dérivation (25) jouxtant le bloc de réserve de combustible amène par le haut de celuici de l'air frais comburant afin de faciliter la combustion. Le second conduit (23) traverse le cendrier, longe la paroi de la chambre de combustion pour déboucher dans le conduit d'évacuation des fumées (20). Des volets (26 27) couplés sont disposés de la même manière que précédemment dans les conduits (22 - 23) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, autorisant une action combinée sur ce tirage et la régulation d'arrivée d'air comburant afin de limiter la dépression dans la chambre de combustion. Le procédé selonl'invention est applicable également dans les constructions existantes, le conduit ou gaine en correspondance avec le conduit d'arrivée d'air qui est préchauffé pour s'opposer au tirage, étant disposé dans le foyer de combustion. Les avantages ressortiront bien de l'invention, en particulier on souligne la meilleure combustion du solide la suppression de phénomènes de dépression engendrant les dépôts de goudronnage. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes dlapplication non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiquées , elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS -1- Procédé de combustion applicable aux chambres de combustion à foyer fermé ou chaudières à combustibles solides et similaires, caractérisé en ce que, pour éviter les phénomènes de dépression dans le foyer s'opposant à la dépression du conduit de fumée et donnant naissance à la formation d'un point "0" dans la chambre de combustion, et afin de limiter au maximum la dépression dans la chambre de combustion, on insuffle de l'air comburant dans le foyer par l'intermediaire d'un premier conduit (7) disposé sous la plaque foyère ou grille de chargement en agissant simultanément sur le tirage du conduit (12) d'évacuation de fumées du foyer fermé, cette intervention s'effectuant par prélèvement dans un second conduit (8) du même air ambiant que celui pénétrant dans le premier conduit (7), cet air étant préchauffé dans une gaine (10) jouxtant la chambre de combustion et évacué dans ledit conduit (12) d'évacuation des fumées pour s'opposer et court-circuiter le tirage de ce dernier et son action sur le foyer, l'action et la régulation sur les deux conduits pouvant être assurées par la commande de deux ventelles (9 et 15) ou volets disposés et articulés à l'entrée desdits conduits. -2- Foyer fermé pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, et comprenant un corps (1) avec une ouverture vers l'avant fermée par un vitrage (2), un cendrier (4) disposés sous le corps et une plaque foyère, cara stérisé en ce qu'il comprend un premier moyen susceptible de prélever d'-une manière contrôlée l'air ambiant et de l'amener au niveau de la plaque foyère dans la chambre de combustion, et un second moyen susceptible de prélever d'une manière contrôlée le même air ambiant pour l'évacuer après l'avoir préchauffé dans le conduit d'évacuation des formes afin de s'opposer selon une régulation appropriée, au tirage dudit conduit, lesdits moyens comprenant des organes susceptibles d'agir-et réguler d'une maniere combinée l'arrivée de l'air ambiant dans la chambre de combustion et dans le conduit d'évacuation des fumées, afin de contrôler et limiter la dépression dans la chambre de combustion. -3- Foyer fermé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un tiroir plein (5) disposé sous la plaque foyère, le cendrier recevant intérieurement d'une part le premier moyen constitué d'un conduit (7) profilé pour s'ajuster sur la plaque foyère, ladite plaque foyère étant creuse intérieurement et munie sus sa périphérie d'une pluralité d'ouvertures autorisant l'écoulement de l'air ambiant comburant, et d'autre part, ce second moyen constitué d'un conduit (8) traversant ledit cendrier et se prolongeant dans une gaine montante (10) préchauffée par convection par le foyer, ladite gaine débouchant directement ou non dans le conduit (12) d'évacuation des fumées pour autoriser l'écoulement de l'air préchauffé pour s'opposer au tirage du conduit (12) ; les organes de régulation d'arrivée d'air vers la chambre de combustion et vers le conduit (12) étant constitués par des volets ou ventelles couplées ou non, montés à articulation à l'entrée des conduits (7 - 8). -4- Foyer fermé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine montante (10) associée au conduit (8) débou- che dans un caisson fermé (11) situé à la partie supérieure du foyer et entourant le conduit d'évacuation des fumées (13) ; celui-ci présentant sur sa périphérie, dans la zône située dans le caisson, une ou plusieurs ouvertures régulièrement réparties autorisant l'évacuation et l'écoulement de l'air préchauffé dans le conduit (12) d'évacuation des fumées. -5- Foyer fermé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les volets (9 - 15) sont montés angulairement sur un même axe (16) en étant décalés angulairement l'un de l'autre de 90 , pour définir des effets inverses dans le contrôle d l'arrivée d'air vers la chambre de combustion et le conduit d'évacuation (12) des fumées. -6- Foyer fermé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mouvement des volets ou ventelles est assuré par un moyen du type levier de manoeuvre. -7- Foyer fermé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second moyen est constitué d'un conduit traversant partiellement le cendrier et se prolongeant intérieurement dans la chambre de combustion pour déboucher dans le conduit d'évacuation des fumées. -8- Chaudière à combustible solide pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, et comprenant une réserve de combustible solide (17), une chambre de combustion (19), une grille de combustion (18), un cendrier (21), un conduit d'évacuation des fumées (20), caractérisée en ce qu'elle comprend un premier moyen susceptible de prélever, d'une manière contrôlée, l'air ambiant et de l'amener au niveau de la grille de combustion dans la chambre de combustion, et un second moyen susceptible de prélever, d'une manière contrôlée, le même air ambiant pour l'évacuer après l'avoir préchauffé dans le conduit d'évacuation des fumées, afin de s'opposerselon une régulation appropriée au tirage dudit conduit, lesdits moyens comprenant des organes susceptibles d'agir et réguler d'une manière combinée l'arrivée de l'air ambiant dans la chambre de combustion et dans le conduit d'évacuation des fumées, afin de contrôleur et limiter la dépression dans la chambre de combustion. -9- Chaudière à combustible solide selon la revendication 8, caractérisée en ce que la premier moyen est constitué d'un premier conduit (22) distribuant d'une manière contrôlée, l'air ambiant comburant par une rampe perforée (24) sous la grille de combustion, et par un conduit de dérivation (25) amenant de l'air ambiant par le haut de la réserve de combustible ; le second moyen étant un conduit (23) traversant le cendrier et longeant la paroi de la chambre de combustion pour déboucher dans le conduit d'évacuation des fumées ; des volets ou ventelles coupées ou non étant disposées et articulées à l'entrée desdits conduits (22 - 23).