Brevet FR2592944A1 — publié le 19870717

L'invention concerne une chaudière à combustible solide et plus particulièrement une chaudière à bois. Dans les chaudières à combustible solide, tel que le bois, celui-ci repose généralement sur une grille et la combustion s' effectue de bas en haut, l'arrivée d'air de combustion étant prévue dans la partie basse de la chaudière. L'évacuation des gaz de combustion s'effectue au moyen d'un conduit de fumée qui débouche généralement au-dessus de la charge de bois. Pour améliorer les caractéristiques d'une chaudière de ce type, l'inventeur a déjà imaginé et décrit dans le brevet Français 7800749, une chaudière à bois remarquable notamment en ce qu'elle comporte au-dessus de la charge de bois une enveloppe arrivant assez bas autour de la charge de bois et dont la surface extérieure est chauffée par les gaz de combustion contournant les bords de l'enveloppe, une chemise d'eau étant par ailleurs prévue autour de ladite enveloppe. Pour obtenir un bon rendement et une grande autonomie de fonctionnement, l'inventeur propose une chaudière comportant un volume de chargement formé par une enveloppe disposée au-dessus d'une chambre de combustion en dessous de laquelle est aménagé un cendrier tandis qu'une chemise de circulation d'eau est prévue autour et à distance de ladite enveloppe en ménageant un espace d'échange thermique pour les gaz de combustion, cette chaudière étant remarquable en ce que la chambre de combustion est constituée par un foyer en forme de cuvette qui communique avec le cendrier par des ouvertures ménagées dans sa partie basse et qui est pourvu dans sa partie haute de moyens d'alimentation en air primaire tandis que ladite enveloppe est fixée dans la partie supérieure du foyer et que ce dernier et ledit cendrier sont aménagés dans la chaudière de manière telle que les gaz de combustion issus du foyer et du cendrier contournent ledit foyer pour arriver dans l'espace d'échange thermique précité. De cette manière, la chaudière selon l'invention présente quatre parties bien distinctes: - un magasin de stockage du combustible constitué par le volume de chargement, - un foyer qui forme la chambre de combustion primaire, - une zone de combustion secondaire formée par le cendrier et, - une zone d'échange thermique constituée par l'espace réalisé entre, d'une part, la paroi interne de la chemise d'eau et, d'autre part, l'enveloppe précitée et le foyer qui est contourné par les gaz de combustion. Avantageusement, la chaudière comporte une chemise d'eau quasi-périphérique sur la paroi interne et inférieure de laquelle est aménagé le cendrier, tandis que le foyer est soutenu au-dessus dudit cendrier à distance de la paroi interne latérale de la chemise d'eau en formant un espace qui rejoint l'espace d'échange thermique de l'enveloppe. De préférence, des moyens d'alimentation en air secondaire sont prévus sensiblement au niveau des ouvertures de communication entre le foyer et le cendrier. Le foyer est par exemple soutenu par des longerons creux qui communiquent avec la chemise d'eau, tandis que des moyens d'alimentation en air sont ménagés des deux côtés et tout le long du foyer. Selon un mode de réalisation préféré, le foyer est formé par un assemblage d'éléments modulaires en matériau réfractaire dont la forme de chaque élément est telle que deux éléments consécutifs disposés côte à côte forment entre eux au moins une des ouvertures de communication entre le foyer et le cendrier. Dans ce cas, les moyens d'alimentation en air comportent par exemple des tubes d'arrivée d'air enfilés dans des lumières ménagées dans chaque élément modulaire tandis que des échancrures sont ménagées dans chaque élément modulaire en bordure desdites lumières et que des orifices sont ménagés dans lesdits tubes au niveau de chaque échancrure. Avantageusement, tous les tubes d'arrivée d'air communiquent à l'une de leurs extrémités avec un collecteur d'air alimenté par un ventilateur et éventuellement par une trappe d'air à tirage naturel. La chaudière selon l'invention présente, à sa partie supérieure, une sortie d'évacuation des gaz de combustion. De préférence dans ce cas, l'enveloppe est pourvue dans sa partie supérieure d'une trappe qui est disposée en regard de ladite sortie d'évacuation et qui est munie d'un tiroir d'ouverture et de fermeture, manoeuvrable par un moyen extérieur. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre concernant une chaudière à bois et qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale de la chaudière en position de face, - la figure 2 est une coupe selon un plan médian perpendiculaire au plan de la figure 1, - la figure 3 est une perspective d'un élément modulaire de foyer, - la figure 4 montre en vue de dessus trois éléments modulaires, tel que celui de la figure 3, lesquels sont assemblés. La chaudière représentée sur les figures 1 et 2 comporte une jaquette extérieure 1 calorifugée et une chemise de circulation d'eau 2, le tout reposant sur un socle 3. Les figures 1 et 2 montrent que la chemise d'eau 2 est pratiquement périphérique à l'exception de la zone de façade de la chaudière. Dans le volume ainsi délimité par la paroi interne 4 de la chemise d'eau, est aménagé un foyer 5 en forme de cuvette qui est soutenu dans la chaudière au-dessus d'un cendrier 6, par des longerons creux 7,7' communiquant avec la chemise d'eau 2 (figure 2) de manière à assurer un refroidissement desdits longerons. Le foyer 5 est disposé à distance de la paroi interne latérale de la chemise d'eau 2 en formant un espace libre 8 et porte dans sa partie supérieure une enveloppe 9 en tôle d'acier qui présente la forme d'un demi-cylindre horizontal à parois latérales planes, ladite enveloppe étant solidaire d'une paroi arrière 10 aménagée à l'opposé d'une porte de chargement 11 (figure 2). Comme le montrent encore les figures 1 et 2, l'enveloppe 9 et la paroi arrière 10 sont aménagées à distance de la paroi interne 4 de la chemise d'eau en formant un espace libre 12. L'intérieur de l'enveloppe 9 détermine un volume 13 de chargement ou de stockage, pour des bûches de bois 14, alimenté par la porte 11 tandis que les espaces précités 8 et 12 forment une zone d'échange thermique pour les gaz de combustion qui s'échappent par une manchette 15 de sortie de fumées aménagée dans la partie haute de la chaudière au travers de la chemise d'eau 2. Dans la partie supérieure de l'enveloppe 9 est prévue une trappe 16 qui est aménagée en regard de la manchette 15 d'évacuation des g-z de combustion et des fumées et qui munie d'un tiroir coulissant 16' d'ouverture et de fermeture. Le tiroir 16' de la trappe est manoeuvrable horizontalement par une tige 17 reliée audit tiroir par une tige d'équerre 18. Le cendrier 6 comporte un revêtement réfractaire 19 disposé sur la paroi interne inférieure de la chemise d'eau 2 et communique avec l'extérieur par une porte 20. Le foyer 5 communique avec le cendrier 6 par des ouvertures 21 et présente, dans sa partie supérieure deux tubes 22,22' d'arrivée d'air primaire, et dans sa partie inférieure au niveau des ouvertures 21, deux tubes 23,23' d'arrivée d'air secondaire, l'une des extrémités desdits tubes 22,22' et 23,23' débouchant dans un collecteur d'air 24 (figure 2) alimenté par un ventilateur 25. Le foyer 5 est constitué par un assemblage d'éléments modulaires en matériau réfractaire (tels que des briques réfractaires). La figure 3 montre l'un de ses éléments 5' et la figure 4 montre l'assemblage de trois éléments 5', 5" et 5"'. Les éléments 5', 5" et 5''' sont semblables et présentent une forme très particulière. Comme le montre plus particulièrement la figure 3, chaque élément présente sur le dessus des rainures 26 destinées à recevoir le bord inférieur de l'enveloppe 9 des figures 1 et 2. En outre, chaque élément présente dans sa partie supérieure et dans sa partie inférieure, des lumières pour le passage des tubes 22, 22' et 23, 23' déjà cités et en bordure de ces lumières, sont ménagées des échancrures 27,27' et respectivement 28,28'. Les tubes 22,22' et 23,23' sont en outre pourvus d'orifices tels que 29 (figure 3) ménagés au niveau de chaque échancrure. Chaque élément modulaire présente aussi un bossage 30 en saillie dans une partie évidée 31, de manière telle que lesdites parties évidées 31 et les bossages 30 de plusieurs éléments assemblés permettent de former, comme le montre la figure 3, les ouvertures 21 de communication entre le foyer 5 et le cendrier 6 (figure 1). Comme le montre encore la figure 3, chaque élément présente une forme convenable pour reposer sur les longerons 7 et 7' décrits à propos des figures 1 et 2. La chaudière décrite ci-avant présente en outre divers autres moyens tel le serpentin 32 (figure 1) qui baigne dans l'eau de chauffage et qui est relié à une arrivée d'eau froide sanitaire en étant commandé par une soupape thermique de manière à permettre de refroidir automatiquement la chaudière en cas de surchauffe. Le ventilateur 25 est en outre muni d'un volet de réglage de débit d'air commandé par un calorstat 33 (figure 1) relié audit volet par exemple par une chaînette. Le calorstat, réglé à une certaine température, commande ainsi le débit d'air nécessaire à la combustion en fonction des besoins. Le collecteur d'air 24 peut en outre présenter une trappe ou clapet d'air supplémentaire débouchant à ltextérieur pour un tirage naturel au choix de l'utilisateur. Le fonctionnement d'une telle chaudière est simple et présente de nombreux avantages. Le bois est chargé par la porte 11, tandis que l'ouverture de la trappe 16 facilite le premier allumage et évite, en cas de chargement en cours de fonctionnement, le refoulement des fumées par ladite porte 11. Comme le montre la figure 1, le volume de chargement 13 est particulièrement important et permet un véritable stockage, les bûches de bois 14 étant séparées de la chemise d'eau par l'enveloppe 9 et la paroi arrière 10. Les tubes 22,22' d'alimentation en air primaire et la forme du foyer 5 permettent de réaliser une chambre de combustion primaire référencée 34 (figure 1) à haute température avec une répartition d'air tout le long du foyer grâce aux orifices 29 (figure 3) et aux échancrures 27,27' (figures 2 à 4). Les flammes résultant de la combustion peuvent passer, en sens renversé, par rapport aux chaudières classiques, par les ouvertures 21 (figures 1 et 4) tandis que les bossages 30 (figures 3 et 4) retiennent les grosses braises qui achèvent leur combustion avant de tomber dans le cendrier 6 sous forme de cendres référencées 35 à la figure 1, celles-ci pouvant être évacuées par la porte 20 (figure 2). Au moyen des tubes 23,23', des orifices 29, et des échancrures 28,28', on amène en bas du foyer, et de manière bien répartie, un air secondaire qui permet de réaliser un véritable brûleur et une zone de combustion secondaire qui s'étend sous le foyer dans le cendrier 6. Les gaz de combustion remontent ensuite de part et d'autre du foyer 5 assurant un échange thermique avec la chemise d'eau 2, en passant dans les espaces 8 et 12, avant de s'échapper par la manchette d'évacuation 15. L'espace 12 assure non seulement une zone d'échange avec la chemise d'eau 2, mais permet aussi de maintenir en température les bûches 14, avant que celles-ci ne parviennent dans la chambre de combustion 34, en alimentant ainsi de haut en bas et au fur et à mesure, ladite chambre de combustion. Les vapeurs provenant du séchage du combustible ansi que le début de gazéification qui en résulte ne provoquent pas de goudronnage, puisque lesdites vapeurs aboutissent dans la chambre de combustion. Le mode de réalisation qui vient d'être décrit concerne essentiellement une chaudière à bois mais il est clair que dans son principe, elle peut également être utilisée avec d'autres combustibles solides. REVENDICATIONS 1) Chaudière à combustible solide comportant un volume de chargement (13) formé par une enveloppe (9) disposée au-dessus d'une chambre de combustion en dessous de laquelle est aménagé un cendrier (6) tandis qu'une chemise (2) de circulation d'eau est prévue autour et à distance de ladite enveloppe en ménageant un espace (12) d'échange thermique pour les gaz de combustion, chaudière caractérisée en ce que la chambre de combustion est constituée par un foyer (5) en forme de cuvette qui communique avec le cendrier (6) par des ouvertures (21) ménagées dans sa partie basse et qui est pourvu dans sa partie haute de moyens (22,22') d'alimentation en air primaire tandis que ladite enveloppe est fixée dans la partie supérieure du foyer et que ce dernier et ledit cendrier sont aménagés dans la chaudière de manière telle que les gaz de combustion issus du foyer et du cendrier contournent ledit foyer (5) pour arriver dans l'espace (12) précité d'échange thermique. 2) Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une chemise d'eau (2) quasi-périphérique sur la paroi interne et inférieure de laquelle est aménagé le cendrier (6), tandis que le foyer (5) est soutenu au-dessus dudit cendrier à distance de la paroi interne latérale de la chemise d'eau (2) en formant un espace (8) qui rejoint l'espace (12) d'échange thermique de l'enveloppe. 3) Chaudière selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que des moyens (23,23') d'alimentation en air secondaire sont prévus sensiblement au niveau des ouvertures (21) de communication entre le foyer et le cendrier. 4) Chaudière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le foyer est soutenu par des longerons creux (7,7') qui communiquent avec la chemise d'eau (2). 5) Chaudière selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens (22,22',23,23') d'alimentation en air sont ménagés des deux côtés et tout le long du foyer (5). 6) Chaudière selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le foyer (5) est formé par un assemblage d'éléments modulaires (5',5",5"') en matériau réfractaire dont la forme (30,31) de chaque élément est telle que deux éléments consécutifs disposés côte à côte forment entre eux au moins une des ouvertures (21) de communication entre le foyer et le cendrier. 7) Chaudière selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation en air comportent des tubes d'arrivée d'air (22,22',23,23') enfilés dans des lumières ménagées dans chaque élément modulaire tandis que des échancrures (27,27',28,28') sont ménagées dans chaque élément modulaire en bordure desdites lumières et que des orifices (29) sont ménagés dans lesdits tubes au niveau de chaque échancrure. 8) Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que tous les tubes d'arrivée d'air (22,22',23,23') communiquent à l'une de leurs extrémités avec un collecteur d'air (24) alimenté par un ventilateur (25) et éventuellement par une trappe d'air à tirage naturel. 9) Chaudière selon l'une des revendication 1 à 8, comportant à sa partie supérieure une sortie (15) d'évacuation des gaz de combustion, caractérisée en ce que l'enveloppe (9) est pourvue dans sa partie supérieure d'une trappe (16) qui est disposée en regard de ladite sortie d'évacuation et qui est munie d'un tiroir (16') d'ouverture et de fermeture, manoeuvrable par un moyen extérieur (17,18).