Brevet FR2596851A1 — publié le 19871009

la pressente invention concerne une chaudière pour combus tibles solides dll type a combustion inversée et à chambre de post combustion. Des chaudières de ce type sont déjà connues ; elles permettent de diminuer le taux d'imbrûlés dans les fumées, entrai- nant ainsi une amélioration du rendement de la chaudière. Une chaudière à chambre de post combustion est déjà décri te dans la demande française n 85 00 946 de la demanderesse. La chaudière décrite comporte une chambre de post combustion située à l'arrière du foyer et débouchant dans les carneaux échangeurs si tués dans la partie supérieure de la chaudière, au-dessus de la réserve de combustible. Un des inconvénients de cette construction est que le cendrier récupérateur de cendres, situé dans la partie basse, ne participe pas à l'échange de chaleur puisqu'il ne se trouve pas dans le circuit des fumées. Sur le plan de l'échange ther nique, le cendrier est donc considéré comme une surface perdue et cette surface n'est pas negligeable. Une autre chaudière, décrite dans la demande française n 84 01 083 est du type à combustion inversée et comporte une chambre de combustion en partie basse, située sous la grille, les échangeurs étant placés parallèlement aux parois de la réserve de combustible. Cette disposition est nécessaire puisqu'il s'agit d'une chaudière acier avec chemise d'eau, les échangallrs d@vant autre placés dans le volume d'eau. Une telle chaudière présente également des inconvénients les entrées d'air primaire se font dans le plan de la grille et la surface de grille est nettement insuffisante pour la combustion du bois ; le fond du foyer comporte un nombre important d'éléments (tuyère conique, grille, passages d'air primaire à travers la sole, conduits débouchant dans la zone de pyrolyse, parois d'une chambre anniilaire de préchauffage de l'air primaire ...) compliquant la construction et augmentant le cott et, le poids du combustible repose entièrement sur la grille. Le but de la présente invention est de pallier tous les inconvénients de l'art antérieur en optimisant au maximum la constr@ction : faire participer le maximum de surtaces à l'échange de chaleur, s@mplifier la construction pour optimiser le parcours ae @umées et pour diminuer le coût de l'ensemble. A cet effet, l'invention consiste en une chaudiere pour combustibles solides du type à combustion inversée et à cbam- bre de post-combustion caractérisee en ce qu'elle comporte un canal en brique ré@ractaire muni dans sa partie supérieure d'ouvertures en forme ae grille, le ait canal servant à la tois de chamnre ae combustion et de cendrier, et permettant une température de post-comhustion tres élevée.Le canal réfractaire ayant ainsi une triple tonction. Pour optimiser la construction et le parcours des fumées, les carneaux échangeurs sont places dans la partie basse de la chaudière, directement à proximité du canal réfractaire ; plus@eurs variantes de disposition des carneaux sont possibles. Le premier mode de réalisation décrit convient parfaitement pour la combustion du bois. Le secona mode de réali- sation décrit comporte une variante de construction permettant l'utilisation de la chaudière avec du bois, du charbon, des dechets d'origine agricole, organique, industrielle et tout combustible solide en général. Cette variante porte sur la présence de deux grilles : une grille secondaire appartenant au canal rétractaire ; une grille primaire située au-aessus ae la grille secondaire et ayant pour but de supporter la charge du combus@@ble, d'augmenter la surtaxe de grille, d'éviter la @ormation de mache@er. La grille primaire assurant ainsi au moins deux @onctions. Les avantages des modes de réalisation de l'invention sont : - production d'oxyde de carbone très taible - absence d'imbrûlés gazeux - prouuction très table ae goudrons @mbrûlés et de mache@er ; - souplesse de ronctionnement ; - facilité de nettoyage - simplicité de construction - passage direct entre la chambre de combustion et les sur@aces d'échange. La description ci-après est faite en référence aux dessins annexés dans lesqlJels - la figure 1 est un schéma de principe montrant un pre mier mode de réalisation, vu en coupe selon un plan parallèle à la façade avant de la chaudière - la figure 2 est llne coupe selon A-A de la figure 1 - la figure 3 est un schéma de principe montrant un second mode de réalisation, vu en coupe selon un plan parallèle à la façade avant de la chaudière - la figure 4 est une vue en perspective montrant le parcours des fumées. Le premier mode de réalisation non limitatif de l'invention représenté aux figures 1 et 2 comporte principalement - une réserve de combustible (1) dans la partie supérieure du corps de la chaudière - un canal réfractaire (2) muni d'orifices ou d'une grille (3) dans sa partie supérieure - d'une pluralité de carneaux échangeurs (4,4') - de clapets d'entrée d'air primaire (5) et secondaire (6) - d'un ventilateur d'extraction (10) placé à la sortie du dernier carneau (4'). Le canal réfractaire (2) est formé ici par une goulotte en brique réfractaire, sensiblement en forme de "U", fermée dans sa partie supérieure par une grille également en brique réfractaire. Le choix de ce matériau permet de supporter des températures plus élevées que par exemple la fonte réfractaire. La chambre de post-combustion (7) , délimitée par le canal réfractaire, pourra ainsi être portée à des températures très élevées de l'ordre de 6000 assurant la combustion des composés chimiques diverse oxyde de carbone, matières volatiles, braises traversant la grille (38. Toute variante de forme et d'assemblage des éléments constituant le canal réfractaire (2) est possible. Les carneaux sont munis de façon connue en soi d'ailettes (9) d'échange de chaleur. On prévoit au moins une entrée d'air primaire (5), au moins une entrée d'air secondaire (6), par exemple des clapets lestés de type connu, s' ouvrant par la dépression créée par le ventilateur d'extraction (10). le ventilateir d'extraction (10 est placé à la sortie du carneau (4'). Il permet d'inverser la. combustion comme le montre la figure 2 : l'air primaire est amené par une entrée d'air pri- maire (5), traverse la grille (3) de haut en bas, la flamme se développe à travers la grille et à l'intérieur du canal réfrac taire Le dit canal réfractaire (2) peut être fragmenté en tron çons et/ou présenter ulule forme cylindrique, etc. Les carneaux échangeurs (44 et (4') sont disposés directement à proximité du canal réfractaire (2) dans le but d'obtenir des liaisons très courtes entre la chambre de combustion et les surfaces d'échange. Selon la disposition préférée non limitative de la figure 1, le premier carneau (44 est au même niveau que le canal. réfractaire (2), le deuxième carneau (4') étant surélevé. Cette disposition a l'avantage de conférer à la réserve de combustible (1) un fond incliné (8) favorisant la descente du combustible. On peut prévoir d'autres variantes, par exemple : un canal réfractaire de meme largeur que le corps de la chaudière pour augmenter la surface de la grille et augmenter la puissance, les carreaux étant situés sous le canal réfractaire. Les formes, dimensions et nombre de carneaux présentés ici ne sont pas limitatifs. L'air secondaire est amené directement dans la zone chaude du canal réfractaire (7) portée à haute température, ce qui favorise la combustion des composés gazeux qui ont traversé la grille (3). La chambre (7) délimitée par le canal réfractaire (2) joue donc le rôle de chambre de post-combustion. Gracie au matériau réfractaire, on obtient une température très élevée dans cette chambre de post-combustion (7). Les fumées chaudes soumises à la dépression du ventilateur traversent successivement le canal réfractaire (2), le carneau (4). le carneau (4'), selon un parcours de fumées représenté sur la figure 4. Bien entendu, on pourrait utiliser de façon équivalente un ventilateur d'insufflation, l'ensemble du circuit de combustion et d'échange de chaleur étant alors en pression par rapport à l'atmosphère. En outre, le canal réfractaire et, éventuellement, au moins un des carneaux troue le rôle de cendrier dans lequel les cendres se déposent par gravité. Par conséquent, dans cette chaudière, le cendrier participe à la combustion et à l'échange de chaleur ; il ne constitue plus une surface inutile. Un autre avantage du mode de réalisation préféré de cette chaudière est la facilité du nettoyage. On prévoit sur l'une au moins des façades avant ou arrière, au moins une trappe ou une porte non représentée, permettant d'accéder directement à la chambre (75 et aux carneaux (4,4'). Ces trois éléments sont aisément accessibles pour le nettoyage, et du fait de leur position près du sol, la récupération des saletés est plus aisée et moins salissante. On prévoit encore une porte de chargement de combustible, non représentée, sur la façade avant de la chaudière. La demanderesse propose une variante de réalisation de l'invention représentée en figure 3. La différence principale entre les figures 1 et 3 est la présence d'une chambre de pré-combustion (11). Cette chambre de pré-combustion (11) est réalisée par l'utilisation de deux grilles de combustion en série. Une grille primaire (12) qui retient les grosses braises et supporte la masse du combustible, et une grille secondaire (3) qui peut être une brique réfractaire percée, au travers de laquelle se développe la flamme. Tous les autres éléments de la chaudière, canal réfractaire (2), carneaux (4, 4'), etc, restant identiques à ceux du premier mode de réalisation de la figure 1. e La demanderesse a eu l'idée d'ajouter la grille primaire (12) pour résoudre simultanément plusieurs problèmes. D'abord on s'était imposé pour première condition de choisir une grille de chambre de post-combustion enbrique réfractaire, car ce matériau présente aux hautes températures une meilleure tenue et une meilleure résistance thermique que la fonte réfractaire, permettant comme déjà dit précédemment d'obtenir des températures très élevées et de diminuer encore le taux d'imbrûlés et, non limitativement, d'oxyde de carbone. L'inconvénient de la brique réfractaire étant sa moins grande résistance mécanique, il fallait trouver un moyen pour supporter la charge du combustible. Ensuite, pour pouvoir brûler également du charbon et augmenter la puissance, tout en conservant l'avantage du fond incliné (8), il fallait pouvoir augmenter la surface de la grille soutenant le combustible. En outre, la température de combustion sur grille ne doit pas atteindre le point de fusibilité des cendres qui en tramerait la formation de machefer ; cette dernière condition est en contradiction avec la première condition qui est deo choisir une grille montant à haute température. La demanderesse a résolu simultanément tous ces problèmes en ajoutant la grille primaire (12) en fonte réfractaire, placée sensiblement plus haut qiie la grille secondaire (3), de façon appropriée pour que la surface de passage de la flamme soit suffisante pour la combustion du charbon, déchargeant ainsi la grille (3) en brique réfractaire du poids du combustible et évitant que la température de combustion sur grille atteigne le point de fusibilité des cendres. De préférence, mais non limitativement, les parois (13) de la chambre de pré-combustion (11) sont garnies également de briquetage réfractaire pour éviter un refroidissement de la chambre de pré-combustion (11). La présente chaudière est de préférence, mais non limitativement, réalisée en fonte ; elle est prévue, non limitativement, pour des puissances de fonctionnement de 20 à 40 kw. Jusqu'a présent, on n'avait pas encore réalisé en fonte des chaudières à combustibles solides avec des carneaux en partie basse. Dans toute la description et les revendications, on comprendra que les termes brique réfractaire" ont été employés pour alléger les explications, mais signifient : "tout matériau solide réfractaire du type silico-alumineux", synonymes dans le métier de "pierre réfractaire" ou "briquetage réfractaire". REVENDICATIONS **************** 1) Chaudière pour combustibles solides du type à combustion inverse et à chambre de post-combustion caractérisée@en ce qu'elle comporte un canal (2) en briquetage réfractaire m1mi dars sa partie supérieure d'une grille (3) en brique réfractaire, le dit canal servant à la fois de chambre de post-combustion et de cendrier, et permettant une température de post-combustion très élevée. 2) Chaudière pour combustibles solides selon a revendication précédente caractérisée en ce que le canal (2) est composé d'une goulotte en brique réfractaire, en forme de "U", fermée dans sa partie supérieure par line grille (3) en brique réfractaire. 3) Chaudière pour combustibles solides selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que 'e canal réfractaire est composé d'une pluralité de tronçons. 4) Cha@dière pour combustibles solides selon l'une quelconque des revend@cations précédentes caract@risée en ce qu'elle est en fonte et comporte une pluralité de carneaux échangeurs (4, 4') disposes dans la partie basse de la chaudière, avec acces direct au canal réfractaire (2). 5) Chaudiere pour compustibles solides selon l'une quelconque (les revendications precedentes caracterisee en ce qu'elle comporte au moins un car@ean (4'@ sur@levé par rapport au canal réfractaire (2) pour former un fond incliné (8) dans la réserve de combustible. 6r Chaudière pour combustibles solides selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le cendrier est formé par le canal réfractaire (2) et au moins un carneau échangeur (4). 7) Chaudière pour combustibles solides selon l'une quel conique des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte deux grilles en série : une grille primaire (12) et une grille secondaire (3) en brique refractaire. 8) Chaudière pour combustibles solides selon l'une quelconque des revendications precedentes caract@risée en ce qu'elle comporte une chambre