Brevet FR2592463A1 — publié le 19870703

PROCEDE PERMETTANT L'AUTO-COMBUSTION DE GAZ IMBRULES SUR DES INSTALLATIONS DE CHAUFFAGE OU SIMILAIRES ET DISPOSI TIF PERMETTANT LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. La présente invention concerne un procédé permettant de provoquer l'auto-combustion de gaz imbrûlés sur des installations de chauffage ou similaires, telles que par exemple des installations comportant un foyer ouvert ou fermé et utilisant des combustibles solides (cheminée), voire même liquides (chaudière). Elle concerne également un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Dans la suite de la description, l'invention sera décrite plus particulièrement pour une installation de chauffage à foyer ouvert ou fermé, du type chéminée, utilisant pour son fonctionnement du bois ou autres combustibles solides. I1 est évident que cela n'est pas limitatif et que le procédé conforme à l'invention pourrait également être mis en oeuvre dans tout autre type d'installation où lors de la combustion, une certaine quantité de gaz nontrûlés sont évacués dans l'atmosphère. I1 est bien connu que le rendement des cheminées, qu'elles soient à foyer ouvert ou fermé, est très faible: - d'une part, par le fait qu'une très grande quantité de la chaleur est rejetée directement à l'extérieur, - et.d'autre part, il se produit lors de la combustion des gaz qui ne sont pas enflammés. Depuis très longtemps, on a proposé d'augmenter le rendement de tels appareils, soit en provoquant une circulation de l'air réchauffé dans l'enceinte de la cheminée, soit, éventuellement, en incorporant à ladite cheminée un échangeur de chaleur, constitué d'un circuit fermé à l'intérieur duquel circule un fluide (eau, par exemple), qui est donc réchauffé et peut servir pour une autre utilisation. Dans toutes les solutions proposées à ce jour, il y a cependant pratiquement toujours production d'une certaine quantité de gaz imbrûlés, qui sont rejetés dans l'atmosphère et qui ont par ailleurs tendance à provoquer un encrassement des conduits d'évacuation. Or, on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un procédé simple, efficace, qui permet d'améliorer dans de grandes proportions le rendement thermique de telles cheminées à combustibles solides, mais également diminuent fortement l'encrassement des conduits d'évacuation et par ailleurs évite pratiquement tout rejet de gaz imbrûlés dans l'atmosphère. D'une manière générale, l'invention concerne donc un procédé permettant de provoquer llauto-combustion des gaz imbrûlés sur des installations de chauffage ou similaires, du type comportant un foyer de combustion proprement dit et une conduite d'évacuation disposée audessus dudit foyer, le procédé selon l'invention se caractérisant par le fait que la flamme du foyer primaire provoque l'élévation de température d'un écran permettant le passage des gaz, ledit écran étant disposé au-dessus du foyer et en dessous du conduit d'évacuation, et provoquant du fait de cette élévation de température une inflammation du mélange gazeux imbrûlé. Dans la suite de la description, la zone où se produit l'auto-combustion des gaz imbrûlés sera désignée par l'expression foyer secondaire". Conformément à l'invention, afin de favoriser la production de l'auto-combustion des gaz imbrûlés dans le foyer secondaire, on maintiendra à l'intérieur de cette zone une pression légèrement inférieure à celle du foyer primaire. Une telle différence de pression peut être obtenue, soit par des moyens mécaniques, tels que ventilation forcée vers le conduit d'évacuation, mais de préférence, une telle dépression sera obtenue automatiquement en disposant, à l-'intérieur du foyer secondaire, un circuit d'échangeur thermique conventionnel, qui, par le simple fait de l'amenée d'un fluide froid à l'intérieur dudit foyer secondaire provoque automatiquement une diminution de la pression dans celui-ci. invention concerne également un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé précité, ce dispositif étant constitué par un ensemble adaptable au-dessus du foyer primaire proprement dit et en-dessous de la cheminée d'évacuation et comportant, d'une part, une plaque perforée en matériau réfractaire, acier inoxydable réfractaire ou céramique par exemple, ou à base de tout autre matériau susceptible de pouvoir être élevé à une température supérieure à la température d'inflammation des gaz non-brûlés dans le foyer primaire, et ce sous la simple action de la flamme produite à l'intérieur du foyer primaire. Par ailleurs, dans une forme préférentielle de réalisation, ledit ensemble comporte également un échangeur-condenseur de type connu permettant de récupérer l'énergie de combustion produite à l'intérieur du foyer secondaire. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique illustrant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention - les figures 2 et 3 sont respectivement des vues en perspective et en coupe transversale d'un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention sur une cheminée conventionnelle. Dans la suite de la description, le procédé selon l'invention et sa mise en oeuvre sur une cheminée conventionnelle seront décrits en parallèle pour éviter des répétitions inutiles, les mêmes références étant utilisées pour désigner les mêmes éléments. Par ailleurs, il convient de noter que la figure 2 illustre une application de l'invention permettant d'utiliser la cheminée avec un foyer ouvert, mais qui peut également être utilisée avec un foyer fermé, des caches latéraux et une porte de chargement, étant alors rapportée sur la péri- phérie ouverte de ladite cheminée. D'une manière générale, et ainsi que cela ressort notamment de la figure 1, dans une cheminée, le combusti ble (l),bois par exemple, repose sur une plaque (2) prévue à la base du foyer (3) proprement dit. Cette plaque (2) permet le passage de l'air. En dessous, est disposé un céndrier (4) destiné à récupérer les cendres. Bien entendu, il est possible, ainsi que cela ressort de la figure 2, que le corps de la cheminée renferme un circuit de récupération de chaleur schématisé à la figure 2 par les conduits d'amenée (5) et de sortie (6) dudit échangeur. A la partie supérieure du foyer (3) débouchent de manière conventionnelle, des conduits d'évacuation de la fumée et des gaz. De manière conventionnelle, dans une cheminée, que ses côtés soient ouverts, comme cela est représenté à la figure 2, ou fermés par des parois latérales , comme cela est représenté à la figure 1, le combustible brûle en formant une flamme ayant sensible ment la forme d'un cône (7). A la base de ce cône, la température d'inflammation (Ti) est inférieure à la température de combustion (Tc) à la partie supérieure du cône. Par suite, dans les installations conventionnelles, de nombreux gaz schématisés par les flèches blanches à la figure 1, s'échappent par les conduits d'évacuation et ne sont pas brûlés. En conséquence, il se produit non seulement un encrassement desdits conduits d'évacuation, mais également le rendement thermique est très faible.A ce jour, le seul moyen pour récupérer une partie de la chaleur contenue dans -ces gaz consistait à les dévier et à augmenter leur trajet avant qu'ils ne soient évacués à l'air libre. Conformément à l'invention, on provoque une autocombustion des gaz imbrûlés en disposant, dans la partie supérieure du foyer (3), mais en dessous du conduit d'évacuation proprement dit un écran ou plaque, par exemple en acier inoxydable réfractaire, qui, sous l'effet de la température de combustion (Tc) s'échauffe pour atteindre une température (Te), dite température de l'écran, supérieure à la température d'inflammation, de telle sorte que le mélange gazeux imbrûlé recoive une énergie d'inflammation et cède ainsi son énergie de combustion. L'inflammation des gaz imbrûlés est, conformément à l'invention, favorisée en maintenant une pression P2 audessus de l'écran (8), c'est-à-dire dans le foyer secondaire (9) où se produit la combustion des gaz imbrûlés, inférieure à la pression P1 à l'intérieur du foyer primaire (3). Ainsi que cela ressort des figures 2 et 3, pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, on intercale donc, dans la partie supérieure du foyer primaire (3) et en-dessous des conduits d'évacuation (10), un ensemble qui comporte à sa base, sur pratiquement toute la largeur du foyer (3) ainsi que sur toute sa profondeur, une plaque (8) comportant des orifices (11) permettant le passage des gaz. Ces orifices (11) comportent de préférence une zone d'entrée conique et un conduit de sortie cylindrique, de plus petit diamètre.On a obtenu de bons résultats en utilisant une plaque en acier inoxydable réfractaire percée d'orifices, cette plaque ayant une épaisseur de quinze millimètres et les orifices ayant une partie conique de six millimètres de hauteur dont le diamètre à la base est de dix-huit millimètres et qui est prolongée par un conduit cylindrique de diamètre de huit millimètres. L'ensemble portant la plaque (8) est raccordée au conduit d'évacuation (10) et forme une chambre (9) dite foyer secondaire. A l'intérieur de cette chambre (9) est de préférence disposé, dans la partie supérieure, un échangeur-condenseur (12) conventionnel. Grâce à la présence d'un tel échangeurcondenseur (12), il est possible d'obtenir automatiquement une légère dépression à l'intérieur du foyer secondaire (9) par rapport à celle P1 existant à l'intérieur du foyer primaire (3). Lors de l'utilisation d'une telle cheminée, le combustible (1), bois par exemple se consume en formant une flamme de forme sensiblement conique, l'extrémité de cette flamme venant donc chauffer la plaque (8). La température de cette plaque (8) augmente progressivement pour atteindre une température Te supérieure à la température d'inflammation Ti à la base du foyer. Par suite, les gaz imbrulés à l'intérieur du foyer primaire (3), lors de leur passage au travers des orifices (11) de la plaque (8) s'échauffent et s'enflamment automatiquement à l'intérieur du foyer secondaire (9) où leur énergie de combustion est alors utilisée pour chauffer le fluide (eau) circulant à l'intérieur de l'échangeur (12). Grâce à un tel procédé, il est possible de-réaliser une importante économie d'énergie, et par ailleurs, compte-tenu du fait que tous les gaz se trouvent brûlés, l'encrassement des conduits d'évacuation vers l'extérieur se trouve notablement diminué, ce qui réduit l'en- tretien. I1 a également été constaté qu'il était ainsi possible d'utiliser des échangeurs à plus basse température que ceux utilisés à ce jour. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment, mais couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, il pourrait être envisagé de disposer à l'intérieur du foyer secondaire (9) des ailettes permettant de canaliser les gaz et d'éviter les turbulences. Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre aussi bien sur les installation sà foyer ouvert que sur des installations à foyer fermé. Enfin, un tel procédé pourrait être mis en oeuvre dans tous les cas où l'on se trouve en présence de gaz nonbrûlés, par exemple à la sortie de chaudières conventionnelles à combustibles liquides. REVENDICATIONS 1/ Procédé permettant l'auto-combustion de gaz imbrûlés sur des installations de chauffage ou similaires du type comportant un foyer de combustion proprement dit (3) et une conduite d'évacuation (10) disposée au-dessus dudit foyer, caractérisé par le fait que la flamme (7) du foyer primaire provoque l'élévation de température d'un écran (8) permettant le passage des gaz, ledit écran (8) étant disposé au-dessus du foyer (3) et en-dessous du foyer d'évacuation (10) et provoquant du fait de cette élévation de température une inflammation du mélange gazeux imbrûlé. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'auto-combustion des gaz imbrûlés dans le foyer secondaire est favorisé en maintenant à l'intérieur de cette zone une pression P2 légèrement inférieure à la pression P1 à l'intérieur du foyer primaire (3). 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la pression P2 est obtenue, soit par des moyens mécaniques, Foit automatiquement en disposant à l'intérieur du foyer secondaire un circuit (12) d'échangeur thermique conventionnel. 4/ Dispositif permettant la mise en oeuvre du proche dé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un ensemble adaptable au-dessus du foyer primaire (3) proprement dit et endessous de la cheminée d'évacuation (10) et comportant une plaque perforée (8) à base l'un matériau réfractaire susceptible de pouvoir être élevé à une température Te supérieure à la température d inflammation Ti des gaz non-brülés dans le foyer primaire et ce, sous la simple action de la flamme (7) produite à l'intérieur du foyer primaire (3). 5/ Dispositif selon la revendication 4. caractérisé par le fait que la plaque perforée est en acier inoxydable réfractaire. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5. caractérisé par le fait qu il comporte également un échangeur-condenseur (12) permettant de récupérer l éner- gie de combustion produite à l'intérieur du foyer secondaire.