Brevet FR2551843A1 — publié le 19850315

? 5518153 DISPOSITIF D'ALIMENTATION AUTOMATIOUE DE CHAUDIERE EN COMBUSTIBLE SOLIDE NOTAMMENT DU BOIS EN BUCHES La présente invention se rapporte à une installation destinée à effectuer le chargement automatique d'une chaudière à usage domestique ou non, en combustible solide et, en particulier, en bûches de bois. Le bois en France est un des combustibles des moins coûteux, surtout dans les zones rurales, de surcroît boisées. Cependant, l'utilisation du bois comme moyen de chauffage est assez contraignante du fait de l'obligation de recharger régulièrement,à des fréquences relativement élevées, 10 la chaudière en combustible. Le but de l'invention est précisément de pallier ces inconvénients en proposant un système de chargement automatique de chaudière en combustible solide,et notamment en bûches de bois, capable d'assurer l'entretien continu de la 15 combustion dans la chaudière et donc son fonctionnement continu sans aucune intervention humaine. Le but de l'invention est également de proposer une telle installation qui soit capable à distance d'allumer une telle chaudière ou de la relancer en cas d'extinction et de 20 manière totalement automatique également. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation automatique de chaudière en combustible solide, notamment du bois en bûches, caractérisé en ce qu'il comprend: un chargeur comportant des moyens de réception d'une 25 dose de combustible à introduire dans la chaudière et mobile entre un point de chargement de ladite dose et un point de déversement à l'intérieur du foyer de la chaudière, des moyens pour déplacer ledit chargeur entre les deux points extrêmes susdits, des moyens pour commander l'ouverturc de la porte d'accès au foyer de la chaudière pour permettre l'introduction dudit chargeur, des moyens pour commander le déversemrent du combustible dans le foyer en fin de course du chargeur, et des moyens pour détecter l'état de combustioh au droit de la grille de la chaudière et pour commander lesdits 10 moyens de déplacement du chargeur. Avantageusement, l'installation comporte, en outre, un dispositif de stockage des doses de combustible susceptible de délivrer par un orifice disposé à l'aplomb dudit chargeur en position de chargement, lesdites doses de combustible,une 15 à une. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de réalisation du dispositif selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels: Figure 1 représente une vue schématique en élévation latérale d'un dispositif de chargement conforme à l'invention, Figure 2 représente le dispositif de la Figure 1 avec le chariot de chargement en position de dépose des bûches à 25 l'intérieur de la chaudière, Figure 3 représente une vue de droite du dispositif de la figure 1, Figure 4 représente une vue de dessus du chariot de chargement, Figure 5 représente une vue en bout du chariot de chargement, Figures 6 et 7 représentent respectivement une vue de dessus et une vue latérale du dispositif d'allumage disposé à l'intérieur de la chaudière, Figure 8 illustre une variante de réalisation du dispositif de détection du manque de combustible dans la chaudière, Figures 9 et 10 illustrent une variante du mode de commande de la porte du foyer de la chaudière, dans ses deux positions extrêmes de fermeture et d'ouverture res- pectivement, Figure 11 illustre une variante de réalisation du moyen de stockage des bûches et du chariot de chargement, Figure 12 illustre une variante du dispositif de la figu5 re 11, et Figure 13 représente schématiquement une variante de réalisation du chariot de chargement de la figure 11. Le dispositif représenté sur les figures 1 à 10 comprend une chaudière de chauffage central à bois 1, domes10 tique ou semi-industrielle, de conception classique et capable de brûler des bûches 2 déposées sur une grille 3 après introduction par une porte 4 d'accès au foyer de la chaudière. Conformément à l'invention,il est prévu un stockeur de bûches 2 symbolisé en 5 et un système de chargement des bûches comprenant un chariot de chargement ou chargeur 6 mobile à va et vient entre l'orifice de déversement du stockeur et l'intérieur de la chaudière 1. Dans le mode de réalisation représenté, le stockeur (figure 3) est constitué d'un convoyeur sans fin 7 incliné 20 monté dans un carter 8 comportant à son extrémité inférieure un orifice 9 de déversement des bûches 2 dans le chargeur 6, et une trappe 10 de chargement manuel du convoyeur 7. Le convoyeur 7 passe sur deux axes horizontaux symbolisés en 11 et est entraîné en rotation par un moteur 12 25 et une chaîne 13. La bande transporteuse 14-du convoyeur est munie de cloisons séparatrices rigides 15 délimitant des compartiments recevant les bûches 2. A l'extrémité inférieure du stockeur 5 du côté brin 30 de retour du convoyeur (dans le sens normal 16 de déversement. des bûches) est prévu un détecteur 17 de cloison 15 Le sens inverse 18 du convoyeur est celui du remplissage du stockeur en bûches comme on le verra plus loin. Le chargeur 6 comporte deux volets symétriques 19 35 incurvés de manière à former une auge (figure 5) dans la position de transport des bûches. Les volets 19 sont articulés sur deux axes parallèles 20 tourillonnant dans des paliers 21 portés par un bâti 22 monté sur des roulettes 23 susceptibles de se déplacer sur deux rails horizontaux parallèles 24 Ces derniers sont - 51 i 2551845 disposés dans l'axe de la porte 4 de la chaudière et à l'aplomb de l'orifice de déchargement des bûches du stockeur 5 et sont, par exemple, fixés à la chaudière 1 à une extrémité et portés par des montants 25 à l'autre extrémité. Le déplacement du chargeur 6 est réalisé partir d'un moteur électrique 26 entrainant une chaine sans fin 27 ou analogue,entraînant elle-même le bâti 22 du chargeur. Des détecteurs de fin de course 28 à micro-interrupteurs sont fixés (de manière réglable) à chaque extrémité du 10 chemin de roulement ( 24) et délimitent les positions extrêmes du chargeur 6 en arrêtant le moteur 26 Ces détecteurs 28 coopèrent avec le bâti 22 du chargeur. Le chargeur 6 est muni d'un bras horizontal 29 de commande d'ouverture de la porte 4 de la chaudière Ce bras 15 est,comme les volets 19,disposé en porte-à-faux sur le bâti 22 en direction de la chaudière. Le bras 29 est susceptible d'agir sur un bras de levier 30 articulé sur un axe horizontal 31 maintenu immobile à l'extrémité supérieure d'un montant 32 fixé aux rails 24. 20 Le levier 30 agit par une bielle 33 sur la porte 4 articulée en 34. L'extrémité du levier 30 est munie d'une roulette susceptible de rouler sur la face supérieure du bras 29 (figure 2). L'ouverture de l'auge ou panier formé par les volets 19 en vue de déposer leur chargement s'opère à l'aide d'un levier 36 articulé sur le bâti du chargeur 6 et susceptible de coopérer avec une butée fixe 37 portée par les rails 24. Le levier 36 est solidaire d'une tige 38 munie à son extrémité d'une palette 39 servant de verrou à deux bras de blocage des axes 20 des volets 19. Les bras 40 sont rappelés dans leur position normale horizontale (figure 5) par des ressorts 41. Le bras 36 et la palette de verrouillage 39 sont rappelés dans leur position normale (figure 4) par un ressort 42. La chaudière 1 est équipée conformément à l'invention d'un système de détection de fin de combustible constitué par un montage mobile verticalement de la grille 3, la40 quelle comporte un système à ressort 43 agissant à l'encontre 25518 43 du poids des bûches 2 sur la grille,en sorte qu'au fur et à mesure que les bûches se consument le poids exercé sur la grille 3 diminue et la grille remonte sous l'action des ressorts 43 jusquà déclencher un détecteur 44 Ce dernier est disposé à l'extérieur de la chaudière et sollicité par un levier 45 solidaire de la grille 3. On a représenté, enfin,en 46 (figure 1) le conduit des fumées, en 47 le thermostat de température de la chaudière et en 48 un interrupteur à pied de commande de marche 10 arrière du stockeur 5. Les figures 6 et 7 représentent un mode de réalisation d'un système d'allumage automatique de la chaudière susceptible d'équiper en complément l'installation de la figure 1 Sur ces figures on a représenté en 49 la porte 15 d'accès au décendrage de la chaudière Au droit de cette porte, à l'intérieur de la chaudière,est disposée une cuillère horizontale 50 perforée à son extrémité et recevant un. bloc combustible 51 (par exemple un allume-barbecue) A l'intérieur de la partie tubulaire 52 de la cuillère sont placées 20 des électrodes 53 d'allumage reliées à un dispositif d'alimentation et de commande approprié (non représenté). Sur la figure 8 on a schématisé l'implantation dans la chaudière de la cuillère 50 sous la grille 3 et au dessus du volet d'air 54 de la porte de décendrage. Cette même figure 8 illustre une variante de réalisation des moyens de détection du manque de combustible dans la chaudière Suivant cette variante, la grille 3 est toujours montée mobile verticalement ou plutôt pivotante vers l'avant, mais elle entraîne ici un système de contre-poids 55 30 fixé (extérieurement à la chaudière) à l'extrémité d'un levier 56 articulé sur un axe fixe 57 La liaison entre le levier 56 et la grille 3 se fait par une bielle 57. Un détecteur à micro-interrupteur 58 est chargé de détecter la position de relèvement maximal de la grille 3 35 par suite de manque de combustible. Ce détecteur 58, de même que le détecteur 44 de la figure 1, est relié au moteur 12 du stockeur 5, cependant que le détecteur 17 du stockeur est relié au moteur 26 du chargeur 6. Le fonctionnement de l'installation décrite ci- dessus est le suivant. Lorsque la chaudière est en fonctionnement le stockeur 5 est dans la position de la figure 3 et le chargeur 6 dans celle de la figure 1. Dès que le manque de combustible se fait sentir, par relèvement de la grille 3 sous l'action,soit des ressorts 43, soit du contre-poids 55, le détecteur 44 (ou 58) commande la mise en route du moteur 12 du stockeur 5 Le convoyeur 14 se déplace dans le sens 16 et déverse dans le chargeur 6 les 10 bûches contenues dans le premier compartiment qui se présente. Le convoyeur s'arrête dès que la cloison de tête de ce compartiment atteint le détecteur 17,en sorte qu'un seul compartiment est vidé. Le détecteur 17 commande la mise en route du moteur 15 26 Le chargeur 6 plein se dirige vers la porte 4 qu'il ouvre grâce au système de bras et leviers 29-30-33 La porte 4 se relève et permet l'entrée du chargeur jusque dans sa position extrême d'introduction (figure 2) dans la chaudière. L'arrêt du chargeur est commandé par le détecteur 20 28, côté chaudière. Juste avant l'atteinte de ce détecteur 28, la butée 37 a fait pivoter le levier 36 Ce dernier dégage la palette 39, libère les bras de blocage 40 et autorise le basculement des volets 19 sous le poids des bûches 2 et donc la chute de 25 ces dernières sur la grille 3 qui se trouve en dessous. Les volets-19 reviennent immédiatement en position repliée (figure 5) et le moteur 26 est remis automatiquement en route mais en marche arrière après une certaine temporisation après son arrêt par le détecteur 44. En fin de course retour du chargeur 6, le détecteur 28 arrête le moteur 26. Un tel cycle de rechargement se reproduira automatiquement à chaque fois que le détecteur 44 ou 58 détectera un manque de combustible. Le chargement du stockeur 5 se fait manuellement en ouvrant la trappe 10 et en actionnant par l'interrupteur à pied 48, le moteur 12 dans le sens 18 pour amener successivement les compartiments vides devant l'orifice de chargement. Les figures 9 et 10 représentent une structure de 40 porte de foyer 58 du type battant avec contre-poids 60 exté- rieur Ce type de porte peut être substitué au type représenté sur la figure 1 La porte 59 est alors simplement poussée par le bras 29 du chargeur 6 lorsque celui-ci penètre dans la chaudière. Dans la variante des figures 11 et 12, le stockeur ' est du type revolver, c'est-à-dire constitué par un magasin circulaire d'axe 61 horizontal Les différents compartiments 62 à bûches 2 sont délimités entre un tambour rotatif 63, des cloisons rayonnantes 64 solidaires du tambour et un carter 10 cylindrique enveloppant fixe 65. L'axe 61 est disposé orthogonalement à l'axe de déplacement du chargeur 6 ' en direction du foyer de la chaudière. La structure du chargeur est donc modifiée Les bûches 2 sont reçues sur le chargeur dans un récipient 66 en forme d'auge 15 d'axe parallèle à l'axe 61 et monté pivotant sur le bâti du chargeur 6 ' autour d'un axe 67, un ressort de rappel 68 ramenant l'auge 66 en position normale (figure 11) L'auge 66 est verrouillée dans cette dernière position par un système de crochets 69 déverrouillé par un levier 70 solidaire dudit 20 levier articulé 36. Le tambour 63 est entraîné à partir d'un moteur 71 dans un sens 72 pour l'alimentation du chargeur 6 ' et dans l'autre sens 73 pour son propre réapprovisionnement en bûches. Le moteur 71 est commandé dans le sens du réappro25 visionnement par l'interrupteur a pied 48 et dans l'autre sens 72 par le détecteur 44 ou 58 de l'installation. Un détecteur 74 de position de compartiment 62 est prévu sur le carter 65 immédiatement en amont de l'orifice 75 de déversement dans le chargeur 6 ' (figure 12) lors du charge30 ment manuel du stockeur 5 ' Ce dernier peut se charger soit latéralement par une trappe latérale 77 dans le carter 65 (chargement en façade) soit radialement par un ou plusieurs systèmes à orifice et trappe mobile 78. Le chargeur 6 ' est également muni (figure 13) du bras de commande d'ouverture de la porte du foyer de la chaudière. L'installation selon l'invention automatise intégralement la conduite de la chaudière qui demande elle-même le combustible nécessaire au moment voulu Il est à noter 40 que la prévision du dispositif d'allumage (figures 6-7) permet de faire démarrer la chaudière sans intervention humaine,par programmation ou par téléphone par exemple. La course de la grille 3 peut bien entendu être réglée afin d'adapter l'allure de chauffe de la chaudière selon les saisons ou les besoins En réglant cette course, on pourra solliciter le détecteur 44 (ou 58) suivant différents poids de-la grille c'est-à-dire différents stades'de fin de combustion, plus ou moins avancés. Le chargeur 6 permet de soutenir un haut régime 10 de combustion par temps froid (hiver) ou de maintenir une petite combustion par temps doux (automne et printemps) juste pour éviter l'extinction. Le réglage d'autorisation de chargement par temps froid est moins fin, c'est-à-dire que l'on refait un charge15 ment dès la fin de la première phase de combustion, avant l'état de braise. Après cette phase, la forte demande de l'installation a tendance-à ne plus être satisfaite, le volet d'air 54 s'ouvre alors qu'il faut beaucoup moins d'oxygène pour finir 20 une combustion de braise (deuxième phase de combustion) Le phénomène de rinçage à l'air commence. Par contre, par temps doux, comme la demande de l'installation est faible, le volet 54 ayant tendance à la fermeture constante, on attend la fin de la deuxième phase 25 de combustion (léger lit de braises) pour autoriser un chargement. Comme il a fallu assez longtemps pour arriver à cet état, avec le volet fermé l'installation fait une douce demande,levolet a tendance à s'ouvrir et coïncide avec un pe30 tit chargement (une bûche par exemple), ce qui permet de faire une bonne première phase de combustion, à oxygénation normale. D'un point de vue général, la chaudière ne fonctionne jamais comme un gazogène, le volet d'oxygénation de la combustion est toujours plus ou moins ouvert au moment 35 voulu Le bois peut brûler dans les meilleures conditions; il n'y a pas de gaz imbrûlé. La température de combustion est plus élevée, ce qui permet de brûler lesgoudrons contenus dans les gaz de combustion. Le chargeur automatique 6 évite la sortie des fumées -9 par la porte de chargement 4 car le remplissage du foyer se fait toujours en fin de première phase de combustion Le dégagement de fumée est faible et le tirage est à son point fort. Le chargement automatique évite le décendrage manuel. Les bûches viennent tomber en bloc sur la grille en suspension, ressort ou contrepoids Celle-ci, étant à sa position haute pour autoriser le chargement, vient heurter la butée basse à plusieurs reprises par effet de rebondissement. La capacité du stockeur 5,5 ' est calculée pour une autonomie de plusieurs jours. Le chargeur 6 peut utiliser des bûches de toutes formes de 0,50 m de long pour petites et moyennes installations et de 1 m pour grosse installation. L'ensemble chargeur-stockeur prend relativement peu de surface au sol et peut s'adapter à des chaudières existantes dont il n'y aura qu'à changer la porte d'accès au foyer et adapter la grille de combustion. Suivant un autre avantage du dispositif de l'inven20 tion aucun risque d'incendie n'est à craindre en cas de panne électrique ou mécanique; la chaudière n'étant pas solidaire du chargeur et du stockeur de combustible, la propagation du feu est nulle. Suivant encore un autre avantage, la chaudière de l'installation suivant l'invention ne peut s'emballer car elle n'est alimentée en combustible que dose après dose, chaque dose étant limitée et remplacée par la suivante qu'à la fin de sa combustion et si un emballement survenait malgré tout il serait très court et ne serait pas alimenté par la dose de 30 combustible suivante car l'installation est avantageusement munie d'un thermostat stoppant provisoirement le rechargement de la chaudière en cas de dépassement par la température de l'eau de la chaudière d'un seuil limite,par exemple 80 C. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes 35 de réalisation représentés et décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les structure et agencement du chargeur 6 et de ses moyens de commande, guidage et contrôle, du stockeur 5 et des moyens de déclenchement du dispositif par détection de l'état de combustion sur la grille, ces différents dispositifs ou sous-ensembles pouvant être réalisés par d'autres moyens dans la mesure o ils réalisent les mêmes fonctions. Enfin, l'invention peut s'appliquer au chargement de combustibles solides autres que le bois, tel que du char5 bon, ou au chargement de combustibles pulvérulents (charbon, copeaux,-sciures, etc). R E V E N D ICATIONS 1 Dispositif d'alimentation automatique de chaudière en combustible solide, notamment du bois en'bûches, caractérisé en ce-qu'il comprend: un chargeur ( 6,6 ') comportant des moyens ( 19,66) de réception d'une dose de combustible ( 2) à introduire dans la chaudière ( 1) et mobile entre un point de chargement de ladite dose et un point de déversement à l'intérieur du foyer de la chaudière, des moyens ( 24,26) pour déplacer ledit chargeur ( 6,6 ') 10 entre les deux points extrêmes susdits, des moyens ( 29,30) pour commander l'ouverture de la porte ( 4) d'accès au foyer de la chaudière pour permettre l'introduction dudit chargeur ( 6,6 '), des moyens ( 36,37) pour commander le déversement du 15 combustible ( 2) dans le foyer en fin de course du chargeur ( 6,6 '), et des moyens ( 44,58) pour détecter l'état de la combustion au droit de la grille ( 3) de la chaudière etÀ pour commander lesdits moyens de déplacement du char20 geur ( 6,6 '). 2 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un dispositif ( 5,5 ') de stockage des doses de combustible ( 2) susceptible de délivrer par un orifice ( 9, 75) disposé à l'aplomb dudit chargeur ( 6,6 '). 25 en position de chargement, lesdites doses de combustible,une a une. 3 Dispositif suivant la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce que ledit chargeur ( 6,6 ') est constitué par un chariot mobile à va-et-vient par l'intermédiaire d'un mo: 30 teur ( 26) et d'un entraînement par chaîne sans fin ( 27) sur des rails horizontaux ( 24), ledit chariot comportant une partie en porte-à-faux supportant lesdits moyens ( 19,66) de réception du combustible et dirigée vers la porte ( 4) du foyer, dans l'axe de l'orifice d'accès, des détecteurs de fin de course ( 28) reliés audit moteur ( 26) délimitant la course du chariot. 4 Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de réception du combustible sur le chargeur ( 6) sont constitués par deux volets ( 19) symétriques incurvés en auge et montés escamotables. 5 Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de réception du combustible sur lechargeur ( 6 ') sont constitués par un réceptacle en forme d'auge ( 66) disposé orthogonalement au sens de déplacement du chargeur et monté basculant. 6 Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits éléments mobiles ( 19,66) du chargeur ( 6,6 ') sont commandés par des moyens ( 36,37,39,40,69,70) mis en action en fin de course du chargeur en direction de la chaudière. 7 Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens pour commander l'ouverture de la porte ( 4) de la chaudière sont constitués par un bras-poussoir ( 29) porté par le chargeur ( 6,6 ') et susceptible d'agir sur un système de leviers ( 30, 33) articulé sur 20 ladite porte ( 4). 8 Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens pour détecter l'état de la combustion au droit de la grille ( 3) de la-chaudière sont constitués par un montage mobile à ressort ( 43) ou contre25 poids ( 55) de rappel associé à un détecteur ( 44,568) de fin de course de déplacement de la grille relié aux moyens de commande ( 26) du déplacement du chargeur ( 6, 6 ') en direction du foyer de la chaudière. 9 Dispositif suivant la revendication 2, caracté30 risé en ce que le stockeur ( 5) est un convoyeur sans fin ( 14) à compartiments entraîné par un moteur ( 12) et enfermé dans un carter ( 8) muni à son extrémité inférieure d'un orifice ( 9) de déversement du contenu de chaque compartiment dans le chargeur ( 6,6 '), des moyens ( 17) étant prévus pour entraîner 35 pas-à-pas ledit convoyeur. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le stockeur ( 5 ') est un tambour rotatif ( 63) d'axe horizontal, pourvu de cloisons rayonnantes ( 64) délimitant à l'intérieur d'un carter cylindrique fixe ( 65) des com40 partiments ( 62) à combustible ( 2), ledit carter comportant un 1 3 2 2551843 orifice ( 76) de déchargement à sa partie inférieure et au moins un orifice de chargement ( 78) à sa partie supérieure, des moyens ( 74) étant prévus pour entraîner pas-à-pas ledit tambour à la manière d'un barillet. 11 Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un allumeur automatique à télécommande, constitué par un réceptacle ( 50) d'un bloc de combustible d'allumage ( 51) et un système d'électrodes d'allumage ( 53), l'ensemble étant disposé sous la 10 grille ( 3) de la chaudière.