Brevet FR2625294A1 — publié le 19890630

La présente invention se rapporte à un procédé de postcombution des matières volatiles imbrûlées dans les appareils et dispositifs de chauffage à combustible solide notamment à bois et appareils de chauffage desti- nés à le mettre en oeuvre. La pollution de l'air atteint, dans certaines régions et sous certaines conditions climatiques, des taux élevés notamment en hiver, saison o les appareils de chauffage fonctionnent à plein. Q Devant cette menace pour l'environnement et les êtres humains, on prépare, dans plusieurs pays, une réglementation sur la limitation du taux d'émission des appareils de chauffage en gaz polluants qui devrait entrer en vigueur dans peu de temps. Les taux des gaz polluants devront, dans la majorité des pays, descendre en-dessous d'un seuil dif- ficile à atteindre actuellement sans précautions parti- culières. De nombreux dispositifs et procédés ont été imaginés pour réduire les taux d'oxydes présents dans les fumées et gaz de combustion. On connaît ainsi les catalyseurs qui provo- quent chimiquement la réaction d'oxydation nécessaire afin d'obtenir des composés neutres et stables non ou peu polluants. Ces catalyseurs, lorsqu'ils fonctionnent bien, possèdent un rendement d'épuration satisfaisant. Ils présentent toutefois plusieurs défauts importants qui en limitent l'usage ou qui leur feront préférer d'autres types de dispositifs ou systèmes procurant les mêmes effets. Leur prix de revient constitue le premier désavantage. En effet, les métaux rares garnissant les cellules, employés pour la réaction de catalyse, sont assez chers. De plus, I'usage du catalyseur nécessite plusieurs précautions d'emploi particulièrement astrei- gnantes. Il s'agit d'abord de la mise systématique hors circuit du catalyseur lors du démarrage sous peine de détérioration de la cartouche par colmatage des cellu- les. Cette détérioration nécessite le remplacement de la cartouche active. On connaît, par ailleurs, des dispositifs et procédés de neutralisation des gaz polluants de combus- tion de combustibles, notamment solides. Il s'agit de complexes gazeux catalytiques mé- langés à l'air comburant et injectés dans le foyer pour améliorer la combustion et corrélativement diminuer la production de gaz imbrûlés. Ce système nécessite l'adjonction de conduits et d'une centrale de production des complexes gazeux produisant la réaction catalytique. On connaît également des foyers présentant un volume de postcombustion situé en partie supérieure de la chambre de combustion. Ce volume ne peut donner satisfaction en rai- son de son emplacement et de sa conformation. On connaît finalement la neutralisation chimi- que des gaz de combustion en sortie du foyer. Malheureu- sement, si ces procédés donnent de bons résultats, ils s'avèrent totalement inexploitables à l'échelle domesti- que, c'est-à-dire familiale. La présente invention a pour but de remédier à ces divers inconvénients. A cet effet, I'invention se rapporte à un pro- cédé de postcombustion améliorée caractérisé en ce que l'on injecte dans une chambre de postcombustion voisine du foyer un flux d'air neuf préchauffé ou non, enrichi ou non en oxygène, porté à une température d'au moins 500 C en début de combustion puis à chaque activation du feu. Les nombreux avantages de l'invention sont les suivants: aucun dispositif à travers le conduit d'évacuation des -- 3 -- fumées; rendement thermique maximal; taux de pollution particulièrement bas; plus-value raisonnable; 5. suppression de toute manipulation; diminution importante de la corosion; ensemble compact; récupération d'énergie avec des moyens simples et fia- bles; 10. pas de détérioration: durée de vie égale à celle du foyer. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution en référence aux des- sins accompagnants dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un foyer fermé de cheminée avec chambre de postcom- bustion conforme à l'invention; la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale d'un foyer fermé de cheminée avec chambre de post- combustion et injection d'un courant d'air préchauffé enrichi en oxygène actif ou en ozone. L'idée générale inventive consiste à injecter dans une chambre de postcombustion située au-delà du foyer un courant d'air préchauffé à au moins 500 C dès le démarrage de la combustion jusqu'à l'auto-entretien de la postcombustion, à continuer à injecter ce flux d'air secondaire à une température plus faible puis à reporter sa température à 500 OC au moins à chaque acti- vation ou réactivation du feu jusqu'à l'auto-entretien de la postcombustion. Selon une variante, on injecte de l'air enri- chi en oxygène actif. Selon une autre variante, la chambre de post- combustion est attenante au foyer. Selon une autre variante, I'enrichissement de l'air est réalisé à l'aide d'ozone produit par un géné- 26252.94 rateur au niveau de l'ouverture d'injection dans la chambre de postcombustion. On décrira ci-après plus particulièrement le procédé de postcombustion selon l'invention et les di- vers moyens destinés à le mettre en oeuvre sur un exem- ple de foyer fermé de cheminée avec chauffage au bois. Bien entendu, les appareils utilisant d'autres combustibles conviennent également. Dans un poêle à bois ou un foyer fermé de che- minée présentant un foyer 1 constituant la chambre de combustion 2 audessus d'une grille à cendres 3, on prévoit, en aval du foyer, une chambre de postcombustion 4, par exemple attenante au foyer, disposée à l'arrière du foyer sur un trajet 5 des fumées, par exemple incurvé vers le bas. Cette chambre de postcombustion est séparée du foyer par une plaqwe ou une paroi métallique 6. La chambre de postcombustion comporte une ouverture servant d'entrée latérale 7 par laquelle dé- bouche un canal aéraulique 8 d'amenée d'air neuf ou air secondaire. Ce canal est occupé sur toute une section droite par un bloc électrique chauffant 9 traversé par le flux d'air neuf préchauffé ou non, réalisé avantageu- sement sous la forme d'une cartouche. L'air neuf sera prélevé dans la pièce avec préchauffage ou non. Avantageusement, l'air prélevé dans la pièce est préchauffé au contact des parois du foyer puis chauffé par des moyens électriques à la température désirée. Q Le courant d'air est naturel ou forcé par un ventilateur ou une turbine 10 à partir d'une entrée d'air extérieure au foyer. L'ensemble de commande et de régulation en énergie électrique des moyens de chauffage du flux d'air injecté se compose, par exemple, de deux capteurs de température Il et 12 montés respectivement dans la chambre de combustion 2 et dans la chambre de postcombustion 4. Ces capteurs sont reliés à un circuit él1ectronique de commande 13 agissant sur l'ai mentation en énergie él1ectrique des moyens de chauffage de l'air secondaire et, éventuellement sur son débit, par I'intermédiaire du ventilateur ou de la turbine 10. Le capteur 11 de la chambre de combustion 2 détecte la montée en température pour commander les moyens de chauffage de l'air secondaire. Le deuxième capteur 12, monté dans la chambre de postcombustion est un capteur de sécurité qui transmet au circuit de com- mande le signal de début et de fin d'autocombustion, permettant de vérifier à tout moment le bon fonction- nement et de commander l'arrêt ou la diminution de l'é- nergie électrique de chauffage. Un autre capteur de sécurité 14 peut exister sur le circuit d'injection de l'air qui renseigne sur le fonctionnement de la cartou- che chauffante. De façon avantageuse, la cartouche chauffante 9 peut être constituée par une structure en nids d'a- beilles réalisée, par exemple, par moulage d'une matière. en carbure de silicium, placée dans le canal aéraulique sur toute une section droite pour être traversée complè- tement par le flux d'air secondaire. Selon une réalisation particulière,-on prévoit en plus de la cartouche chauffante ou isolément, un générateur d'ozone 15 à la sortie du conduit ou canal aéraulique d'amenée de l'air préchauffé. Le procédé mis en oeuvre par les moyens dé- crits ci-dessus se particularise par les caractéristi- ques suivantes. On injecte latéralement dans la chambre de postcombustion 4 située audelà du foyer un flux d'air neuf porté, pendant la phase de début de combustion, à une température d'au moins 500 C jusqu'à déclenchement de l'autocombustion dans la chambre de postcombustion. Ce flux d'air secondaire est chauffé par des moyens électriques de chauffage, par exemple par une cartouche t -6- chauffante disposée dans le canal aéraul ique S d'injec- tion d'air secondaire prélevé à l'extérieur. Elle est traversée entièrement par le flux d'air. Cet air est, de préférence, préalablement pré- chauffé le long des parois du foyer. Il contient un pourcentage minimal d'oxygène de 12 Mo. On détecte la montée en'température du foyer 2 par le capteur 11 pour commander automatiquement les moyens de chauffage électrique du flux d'air injecté. On détecte l'autocombustion pour ramener la température du flux d'air à une valeur minimale. On commande, à chaque remontée en température de la chambre de combustion, une nouvelle phase de chauffage du flux d'air à une température d'au moins 500 C jusqu'à Il'autocombustion correspondant à chaque réactivation du feu détectée par le capteur de tempéra- ture 12 dans la chambre de postcombustion 4. Le pourcentage d'oxygène du flux d'air secon- daire injecté est égal au moins à 12 % et situé de pré- férence entre 14 ' et 16 '. A titre de variante, on prévoit l'injection directe, dans la chambre, d'une quantité d'ozone produi- te par un générateur d'ozone disposé directement à la sortie du canal aéraulique S d'injection, générateur commandé par le circuit de commande 13. REVENDICATIONS 1. Procédé de postcombustion des gaz et matiè- res volatiles imbrûlées caractérisé en ce que l'on injecte, par un canal aéraulique (S) dans une chambre de postcombustion (4).située au-delà du foyer (2), un flux d'air neuf porté à une température d'au moins 500 C en phase initiale de combustion dans le foyer jusqu'au dé- clenchement de l'autocombustion dans la chambre de post- combustion (4) et en ce que l'on détecte l'autocombus- tion pour diminuer la température de l'air neuf injecté jusqu'à une valeur minimale et que l'on porte à nouveau la température du flux d'air neuf injecté à une tempéra- ture d'au moins 500 C à chaque réactivation du feu dé- tectée par la montée en température de la chambre de combustion (2) ou foyer transmise par un capteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la quantité relative d'oxygène est supé- rieure à 12 %. - 3. Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la quantité relative d'oxygène est comprise entre 14 % et 16 %. 4. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le flux d'air neuf injecté dans la chambre de postcombustion est chauffé par des moyens de chauffage extérieurs au foyer. 25.5. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le flux d'air neuf est préchauffé par la chaleur du foyer (2). 6. Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le flux d'air neuf est préchauffé par la chaleur du foyer (2) et par des moyens extérieurs au foyer. 7. Procédé selon les revendications précéden- tes, caractérisé en ce que les moyens de chauffage extérieurs au foyer sont des moyens électriques. 8. Procédé selon la revendication 7, carac- térisé en ce que les moyens électriques de chauffage sont réalisés sous la forme d'un bloc chauffant (9) occupant toute la section droite du canal aéraulique d'injection. 9. Procédé selon les revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le flux d'air neuf injecté est enrichi en oxygène actif. 10. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'oxygène actif provient de l'air extérieur préchauffé. 11. Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le flux d'air est enrichi en ozone. 12. Procédé selon les revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le chauffage de l'air neuf est commandé par un capteur (11) de température du foyer et un circuit électronique (13). 13. Procédé selon les revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le courant d'air est forcé par un ventilateur ou une turbine (10). 14. Appareil de chauffage, caractérisé en ce qu'il possède une chambre de postcombustion (4) située au-delà du foyer -(2) et un circuit d'arrivée d'air neuf injecté dans la chambre de postcombustion ainsi que des moyens de chauffage pour porter cet air neuf à une température de valeur minimale égale à 300 C et des moyens de détection de la montée en température du foyer (2) ainsi qu'un circuit de commande (13) des moyens de chauffage de l'air neuf. 15. Appareil selon la revendication 14, carac- térisé en ce que la chambre de postcombustion (4) est attenante au foyer (2) séparée de celui-ci par une paroi métallique (6).