Brevet FR2549939A1 — publié le 19850201

CHAUDIERE A CHARGEMENT AUTOMATIQUE POUR COMBUSTIBLES A BASE DE BOIS FRAGMENTE. La présente invention concerne les dispositifs permettant le stockage, l'alimentation automatique et la combustion en continu de combustibles solides, et notamment de combustibles à base de bois fragmenté tel que de la sciure ou des copeaux. On connait des chaudières adaptées pour brûler de la sciure ou des copeaux, de telles chaudières comportant un magasin de combustion ble central limité par un orifice d alimentation supérieur, par une grille inférieure surmontant un cendrier, et par une succession de parois latérales co-axiales délimitant au moins une lame d'eau et une lame d'évacuation de gaz0 Les parois latérales du magasin de combustible sont cylindriques, et, dans les chaudières perfectionnées à rendement élevé, la partie supérieure de la paroi latérale du magasin d'alimen- tation est intérrompue pour mettre en communication la partie haute du magasin avec la partie haute des lames d'évacuation de gaz brûlés une conduite d'amenée d' air secondaire débouclent dans cette partie haute du magasin pour provoquer la combustion des gaz refoulés à travers le magasin d'alimentation dans le cas d'une obturation des lames d'évacuation de gaz0 On a cherché à rendre continue la combustion en assurant une alimentation automatique en combustible. gans certaines installa tions, l'alimentation en combustible s'effectue latéralement par une ouverture latérale inférieure de la chaudière dans laquelle débouche un dispositif d'amenée pneumatique de combustible0 Cette technique est mal adaptée à une utilisation avec un combustible à base de bois, dans la mesure où certains morceaux de bois peuvent bloquer le dispositif d'amenée de combustible, et où une amenée latérale est peu favorable à une bonne répartition de la combustion. Une chaudière à introduction supérieure est plus favorable à une bonne répartition symétrique de cette combustion. Toutefois, les dispositifs d'amenée de combustible et les chaudières connues ne permettent pas une utilisation fiable pour brûleur de la sciure ou des copeaux, ce type de combustible présentant une fluidité capricieuse0 En effet, le chargement de ce combustible dans le magasin central de la chaudière ne pose à priori pas de problèmes, mais, en cours de combustion, il se produit à la base de la chaudière, dans la zone de conbustionS une voûte freinant la descente du combustible et pouvant produire l'extinction du foyer, Ce défaut est incompatible avec une alimentation de combustible en continu. De meme, les dispositifs d'amenée de combustible posent le problème de l'agrégation irrégulière des fragments de bois, produisant un flot discontinu de combustible0 Un dispositif à mouvement continu d'amenée de combustible produit inévitablement un engorgement lorsque des paquets de combustible plus importants se produisent. En outre le stockage du combustible s'effectue dans une trémie, et l'écoulement de ce combustible nécessite d'éviter la formation de voûtes à l'entrée de la canalisation d'écoulement. La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des dispositifs connus en proposant une nouvelle structure de chaudière dans laquelle le combustible s' écoule de façon régulière et certaine dans le magasin central. Selon un autre objet de 11invention, la combustion est notablement améliorées et la circulation de gaz brûlés est bien répartie symétriquement sur le pourtour des lames d'eau, de sorte que le rendement est notablement amélioré. Cette combustion plus complète favorise également l-'écoulement certain du combustible dans le magasin central, de sorte qu'unie alimentation automatique et continue en combustible peut être utilisée. Selon un autre objet de l'inventionS on évite les futées et l'inflammation du combustible contenu dans le magasin central. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif d'alimentation automatique qui soit compatible avec une atilisation de combustible en bois fragmenté tel que sciure ou copeaux0 En particulier le dispositif évite la formation de voûtes et de bourrages, et est compatible avec la formation inévitable de paquets de combustible0 De manière générale, l'invention permet l'alimentation et la combustion en continu de combustible à base de bois fractionné. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la chaudière comprend un magasin de combustible central de forme tronconique ouverte vers le bas ; la grille inférieure comporte une partie centrale de forme générale conique dont le sommet est dirigé vers le haut ; l'angle formé entre l'horizontal et les lignes imaginaires reliant ie soumet de la partie conique de grille et la base des parois de lames d'eau est compris entre cinq et trente degrés, Selon une autre caractéristique de 11 invention, le compartiment inférieur de combustion, limité par la grille inférieure et par les lignes imaginaires reliant le sommet de la grille et la base des parois de lames d'eau, est alimenté en air secondaire par des canalisations d;;ont les orifices de sortie sont répartis sur le pourtour du compartiment. Les orifices dépassent légèrement le niveau de la cendre dans le compartiment de combustion o Selon une autre caractéristique de l'invention, l'amenée du combustible est assurée par un dispositif mécanique de stockage et d'amenée comportant une trémie de stockage à ouverture supérieure limi- tée par une première et une seconde paroi verticale longitudinale, par deux parois transversales inclinées évasées vers le haut et se raccordant à un fond horizontal par des portions verticales. L'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront ds la description suivante deux mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en coupe de la chaudière selon une coupe verticale diamétrale selon l'axe A-A de la figure 2 - la figure 2 est une vue de dessus de la chaudière en demi coupe selon un plan horizontal P-B de la figure 1 - la figure 3 est une vue générale de coté du dispositif d'alimentation couplé à une chaudière ; et - la figure 4 est une vue de dessus du dispositif d'ensemble de la figure 3. Comme le représentent les figures 1 et 2, la chaudière 1 comprend un magasin de combustible central 2 limité par un orifice dlalimentatlon supérieur 3, par une grille inférieure 4 le séparant d'un cendrier 5? et par une succession de parois latérales 6 co axialesO Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, les parois latérales sont au nombre de huit : la paroi intérieure 6a déli- mite le magasin 2 et, associée à une seconde paroi 6b, définit une première lame d'eau 7 ; une troisième paroi 6e et une quatrième paroi 6d délimitent une seconde lame d'eau 7a, 11 espace entre les parois 6c et 6d délimitant une première lame 8 d'évacuation de gaz brûlés ; de meme des parois délimitent une troisième lame d'eau 7b et une quatrième lame d'eau 7c ainsi qu'unie seconde lame d'évacuation de gaz 8a et une troisième lame d'évacuation 8bo Les lames.d'évacuation de gaz 8, 8a et 8b sont limitées en partie haute par une paroi horizontale 9 sous laquelle elles se rejoignent.Les gaz s'échappent ensuite par une conduite radiale laté- rale 10. Les lames d'eau 7, 7a, 7b et 7c communiquent à leur portion supérieure il avec une conduite radiale 12 de sortie d'eau, et à leur portion inférieure ou base 13 avec une conduite radiale 14 d'entrée d'eau. La base 13 des parois 6 à 6d, délimitant les lames d'eau et les lames d'évacuation de gaz, s'interrompt au-dessus de la grille inférieure 4 à une certaine hauteur pour délimiter un compartiment inférieur de combustion 15 limité inférieurement par la grille inférieure 4. La grille intérieure 4 comporte une portion annulaire 16 périphérique horizontale se raccordant sur une portion centrale 17 de forme générale sensiblement conique dont le sommet est dirigé vers le haut. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, la portion centrale conique est réalisée au moyen d'un cylindre central creux 18 d'axe vertical surmontant le plan horizontal de grille 4, et sur les bords supérieurs duquel s'appuient des barreaux radiaux 19 inclinés et disjoints. Les barreaux 19 sont simplenent posés, et sont amovibles pour le nettoyage0 La paroi intérieure 6a du magasin de combustible 2 a une forme tronconique ouverte vers le bas. Cette forme favorise le transit vers le bas du combustible logé dans le magasin 2, et évite la forma- tion de voûtes. Les Demandeurs ont constaté que le sommet 20 de la grille inférieure 4 doit être situé au-dessous de la base 13 des lames d'eau et air, sans toutefois que la différence de hauteur ne dépasse une valeur maximale admissible. La plage de variations peut être caractérisée par l'angle que forment par rapport à l'horizontale, les lignes imaginaires 21 reliant le sommet 20 et la base 130 Les lignes 21 doivent faire, avec l'horizontale, un angle compris entre cinq et trente degrés Un angle supérieur conduit à la formation de voûtes, 11 écoulement du combustible en direction du bas risquant de s' interrompre, un angle inférieur risquant d'encombrer le compartiment de combustion 15 et d' inter- rompre la combustion. Contrairement aux chaudières connues à magasin central 2, la paroi intérieure 6a sépare jusqu'en haut, c'est à dire jusqu'à la paroi supérieure us le magasin 2 des zones parcourue s par les gaz brûlés, et notamment des lames d'évacuation de gaz. Des éléments 22 formant chicanes sont interposés dans les lames d'évacuation de gaz brûlés, par exemple les lames 8a et 8b, dans la zone reliant directement le compartiment de combustion 15 et la conduite d'évacuation des gaz 109 On évite ainsi de créer un passage favorisé direct des gaz entre le compartiment 15 et la conduite 10, améliorant la répartition des gaz sur tout le pourtour de la chaudière et leur passage dans toute la section des lames d'évacuation 8, 8a et 8b. On favorise l'échange de chaleur avec les lames d'eau. la partie inférieure de la chaudière comprend un cendrier 5, dans lequel tombent les cendres traversant la grille inférieure 4G Les cendres peuvent être enlevées par la trappe latérale 23. Le cendrier 5 comporte un volet 23a pour l'amenée d'air, l'air primaire de combustion passant à travers la grille 4 dans le compartiment de combustion 15. Lors de la combustion, les flammes sont contenues dans le compartiment de combustion 15, et limitées par une surface inférieure 24 formée par les cendres accumulées, et une surface supérieure corres- pondait sensiblement aux lignes 21. Pour améliorer la combustion, on amène de l'air secondaire de façon répartie sur le pourtour du compar- triment de combustion 15, par des canalisations d1 amenée 25 dont l'em mouchure supérieure de sortie dépasse légèrement le niveau 24 des cendres. Par exemple, dans le mode de réalisation représenté sur la figure, l'embouchure supérieure se situe sensiblement au niveau du sommet 20 de la grille 4. De façon préférée, les canalisations 25 doivent amener un air secondaire chaud, favorisant la combustion secondaire. Pour cela, les canalisations 25 sont réalisées en tubes métalliques, la portion supérieure du tube étant chauffée par la flamme et les calories étant transmises à la portion inférieure du tube qui chauffe l'air entrant. L'orifice inférieur des tubes 25 débouche dans le cendrier 5, de sorte que le cendrier fournit l'air primaire et l'air secondaire; Les tubes métalliques 25 ont leur extrémité supérieure terminée en biseau, comme le représente la figure 1, pour épouser la forme de la surface 240 Ils peuvent etre munis d'ouvertures latérales, non représentées sur les figures, pour augmenter le débit d'air. On a représenté sur les figures 3 et 4 le- dispositif d'amenée automatique de combustible dans la chaudière0 Corne le représentent les figures, la chaudière 1 est alimentée par son orifice d'alimentation supérieure 3. L'orifice 3 est surmonté par un compartiment de stockage 26 muni d'un détecteur de niveau de combustible 27. Le détecteur 27 peut être par exemple un moteur électrique entraînant en rotation une palette plongeant dans le compartiment de stockage 26.En présence de combustible, la palette est freinée et un dispositif produit un signal indiquant la présence de ce combustible0 Selon un mode de réalisation particulier, le compartiment de stockage 26 peut être séparé du magasin 2 de la chaudière par une porte de séparation coulissante horizontale, non représentée sur les figures, actionnée par un vérin 28. l'actionnement de la porte permet la séparation totale de la chaudière et du combustible stocké, de façon à éviter l'inflammation éventuelle du combustible par retour de gaz0 Le combustible est stocké dans une trémie de stockage 29 à ouverture 30 supérieure.La trémie est limitée par une première paroi longitudinaie 31 et une seconde paroi longitudinale 32 toutes deux ver ticals et par deux parois transversales inclinées 33 et 34 évasées vers le haut comme le représente la figure, et se raccordant à un fond horizontal 35 par des portions verticales respectivement 36 et 370 la base de la première paroi longitudinale 31 se raccorde au fond 35, tandis que la base de la seconde paroi longitudinale 32 est mnnie d'une ouverture débouchant dans un bac inférieur 380 Le bac 38 comporte un fond 39 incliné longitudinalement, situé au-dessous du niveau du fond 35 de la trémie 290 le combustible contenu dans la trémie 29 est entraîné dans le bac 38 par l'intermédiaire de quatre vis rotatives transversales 40, 40a, 40b et 40c, qui s'étendent depuis la première paroi longitudirale 31 jusqu'au niveau de la seconde paroi longitudinale 32 dela trémie. Les vis transversales sont entraidées par un moteur électrique 41 commandé par des moyens d'alimentation non représentés sur la figure. Le moteur 41 entraine les vis transversales selon un mouvement de rotation discon tinu, faisant par exemple effectuer un quart ou une moitié de révolutions puis arrêtant un moment le mouvement, puis reprenant une portion de révolution. Ce type de mouvement est particulièrement adapté au transport de combustible à base de bois fragmenté, évitant la formation de voûtes au-dessus des vis transversales.En outre, on évite l'accumulation de combustible dans le bac 380 De façon préférée, les vis ert;remes 40 et 40c sont entraînées selon un mouvement moins rapide que les vis cen triles 40a et 40b, et les vis sont proches du fond horizontal 35. Une vis longitudinale 42 plonge dans le bac 38 parallèle ment au fond incliné 39, et entrain le combustible depuis le bac 38 jusqu'à la partie supérieure du compartiment de stockage 260 Ia vis longitudinale 42, entraînée par un moteur électrique 43, est animée ksun mouvement de rotation continu assurant un débit supérieur au débit des vis transversales 40, 40a, 40b et 40c. Ainsi, les paquets de com- bustible tombant dans le bac 38 peuvent être enlevés par la vis 42 avant l'introduction de combustible suivant. Les moteurs 41 et 43 sont commandés par le détecteur de niveau 27, les moteurs étant arrêtés lorsque le niveau atteint un seuil supérieur prédéterminé, et étant remis en route lorsque le niveau atteint un seuil inférieur prédéterminé. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réali- sation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les di- verses variantes et généralisations contenues dans le domaine des reven- dications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Chaudière (1) comportant un magasin de combustible central (2) linité par un orifice d'alimentation supérieur (3), par une grille inférieure (4) surmontant un cendrier (5), et par une succession de parois latérales (6) coaxiales délimitant au moins une lame d'eau (7) et une lame dtévaeuation de gaz (8) caractérisée en ce que le magasin de combustible (2) est de forme tronconique ouverte vers le bas, en ce que la grille inférieure (4) comporte une partie centrale (17) de forme générale sensiblement conique dont le sommet est dirigé vers le haut, et en ce que angle formé entre l'horizontale et les lignes imaginaires (21) reliant le soumet (20) de la partie conique de grille et la base (13) des parois de lames d'eau est compris entre cins et trente degrés0 2 - Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi latérale (6a) limitant le magasin de combustible (2) l'isole de la lame évacuation de gaz (8) sur toute sa hauteur. 3 - Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le compartiment de combustion (2), limité inérieure::ent par la grille inférieure (4) et supérieurement par les lignes imaginaires (21) reliant le sommet de la grille et la base (13) des parois de lares d'eau, est alimenté en air secondaire par des canalisations (25) dont les orifices de sortie sont répartis sur les pourtours du compartiment (15)o 4 - Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que les canalisations d'air secondaire (25) sont des tubes métalliques dont l'orifice inférieur débouche dans le cendrier (5), et dont l'ori- fice supérieur dépasse légèrement le niveau (24) de la cendre dans le compartiment de combustion (15)0 5 - Chaudière selon la revendication 1, dans laquelle les gaz brûlés sont collectés, après passage en lames d'évacuation (8), dans une conduite radiale (10) supérieure, caractérisée en ce que des éléments formant chicanes (22) sont interposés dans la zone de lames dtévacuation (8) reliant directement le compartiment de combustion (15) et la conduite radiale (1 o), pour répartir la circulation des gaz sur tous les pourtours de lames d'eau. 6 - Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif mécanique de stockage et d'amenée de combustible comportant une trémie de stockage (29) à ouverture supérieure limitée par une première (31) et une seconde (32) parois verticales longitudinales, par deux parois transversales (33, 34) in clinées vasées 7crs le haut et se raccordant à un fond horizontal (35) pa:: ds portions verticales (36, 37), la base de la première paroi longitudinale (31) se raccordant au fond (35), la portion inférieure de la seconde paroi longitudinale (32) formant ouverture d'extraction débouchant dans un bac inférieur (38)e 7 - Chaudière selon la revendication 6, caractérisée en ce que le combustiblc est amené de la trémie (29) dans le bac inférieur (38) par une série de vis rotatives transversales (40, 40a, 40b, 40c) proches du fond et limitées à la seconde paroi longitudinale (32), le combustible étant repris dans le bac et amené sur l'orifice d'alimen- tation (3) de la chaudière par une vis rotative longitudinale (42) parallèle au fond incliné (39) du bac inférieur (38). 8 - Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que les vis rotatives transversales (40-40c) sont entraînées par des moyens d'entraînement (41) selon un mouvement de rotation discontinu, la vis rotative longitudinale (42) étant animée d'un mouvement de rotation continue 9 - Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce l'orifice d'alimentation (3) de la chaudière (1) est surmonté d'un ccm- partirent de stockage (26) muni d'un détecteur de niveau de combustible (27), le détecteur commandant les moyens d'entrainement (41, 43) des vis rotatives (40, 42) pour produire leur rotation lorsque le niveau de combustible atteint un seuil inférieur prédéterminé et arrêter leur rotation lorsque le niveau atteint un seuil supérieur prédéterminé. 10 - - Chaudière selon la revendication 9, caractérisée en ce que le compartiment de stockage (28) est séparé de l'orifice dlalimenta- tion (3) par une porte de séparation coulissante actionnée par un vérin (28)o