Brevet FR2608736A1 — publié le 19880624

La présente invention se rapporte aux chaudières de chauffage central utilisant des combustibles solides. Plus précisément elle concerne les avant-foyers de chaudières de chauffage central dans lesquels le combustible est préalablement converti en gaz de combustion, par le principe de la pyrolyse, avant d'être totalement brûlé dans un conduit réfractaire assurant la liaison entre ledit avant-foyer et une chaudière de type classique dont le foyer n'est utilisé que pour l'échange calorifique entre les gaz chauds produits et l'eau caloporteuse. Dans le cas présent, le principe de la pyrolyse permet la mise en oeuvre de combustibles tels que des copeaux ou déchets de bois, résultant d'une exploitation forestière par exemple, de petites dimensions, difficiles è brûler directement dans un foyer de chaudière classique et n'engendrant qu'une puissance calorifique relativement limitée selon les procédés couramment utilisés. Les avant-foyers de type connu se composent essentiellement d'une trémie d'alimentation implantée au-dessus d'un déflecteur en matériau réfractaire et de section transversale en forme d'ogive ou de U renversé, chauffé au rouge et sur les parois extérieures convexes duquel s'écoulent par gravité les déchets de bois provenant de la trémie. Après avoir pris contact avec les parois incandescentes du déflecteur, ou ils se gazéifient, les déchets tombent sur une grille de cendrier située en-dessous du déflecteur où ils continuent de se gazéifier. Les gaz chauds résultant de cette pyrolyse, et de pouvoir calorifique relativement élevé, sont ensuite canalisés par le dessous du déflecteur vers l'échangeur d'une chaudière classique, à travers un conduit réfractaire dans lequel s'effectue la post-combustion des gaz produits dans l'avant-foyer. Suivant ce principe on remarque que la température du déflecteur constituant le siège essentiel de la pyrolyse ne s'élève pas suffisamment lors de cette opération pour permettre une bonne gazéification du combustible. On contourne le plus souvent cette difficulté en ralentissant l'alimentation de l'avant-foyer en combustible afin de permettre une gazéification plus complète de ce dernier, mais ceci au détriment de la puissance calorifique souhaitée pour le fonctionnement de la chaudière. Malgré cet artifice, déjà peu satisfaisant, la gazéification du combustible demeure toujours très incomplète, d'où également un mauvais rendement en dépit du sacrifice déjà consenti précédemment. Plutôt que de juguler la puissance calorifique de la chaudière pour maintenir un certain rendement au niveau de l'avant-foyer, la présente invention vise au contraire à rendre l'opération de pyrolyse plus rapide et plus complète et consécutivement à améliorer, d'une façon très sensible, la disponibilité de puissance calorifique à l'entrée de la chaudièe. Cette invention a pour objet une chaudière de chauffage central à combustible solide, du type constitué par un avant-foyer relié à une chambre d'échange thermique au moyen d'un conduit réfractaire, ledit avant-foyer, comportent une chambre de pyrolyse, alimenté en combustible par une trémie implantée au-dessus d'un déflecteur à parois latérales convexes, et un cendrier recouvert d'une grille, disposé endessous du déflecteur, les parois latérales du déflecteur étant percées d'orifices de passage des gaz produits par la pyrolyse du combustible au contact des parois latérales. Cette nouvelle configuration du déflecteur selon l'invention présente l'avantage de permettre à une partie des gaz produits à l'extérieur de celui-ci de pénétrer en son intérieur bien avant que la quasi totalité n'y pénetre par sa base. Ces gaz s'enflamment spontanément dès leur pénétration à l'intérieur du déflecteur, grâce à l'introduction d'air comburant à travers la grille du cendrier; il en résulte une surélévation de température des parois extérieures du déflecteur, ce qui a pour effet secondaire, d'une part d'engendrer une pyrolyse plus rapide et plus complète du combustible entrant en contact avec lui, les cendres issues de cette pyrolyse étant quasiment réduites aux matières minérales, d'autre part, et consécutivement, de conférer une augmentation de la puissance calorifique disponible à l'entrée de la chaudière. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre et faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple seulement et sur lesquels : - La Figure 1 est une vue schématique en perspective avec arrachement partiel d'une chaudière de chauffage central précédée d'un avant-foyer pour la pyrolyse du bois, - La Figure 2 est une vue en perspective à plus grande échelle, avec arrachement partiel, d'un déflecteur réfractaire selon l'invention, - La Figure 3 est une vue schématique, en coupe longitudinale, d'un avant-foyer doté d'un déflecteur selon l'invention. - La Figure 4 est une illustration identique à la Figure 3, mais en coupe transversale. Selon la Figure 1 une installation, dans laquelle la présente invention trouve son application, se présente sous la forme d'une chaudière 1, dotée d'une chambre 2 d'échange thermique constituée par un foyer et d'un avant-foyer 3 relié à la chambre 2 par un conduit réfractaire 4 servant conjointement à la post-combustion des gaz produits dans l'avant-foyer 3 et à leur canalisation vers la chaudière 1. Le conduit réfractaire 4 est doté d'un clapet 5 d'amenée d'air secondaire réglable. En se reportant aux Figures 1 à4, l'avant-foyer 3 se compose d'une chambre de pyrolyse 6 surmontée d'une trémie d'alimentation 7. A la verticale de la trémie 7 et dans le prolongement du conduit réfractaire 4 s'étend un déflecteur 8, de section transversale, en forme de voûte ogivale et à parois latérales 9, suspendu et maintenu dans cette position par un moyen de soutien constitué par exemple par deux tiges d'extrémité 10. Selon le mode de réalisation représenté aux Figures 1 à 3, les parois latérales 9 sont percées à leur base d'une ou plusieurs (par exemple deux) rangées superposées d'orifices 11, de même diamètre, parallèles entre elles et par rapport aux bords inférieurs de chaque paroi latérale 9, elles sont aussi orientées dans le sens longitudinal du déflecteur 8. Sur chacune des parois latérales 9 la rangée supérieure d'orifices ll est décalée par rapport à la rangée supérieure selon une disposition en quinconce (Figure 2). Suivant le même mode de réalisation représenté aux Figures 1 à 3, les rangées inférieures sont composées chacune par exemple de dix orifices 11, tandis que les rangées supérieures en comportent neuf, mais, bien entendu, le nombre d'orifices et leur disposition, leur diamètre, ainsi que le nombre de rangées peuvent être différents. La chambre de pyrolyse 6 possède un fond situé à une distance appropriée du déflecteur 8 dont les deux parties latérales situées de part et d'autre dudit déflecteur 8 forment une grille 12 disposée audessus d'un cendrier 13 servant à recueillir les résidus 14 (cendres) provenant de la chambre de pyrolyse 6 à travers la grille 12. L'avant-foyer 3 est aussi complété par une porte de visite 15 (Fig. 1, 3) dotée elle-même, dans le prolongement du cendrier 13, et en dessous de la grille 12, d'un clapet 16 réglable d'amenée d'air primaire. D'autres formes de réalisation peuvent être envisagées. C'est ainsi que le déflecteur 8 peut être doté d'orifices 11 de diamètres inégaux, d'une seule rangée d'orifices 11 ou d'un nombre supérieur à deux, leur disposition sur les parois latérales 9 peut être aussi différente que celle représentée sur les Figures 1 à 4. L'avant-foyer 3, pourvu d'un déflecteur 8, doté d'orifices 11, selon l'invention, peut, bien entendu, trouver son application en amont de consommateurs d'énergie calorifique autres que les chaudières de chauffage central tel que décrit précédemment (fours, étuves, etc...) Fonctionnement A la mise en service initiale de l'avant-foyer 3, la chambre de pyrolyse 6 (Figures 1,3,4) est d'abord chargée d'un combustible solide quelconque par la porte de visite 15, puis celui-ci est enflammé suivant une méthode classique. Lorsque la température du déflecteur 8 atteint un niveau thermique suffisant pour l'amorçage de la pyrolyse, le remplissage en combustible (déchets de bois, par exemple) de la chambrede pyrolyse 6 est complété à travers la trémie 7, après que la porte de visite 15 ait été fermée et que l'ouverture des clapets 16 et 5, respectivement d'amenée d'air primaire et secondaire, at été réglée pour obtenir une légère dépression dans la chambre de pyrolyse 6 et le conduit réfractaire 4, en conjugaison avec l'aspiration d'une cheminée, non représentée, montée sur la chaudière 1.Ces réglages sont ajustés de manière à assurer d'une part une pyrolyse optimale au niveau de l'avant-foyer 3 et une combustion totale à la sortie du conduit réfractaire 4, d'autre part à éviter des remontées de fumée et de flux thermique à travers la couche perméable du combustible contenu dans la trémie 7. I1 devient alors possible de remplir totalement, en vue du fonc tionnement continu, la chambre de pyrolyse 6 et la trémie 7 en déchets de bois Par gravité les déchets de bois convergent vers le déflecteur 8 suivant le sens de la flèche F1 (Figure 4). Au contact du déflecteur 8 chauffé au rouge le combustible glisse sur les parois extérieures 9 convexes suivant le sens des flèches F2 (Figures 2,4), en se gazéifiant puis tombe sur la grille 12 où la combustion se poursuit. Suivant ce procédé le remplissage de la chambre de pyrolyse s'effectue d'une façon permanente au fur et à mesure de la pyrolyse. Les gaz résultant de la pyrolyse sont aspirés par le conduit réfractaire 4 selon le sens des flèches F3, d'une part et selon l'invention, à travers les orifices 11 et à l'intérieur du déflecteur 8, suivant le sens des flèches F4, d'autre part par le dessous de ce dernier suivant le sens des flèches F5, dans l'espace laissé libre entre les bords inférieurs des parois 9 et le fond de la chambre de pyrolyse 6. A l'intérieur du déflecteur 8, les gaz qui traversent les parois 9, grâce aux orifices 11, selon le sens des flèches F4, s'allument spontanément, réchauffant ainsi les parois internes du déflecteur 8 et, consécutivement, les parois externes de ce dernier au contact desquelles le combustible se gazéifie; ces flammes sont matérialisées à la Figure 2 par la représentation de petits dards 17 dont on peut aussi remarquer leur orientation, selon le sens des flèches F6, et en direction du conduit réfractaire 4 qui collecte ainsi tous les gaz produits dans la chambre de pyrolyse 6 et plus particulièrement sur les parois 9 latérales extérieures du déflecteur 8. Dès leur entrée dans le conduit réfractaire 4, les gaz provenant de la chambre de pyrolyse 6 se mélangent à l'air secondaire pénétrant, suivant le sens d'une flèche F7, par le clapet 5 préalablement réglé pour assurer leur post-combustion totale juste-avant qu'ils n'entrent dans la chambre 2 d'échange thermique de la chaudière 1. Avantages : ils sont liés à la création, selon l'invention, de rangées d'orifices 11 dans les parois latérales 9 du déflecteur 8, lesquels orifices permettent à une partie des gaz produits sur les surfaces latérales extérieures du déflecteur 8 de pénétrer à l'intérieur de celui-ci avant qu'ils n'y pénètrent par sa base et de réchauffer ainsi, suite à une inflammation spontanée de ceux-ci, l'intérieur et, successivement, les parois extérieures du déflecteur 8 sur lesquelles les particules de bois se gazéifient à leur contact. La surélévation de température des parois extérieures du déflecteur 8 inhérente à ce processus est voisine de 1800C, ce qui favorise donc la gazéification du combustible s'écoulant sur lesdites parois extérieures. La température des gaz ainsi produits peut atteindre 10500C à la sortie de la chambre de pyrolyse 6, c'est-à-dire peu de temps avant leur introduction dans le conduit réfractaire 4 pour leur postcombustion, contre 9000C au plus avec un déflecteur non pourvu d'orifices 11. I1 résulte de cette surélévation de température à l'intérieur de la chambre de pyrolyse 6 - une gazéification du combustible plus rapide, d'où augmentation par unité de temps, des quantités de combustible consommées dans l'avantfoyer 3, ce qui engendre une puissance calorifique disponible instantanée plus élevée en faveur de la chaudière productrice d'eau chaude ce gain de puissance calorifique pouvant attandre au moins 18 % par rapport à celle obtenue avec un déflecteur non pourvu d'orifices 11, - une gazéification plus complète, les cendres étant réduites quasiment aux matières minérales, - consécutivement, amortissement plus rapide du prix de revient de l'installation. REVENDICATIONS 1.- Chaudière de chauffage central à combustible solide, du type constitué par un avant-foyer (3) relié à une chambre (2) d'échange thermique au moyen d'un conduit réfractaire (4), ledit avant-foyer (3) comportant une chambre de pyrolyse (6) alimentée en combustible par une trémie (7) implantée au-dessus d'un déflecteur (8) à parois latérales (9) convexes et un cendrier (13) recouvert d'une grille (12) et disposé endessous du déflecteur (8), caractérisée en ce que les parois latérales (9) du déflecteur (8) sont percées d'orifices (11) de passage des gaz produits par la pyrolyse du combustible au contact des parois latérales (9). 2.- Chaudière suivant la revendication 1,caractérisée en ce que les orifices (11) ménagés dans le déflecteur (8) sont répartis, à la base de chacune des parois latérales (9), sur des rangées parallèles entre elles. 3.- Chaudière suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que, sur chacune des parois latérales (9), les rangées d'orifices.(11) sont parallèles aux bords inférieurs du déflecteur (8) 4.- Chaudière suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, sur chacune des parois latérales (9 > , les rangées d'orifices (11) sont décalées en quinconce l'une par rapport à l'autre.