Brevet FR2581735A1 — publié le 19861114

La présente invention concerne les appareils de chauffage tels que chaudière pour installation de chauffage central poeles, et analogues, utilisant un combustible solide, par exemple bois ou charbon. D'une manière générale, les appareils de chauffage du genre ci-dessus, dégagent des fumées dans lesquelles des particules ne sont pas entièrement brûlées ; il en résulte une pollution importante de l'environnement avec les conséquences néfastes bien connues. La présente invention a essentiellement pour objet un dispositif de réalisation simple et d'un cotit raisonnable qui, est apte à réduire, voire supprimer, la pollution par une combustion notablement améliorée dans l'appareil de diauffage Un appareil de chauffage selon l'invention, par exemple une chaudière pour une installation de chauffage central, la chaudière fonctionnant avec un combustible solide et comprenant de manière usuelle, un foyer avec une porte de chargement, une grille au-dessus d'un cendrier, ainsi qu'une botte à fumées et un extracteur, une telle chaudière étant caractérisée en ce que, vers sa base, sur un côté latéral, le foyer communique à travers un conduit brûleur, avec une chambre de combustion et de détente, qui est située en amont d' un échangeur de chaleur lui-même en amont, de la botte à fumées soumise à l'action de l'extracteur connu en soi, ces dispositions étant ménagées en association avec un circuit d'air de combustion primaire et secondaire. Suivant une forme de réalisation préférée le conduit brûleur forme globalement un tunnel avec une face latérale qui s'étend le long d'un côté du foyer, et présente une première série de passages, tandis qu'une face supérieure présente, une seconde série de passages, ces deux séries de passages permettant l'admission, à l'intérieur du conduit brûleur d'une part, d'un mélange fumées gaz, et, d'autre part, d'un air secondaire surchauffé. Suivant une disposition préférentielle, le foyer est formé par une enceinte globalement parallélépipédique à axe vertical qui est située immédiatement derrière la paroi de façade de la chaudière ; le conduit brûleur précité longe latéralement une zone inférieure du foyer avec lequel il est en communication, et il débouche par une extrémité ouverte tangentiellement dans la chambre de combustion et de détente à section circulaire et axe vertical, qui s'étend d'un fond inférieur de la chaudière vers le haut. La chambre précitée est aménagée au voisinage de la paroi verticale de fond de la chaudière ; elle est surmontée par l'échangeur de chaleur, connu en soi, ayant par exemple un faisceau de tubes pouvant etre horizontaux ou verticaux. Au cours d'essais effectués en laboratoire, il a été constaté que les dispositions ci-dessus permettent non seulement de réduire considérablement, voire de supprimer la pollution de l'atmosphère étant donné que les gaz rejetés par la chaudière sont pratiquement neutres, mais aussi d r obtenir une chaudière de réalisation simple etcompacte,avecun cotit raisonnable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre don-. née à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective schématique situant les éléments principaux d'un appareil de chauffage tel qu'une chaudière pour installation de chauffage central équipée conformément à la présente invention ; la figure 2 est une vue en élévation coupe selon un plan passant par la ligne Il-Il de la figure 1, juste derrière la paroi de façade de la chaudière la figure 3 est une vue en élévation coupe selon un plan passant par la l-igne III-III de la figure 2, juste derrière une paroi de coté la figure 4 est une vue en coupe horizontale de la chaudière selon un plan passant par la ligne IV-IV de la figure 3. la figure 5 montre en perspective le conduit brûleur mettant en communication la base de la réserve de combustible avec la chambre de combustion et de détente ; la figure 6 est une vue en coupe transversale et à échelle agrandie du conduit brûleur selon l'encart indiqué par VI à la figure 2 la figure 7 est une vue en coupe transversale d'une variante de réalisation du conduit bruleur ; la figure 8 est une vue en coupe horizontale d'une variante de réalisation de la chambre de combustion et de détente ; la figure 9 est une vue en perspective schématique montrant le circuit d'air primaire. Suivant une forme de réalisation choisie et représentée aux figures, le dispositif selon l'invention est incorporé à une chaudière notamment destinée à une installation de chauffage central. Une telle chaudière comprend essentiellement, dans un habillage convenablement calorifugé 10 (figure 1 à 3 en particulier) un foyer 11 ; suivant l'invention, le foyer 11 communique latéralement vers sa base avec un conduit bru- leur 12, débouchant par une extrémité dans une chambre de combustion et de détente 13, qui est située en amont d'un échangeur de chaleur 14, connu en soi, lui-même placé en amont d'une boite à fumées 15 communiquant avec un extracteur 16 (également connu en soi). Le foyer 11 est formé par une enceinte d'axe vertical, globalement parallélépipédique ; elle s'étend depuis une grille inférieure 20 jusqu'au voisinage du dessus 21 de 1' habillage en étant obturée en partie haute par un caisson 22 plat et horizontal. Un espace E est ménagé pratiquement tout autour du foyer et cet espace est alimenté en air primaire au moyen d'ouies 25 ménagées dans l'habillage. Une porte 26 pivotante est prévue en partie supérieure de la chaudière pour le chargement d'un combustible solide. Dans sa partie inférieure, une face latérale du foyer est en communication avec le conduit brûleur 12 qui, tel que représenté en particulier aux figures 5 et 6, présente une forme en tunnel avec une face 30 dans laquelle est ménagée une première série de passages 31, et une autre face comportant un pan incliné 32 avec une seconde série de passages 33. Suivant la forme de réalisation illustrée, le conduit bruleur 12 est réalisé par exemple en fibre réfractaire, ou encore en acier inoxydable de faible épaisseur ; il comprend deux éléments à savoir un élément plan formant la face 30 précitée, et un second élément plié et conformé pour etre encastré en partie basse de la chaudière et constituer le pan incliné 32, toutes les parties du conduit bradeur 12, à 1' exception bien entendu des faces 30, 32, étant fortement calorifugées sur l'extérieur. Le conduit brûleur longe donc une face latérale inférieure du foyer avec lequel il est en communication par la pre mière série de passages 31, tandis que le pan incliné 32 est en communication avec une arrivée d'air secondaire surchauffé ainsi qu'on le verra plus loin. La figure 7 montre une variante de réalisation d'un conduit brûleur 12; selon cet exemple le conduit brûleur indiqué ici par 12A comprend un premier élément 35 qui, globalement parallélépipédique, en section transversale, présente une face verticale communiquant avec le foyer à l'aide d'une première série de passages 35A en correspondance avec des passages 36 ménagés dans une plaque de protection 36. tandis qu' une face horizontale supérieure comporte une seconde série de passages 37A. La figure 8 montre encore une autre variante de réalisation d'un conduit brûleur 12 qui, dans ce cas, présente en section transversale un corps monobloc 40 avec une paroi intérieure cylindrique de révolution 41. Une plaque de protection 42 est disposée dans le foyer, et celle-ci comporte des passages 42A en correspondance avec une première série de passages 4QA d'axes horizontaux ddbou- chant dans la paroi cylindrique de révolution 41, tandis qu' une seconde série de passages 40B sont ménagés en partie supérieure du conduit bruleur. On observe que dans toutes les formes d'exécution du conduit bradeur 12,l'orientation de la première série de passages (c'est-à-dire ceux ménagés dans la paroi verticale) par rapport à la seconde série de passages (ceux ménagés en partie supérieure du conduit bradeur) sont orientés sensiblement perpendiculairement les uns par rapport aux autres. Les conduits en cause sont fortement isolés sur la plus grande partie de leur- périphérie. Le conduit brûleur 12, débouche par son extrémité dite arrière, (celle qui est la plus éloignée de la façade de la chaudière) dans la chambre de combustion et de détente 13. La chambre de combustion et de détente (figures 3 et 4 en particulier) précitée s'étend suivant un axe vertical X-X derrière le foyer 11, elle présente une paroi interne 13A cylindrique de révolution, en sorte que l'axe longitudinal X', X' du conduit brûleur 12, débouche dans cette chambre sensiblement tangentiellement. Au-dessus de la chambre de'combustjon et de détente précitée est disposé l'échangeur de chaleur 14 à faisceau tubulaire connu en soi qui est lui-meme surmonté de la botte à fumées 15 comportant un orifice d'évacuation des gaz 50 raccordé à l'extracteur 16. En association avec les dispositions ci-dessus décrites, le dispositif selon l'invention et la chaudière qui en est équipée comprend un circuit d'air primaire et un circuit d' air secondaire. L'air primaire est admis autour du foyer 11 par les ouies 25 ; réchauffé au contact des parois-du foyer 11, l'air primaire suit un parcours ascendant (flèche F) et pénètre par 1' arrière du caisson supérieur 22 auquel est connectée l'extré- mité supérieure d'un conduit 60, qui descend sensiblement verticalement le long du foyer 11, pour aboutir, par son autre extrémité, au voisinage, d'une part, d'un autre conduit horizontal 61, et, d'autre part, un peu au-dessus de la seconde série de passages 33 ménagés dans le pan incliné 32 du conduit brûleur 12; cet autre conduit horizontal 61 s'étend en façade du foyer, et, par un coude 62 débouche en 63 à la base de ce dernier un peu au-dessus de la grille 20. Par ailleurs, au-dessus du caisson 22 constituant une gaine de circulation d'air il est prévu un autre caisson 70 horizontal, ayant une partie terminale dite antérieure surplombant la porte de chargement 26 ; cette partie terminale comporte une ouverture longitudinale 71 susceptible d'être obturée par un volet 72 manoeuvrable en fermeture par un taquet 73 lorsque la porte de chargement est refermée, et, inversement en ouverture lors de l'ouverture de ladite porte de chargement 26. Le caisson 70 s'étend horizontalement depuis la façade de la chaudière jusqu'à la botte à fumées 15 dans lequel il débouche, et son rôle consiste à aspirer par son ouverture 71 les fumées qui seraient susceptibles de sortir lors de l'ouverture de la porte de chargement 26 ; l'ouverture en cause 71 est automatiquement dégagée lorsque le volet 72 est libéré par le taquet 75 solidaire de la porte de chargement, lorsque cette dernière est manoeuvrée en ouverture. Inversement 1' ouverture 71 est à nouveau automatiquement obturée lors de la fermeture de la porte de chargement. L'qspiration des fumées étant obtenue du fait que la bot- te à fumées 15 est soumise à l'influence de l'extracteur 16. Sur le trajet du conduit 60, il est prévu, dans la zone de raccordement avec la sortie du caisson 22, un volet 80 adapté à basculer en ouverture lors de la mise en route de la chaudière. il est aussi prévu sensiblement à mi-hauteur du dit conduit 60, une pluralité d'ouvertures 81 aptes à mettre en communication le conduit avec l'intérieur du foyer lorsqu'un volet pivotant associé 82 est ouvert, ou qui sont masquées lorsque ledit volet pivotant 82 est fermé. En fonctionnement, les gaz et fumées délivrés par la combustion des produits combustibles solides pénêtrent dans le conduit brûleur 12 en étant mélangés à la flamme de combustion venant du foyer; ils sont mélangés dans ledit conduit brûleur à l'air secondaire surchauffé amené grace à la deuxième série de passages 33 ménagée dans le pan coupé 32 en oblique du conduit brûleur 12. I1 en est de même si la chaudière est équipée de l'un quelconque des conduits brûleurs 12A oul2B. Dans ce conduit brtleur, les gaz et fumées sont enflammés au contact de l'air secondaire surchauffé chargé en oxygène, et porté à haute température le conduit brtleur 12 étant fortement calorifugé ainsi qu'il a été dit plus avant. On observe que la position des première et seconde séries de passages que comporte le conduit bradeur 12 sont adaptés à assurer des turbulences ou tourbillons du mélange fumées gaz à l'intérieur du conduit brûleur. Ces turbulences en tourbillon sont provoquées notamment par la vitesse de pénétration des gaz et des fumées di 1'in- térieur du conduit brûleur qui subissent en outre l'influence de l'extracteur 16. I;e mouvement tourbillonnaire des gaz et fumées à 1' intérieur du conduit brûleur conduit à un entratnement en spirale qui fait coller la flamme -ssJavitesse centrifuge sur les parois surchauffées du conduit brûleur, les températures relevées sur ces parois étant voisines de 1.000 degrés centigrades. Le mélange gaz, fumées, air secondaire, surchauffé est dirigé vers la chambre de combustion et de détente 13, elle aussi fortement calorifugée, et d'un volume suffisamment grand pour ralentir la vitesse de la combustion et permettre l'expansion du mélange qui continue de brûler et qui augmente de volume au fur et à mesure qu'il brule par montée en température. Ainsi traités, d'abord dans le conduit brûleur 12, puis dans la chambre de combustion et de détente 13, les gaz et fumées issus du foyer 11, sont transformés en gaz neutre avant passage dans l'échangeur de chaleur 14 et de là vers la botte à fumées 15. 0:l a constaté à la suite de nombreuses expériences, et contrôles que les gaz extraits d'une chaudière équipée avec un dispositif selon l'invention étaient pratiquement neutres, étant donné que les particules incluses au mélange sortant du foyer sont entièrement brûlées. On notera de plus que lors d'une ouverture de la porte de chargement 16 les gaz accumulés dans le foyer 11 s'enflamment brutalement et peuvent provoquer un puissant retour de flamme non sans danger. Afin d'éviter un tel inconvénient, le volet 82 est placé sur le conduit 60, en amont de la distribution de l'air primaire 63 dans le foyer et de l'air secondaire dans le conduit brûleur 12. Un tel volet (82) estmis en position d'ouverture tel que représenté à la figure 2 avant d'ouvrir la porte de changement 26, afin de faire pénétrer à l'intérieur du foyer 11 une certaine quantité d'air surchauffé, et d'éviter ainsi tout retour de flamme. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à la forme d'exécution choisie et représentée, laquelle peut au contraire faire l'objet de modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que les dispositions selon l'invention ont été appliquées à une chaudière destinée à une installation de chauffage central, mais il va de soi que tout appareil de chauffage utilisant un combustible solide, pourrait entre aménagé avec des dispositions analogues à celles,décrites ci-dessus, conduit brûleur en communication avec la base de foyer, avec une amenée d'air surchauffé, et ayant un orifice d'extrémité débouchant dans une chambre de combustion et de détente placée en amont d'un échangeur de chaleur REVENDICATIONS 1. Appareil de chauffage, fonctionnant avec un combustible solide, bois, charbon, ou autres, par exemple chaudière pour installation de chauffage central, comprenant de manière usuelle, un foyer avec une porte pour son chargement en combustible solide, une grille située au-dessus d'un cendrier, un échangeur de chaleur, une botte à fumées, et un extracteur, caractérisé en ce que, vers sa base, sur un côté latéral, le foyer (11) communique à travers un conduit brAleur (12), avec une chambre de combustion et de détente (13) située en amont d'un bloc échangeur de chaleur (14), lui-mame en amont de la boite à fumées (15), ledit appareil comportant en outre un circuit d'air primaire (22, 60 à 63) et secondaire (33,37A, 40B) pour la combustion. 2. Appareil de chauffage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le condluit brAleur 3. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de combustion et de détente (13) présente une section transversale circulaire avec un axe s'étendant sur la verticale. 4. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une extrémité du conduit brûleur (12) est fermée par contact avec une paroi de l'appareil, tandis que l'autre extrémité débouche tangentiellement dans ladite chambre de combustion et de détente (13). 5. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit brûleur (12) forme un élément (35) globalement parallélépipédique avec un sommet tronqué constituant un pan oblique (32), l'une des grandes faces latérales (30) comprenant la première série de passages (31), et le pan oblique (32) la seconde série des passages (33). 6. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit brûleur (12A) forme un élément de forme parallélépipédique (35) avec une grande face latérale comportant la première série de passages (35A) et une petite face supérieure comportant la seconde série de passages (37). 7. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit brûleur (12B) forme un élément monobloc (40) avec une paroi intérieure (41) ayant en section droite une forme circulaire de révolution, les première et seconde séries de passages (40A, 40B). 8. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit brûleur (12, 12A, 12B), de préférence en ttle inoxydable réfractaire, est recouvert d'un calorifuge approprié, en dehors des séries de passages qu'il comporte. 9. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les passages de la première série (31, 35A, 40A), et les passages de-la seconde série (33, 37A, 40B) présentent des axes formant un angle égal ou inférieur à 900. 10. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie supérieure du foyer est fermée par un caisson (22) s'étendant de l'avant vers l'arrière, ce dit caisson constituant une gaine d'amenée d'air primaire et secondaire. 11. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le foyer (11) est alimenté en air primaire surchauffé à l'aide de conduits (60 à 63) disposés dans un espace (E) ménagé entre ledit foyer et l'habillage de la chaudière. 12. Appareil de chauffage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que loeconduits (60, à 63) sont extérieurs au foyer (11) et longent celui-ci. 13. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 5, 6, caractérisé en ce que l'un des conduits (60 à 63), en l'espèce le conduit (60) longe le foyer du haut en bas et est adapté à alimenter en air surchauffé la seconde série de passages (33, 37A, 40B) du conduit bruleur (12, 12A, 12B). 14. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boite à fumées (15), la chambre de combustion et de détente (14), le conduit brûleur (12, 12A, 12EN), et, partant le foyer (11), sont soumis en chaNne à l'action du dispositif extracteur (14). 15. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (14), surplombe la.chambre de combustion et de détente (13!. 16. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la botte à fumées (15) située en aval de l'échangeur de chaleur (14) est en commnnication avec l'extérieur d'une part, au moyen de 1' extracteur (16) et, d'autre part, au travers d'un caisson (70) ayant un volet (72) manoeuvrable en ouverturé fermeture par la porte de chargement (26). 17. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque'des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de combustion et de détente (13), l'échanaeur de chaleur (14), et la botte à fumées (15) sont superposés et situés derrière le foyer (11) en prenant pour référence la façade de la chaudière. 18. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les arrivées d'air primaire (25) sont prévues dans un carénage d'habillage de la chaudière sensiblement à un niveau situé en partie inférieure au foyer.