Brevet FR2700606A1 — publié le 19940722

La présente invention se rapporte à un dispositif ajustable d'alimentation en combustible solide pour un foyer ou chambre de combustion. Actuellement, de nombreux combustibles solides, sous forme pulvérulente ou analogue, peuvent être brûlés dans des foyers, par exemple de chaudière industrielle. Pour des raisons économiques et écologiques, il est courant d'utiliser comme combustible des résidus végétaux tels que noyaux, bagasses, écorces, coques ou analogues. En général, l'alimentation d'un foyer avec ces combustibles est effectuée par un dispositif comprenant un conduit incliné dit "chute" à l'intérieur duquel le combustible glisse sous l'effet de la gravité. La chute débouche dans le foyer à proximité d'une injection d'allumage du combustible, et pour que ce dernier pénètre le plus profondément dans le foyer, présente une forme coudée à son embouchure inférieure. Toutefois, avec de pareils dispositifs d'alimentation, le combustible n'est pas correctement réparti à l'intérieur du foyer, de sorte qu'il n'y a pas adéquation entre la répartition du combustible et la distribution de l'air comburant. Aussi, on a proposé dans l'art antérieur des dispositifs d'alimentation visant à mieux répartir le combustible dans le foyer, afin d'en améliorer la combustion. Le plus souvent, cette répartition est obtenue à l'aide d'un déflecteur mécanique ou d'un pulseur pneumatique prévu dans la chute, en regard du foyer. Dans le premier cas, le déflecteur est disposé de façon à dévier la trajectoire du combustible glissant dans la chute, vers le haut du foyer. Alors, le combustible forme une gerbe pénétrant profondément dans le foyer. Quand à eux, les pulseurs pneumatiques projettent un flux d'air sensiblement horizontal vers le foyer, par pulsations d'intensité modulée. Sous l'influence de ces pulsations, le combustible est alternativement soufflé vers le fond du foyer et projeté simplement sous l'effet de la gravité, plus près de la chute. Cependant, la position du déflecteur et l'orientation de la chute ainsi que du flux d'air sont toujours déterminées une fois pour toute lors de la mise en service du dispositif, et seulement sur la base d'un compromis en ce qui concerne les caractéristiques du combustible. Or, ces caractéristiques (entre autres, la texture, la granulométrie, l'humidité du combustible), varient dans le temps et influent sur la répartition de celui-ci dans le foyer Par conséquent, les dispositifs connus ne permettent pas d'obtenir de bonnes conditions de combustion, quelles que soient les caractéristiques du combustible. En outre, avec les dispositifs qui ne sont pas équipés de pulseurs pneumatiques, le combustible à parfois tendance à former des dépôts sur la face supérieure du déflecteur, ces dépôts freinant le combustible et réduisant par conséquent les effets de ce déflecteur. Aussi, la présente invention a pour but de proposer un dispositif ajustable d'alimentation qui pallie notamment les inconvénients énoncés plus haut de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation en combustible solide sous forme de fibres, de grains ou analogue, pour une chambre de combustion ou foyer, et du type comprenant une conduite dite chute, débouchant dans le foyer et inclinée pour que le combustible chute dans le foyer sous l'effet de la gravité, ainsi qu'une buse de projection d'air sous pression, prévue dans la chute et orientée vers le foyer, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un mécanisme d'entraînement qui coopère avec un volet mobile monté dans la chute en regard de la buse de projection, de sorte que le volet pivote en permanence autour d'un axe sensiblement horizontal et perpendiculaire à la direction longitudinale de la chute, entre une position basse et une position relevée, afin de constituer un tremplin mobile pour le combustible et de faire varier l'orientation du flux d'air projeté par ladite buse en fonction de sa position. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le volet pivotant est raccordé au mécanisme d'entraînement par un système de réglage des positions basse et/ou relevée, et apte à ajuster l'amplitude et éventuellement la vitesse du pivotement du volet. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le mécanisme d'entraînement est constitué par un vérin dont la partie fixe ou corps est solidaire de la chute, tandis que la partie mobile ou tige est reliée à un excentrique, solidaire en rotation du volet. De préférence, le vérin précité est un vérin amorti, et le système de réglage des positions relevée et basse comprend au moins une cale, fixée de façon démontable sur la tige du vérin, et apte à en limiter le débattement. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, le mécanisme d'entraînement comprend un disque, levier ou analogue, entraîné en rotation par exemple à l'aide d'un moteur, et dont est solidaire un téton excentré qui coulisse dans une lumière, elle-même formée dans un bras solidaire en rotation du volet. Dans ce cas, le système de réglage est avantageusement constitué par des moyens aptes à ajuster la distance radiale entre l'axe de rotation du levier et le téton. Suivant une autre caractéristique, le volet précité est monté dans la chute par l'intermédiaire d'un arbre pivotant dont il est solidaire en rotation, et par rapport auquel un coulissement ou jeu axial prédéterminé du volet est possible. Suivant encore une autre caractéristique, en position relevée, le volet pivotant obture au moins partiellement la chute précitée. On notera également ici qu'en position relevée, le flux d'air précité balaye la face supérieure du volet pivotant. Par ailleurs, en position basse, le flux d'air précité balaye essentiellement la face inférieure du volet pivotant, ainsi qu'une paroi de la chute située en regard de cette face. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples, qui suit et se réfère aux dessins annexés et dans lesquels les mêmes numériques désignent des éléments identiques ou similaires. Dans les dessins: - la figure 1 est une vue partielle en coupe verticale d'un dispositif d'alimentation conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue agrandie du détail désigné en III sur la figure 2, et - la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 qui représente un autre mode de réalisation de l'invention. Sur les figures, la référence numérique 1 désigne de manière générale un dispositif ajustable d'alimentation en combustible d'une chambre de combustion, foyer ou analogue, qui est ici désigné 2. Comme expliqué plus haut, divers types de combustibles solides, sous forme de graines, de coques, de fibres ou de plaquettes peuvent être brûlés dans le foyer 2, qui peut par exemple faire partie d'une chaudière industrielle. Le dispositif 1 comprend notamment une conduite 12 appelée "chute", qui débouche dans le foyer 2. Plus précisément, la chute 12, dont la largeur est de préférence plus importante que la hauteur, est reliée et traverse une paroi verticale 21 ou face avant du foyer 2. Bien que ceci ne soit pas représenté, la chute 12 débouche dans la chambre de combustion ou foyer 2 dans la zone de feu qui procure l'énergie suffisante pour procéder à l'allumage du combustible rentrant. On remarque sur les figures 1 et 4 que la conduite ou chute 12 est inclinée vers le bas et vers le foyer 2, pour qu'un combustible solide quelconque introduit par son extrémité supérieure (non représentée), glisse dans la chute sous l'effet de la gravité (comme indiqué par les flèches C sur les figures), afin de pénétrer et d'être projeté à l'intérieur du foyer 2. Le plus souvent, les particules, morceaux ou granulés de combustibles glisseront suivant C contre des parois 121, 122 et 123 du dispositif 1, qui font partie du fond ou cloison inférieure de la chute 12. On remarquera également ici que la paroi de fond 121 qui est fixée à la paroi de face 21 du foyer 2, ainsi que la paroi de fond 122 de la chute 12 définissent un coude réduisant l'inclinaison de la chute 12. Néanmoins, on précisera ici qu'un tel coude n'est pas indispensable. On voit sur les figures 1, 2 et 4 une fente ou buse 3 qui s'étend sensiblement à l'horizontale et débouche dans la chute 12. Cette buse 3 est reliée par l'intermédiaire d'une canalisation 31 solidaire de la chute 12 à une source d'air sous pression, de sorte qu'un flux d'air F orienté vers le foyer 2 soit projeté dans la chute 12. Conformément à l'invention, le dispositif 1 comporte également un mécanisme d'entraînement 4 qui coopère avec un volet mobile 41 monté dans la chute 12 en regard de la buse de protection 3, de sorte que ce volet 41 pivote en permanence autour d'un axe X-X' sensiblement horizontal (c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la feuille sur les figures 1 et 4) et perpendiculaire à la direction longitudinale (représentée par exemple par la flèche C sur les figures 1 et 4) de la chute 12, entre une position basse (en traits forts sur la figure 1) et une position relevée (en pointillés sur la figure 1), afin de constituer un tremplin mobile pour le combustible et de faire varier l'orientation du flux d'air projeté par la buse 3 en fonction de sa position.Autrement dit, le mécanisme d'entraînement 4, permet de faire pivoter le volet 41 comme indiquée par les flèches D, entre une position basse où son extrémité libre opposée à l'axe X-X' est proche de la paroi de fond 121, et une position relevée dans laquelle le tremplin dévie la trajectoire du combustible vers le haut, pour que celui-ci pénètre plus profondément dans le foyer 2. I1 ressort de la figure 1 que le volet 41 est plan et comporte, sur sa face inférieure, des plats ou nervures de renforcement. Ces nervures disposées perpendiculairement à X-X', rendent le volet 41 particulièrement rigide. Ces nervures qui peuvent, lorsque le volet 41 est en position basse, venir en appui contre le fond de la chute, constituent donc des butées déterminant cette position basse, tout en ménageant un passage d'air sous le volet 41. Evidement, même si le volet 41 illustré est plan, on peut envisager que sa face supérieure ait des rebonds latéraux relevés et/ou arrondis. On notera ici que, contrairement aux dispositifs d'alimentation de l'art antérieur, le volet 41 débat constamment lors de l'alimentation en combustible solide du foyer 2, et que l'intensité du flux d'air soufflé à travers la buse 3 dans la chute 12 est sensiblement constante, tandis que son orientation varie. Un tel flux d'air sous pression peut aisément être généré par une source conventionnelle, tel qu'un ventilateur de soufflage. On comprend également au vu des figures 1 et 4 que si le volet est en position relevée, le flux d'air précité provenant de la buse 3 balaye essentiellement la face supérieure du volet pivotant 41. Un tel balayage a pour avantage de transmettre une impulsion pneumatique au combustible avant qu'il ne pénètre dans le foyer 2. L'effet du flux d'air projeté par la buse 3 s'adresse principalement aux particules les plus fines et les plus légères qui constituent le combustible. En effet, ces particules auront tendance à être soufflées par le flux d'air et à pénétrer plus profondément dans le foyer 2 qu'en l'absence de ce flux. Par contre, les particules les plus grosses du combustible décrocheront des lignes de courant du flux, sous l'effet de la gravité, et auront donc tendance à être projetées plus près de la chute 12. C'est pour permettre à ces particules plus lourdes de malgré tout pouvoir pénétrer profondément dans le foyer 2, que le volet pivotant 41 vient alternativement se placer en position relevée. On notera ici que la position relevée du volet pivotant 41 sera déterminée de manière à permettre de projeter le combustible au point le plus profond du foyer 2, et qui peut être la zone de début de combustion. Quand le volet 41 est dans cette position relevée, les particules de combustible qui ont accumulé lors de leur chute une énergie cinétique ou inertie proportionnelle à leur masse, voient leur trajectoire redressée vers le haut du foyer 2, et sont projetées dans celui-ci, à partir de l'extrémité libre du volet 41 et de manière à former une gerbe.De manière imagée, le volet 41 agit donc comme un tremplin de saut de ski. I1 convient aussi de noter que, puisqu'en position relevée le flux d'air soufflé par Ia buse 3 balaye essentiellement la face supérieure du volet 41, ce flux agira comme un coussin d'amortissement déviant la trajectoire des particules suivant l'orientation de ce volet. De plus, une telle déviation ou effet de coude occasionne, au contact de la face supérieure du volet 41, une augmentation de vitesse du combustible, qui améliore encore l'effet de tremplin du volet 41. Evidemment, on comprend bien au vu des figures que c'est grâce à sa position dans la chute 12, avec son axe X-X' de pivotement juste en regard du centre de la buse 3, que le volet peut agir comme un déflecteur faisant varier l'orientation du flux d'air provenant de la canalisation 31. En effet, quand ce volet 41 est en position relevée, son extrémité opposée au foyer 2 se rapproche de la paroi de fond 121 de la chute 12. Ceci provoque un étranglement entre la face inférieure du volet 41 et cette paroi 121, tel que le flux d'air s'écoulant suivant F dans la canalisation 31, balaye et s'écoule essentiellement contre la face supérieure de ce volet à la sortie de la buse 3.A l'inverse, on comprend au vu de la figure 1 que si le volet pivotant 41 est en position basse ou escamotée, l'extrémité opposée au foyer 2 de ce volet 41 se rapproche de la paroi de fond 122 de la chute 12, et provoque entre cette paroi et la face supérieure du volet un étranglement tel que le flux d'air provenant de la canalisation 31 a tendance à balayer essentiellement la face inférieure du volet 41. Autrement dit, quand le volet est en position basse, le flux d'air projeté par la buse 3 s'écoule entre la face inférieure du volet 41 qui est en regard de la paroi de fond 121, et cette dernière. Dans cette position, le flux d'air provenant de la buse 3 balaye notamment la paroi de fond 121, ce qui évite la formation de dépôts de combustibles dans la chute 12, à proximité du foyer 2. I1 convient également de noter ici que, comme illustré, le volet 41 a des dimensions telles que son extrémité libre la plus proche de la paroi de face 21, s'étend à une distance prédéterminée du foyer 2. Ceci permet de limiter l'influence de la chaleur du foyer 2 sur ce volet 41, et donc d'augmenter sa longévité. Sur les figures, les doubles flèches D illustrent la manière dont le volet pivotant 41 débat. Comme expliqué plus haut, ce débattement D permet de combiner une action mécanique et une action pneumatique sur le combustible. Autrement dit, du point de vue mécanique, plus le volet 41 est proche de sa position relevée, plus l'effet mécanique a tendance à projeter le combustible (plus particulièrement ses particules les plus lourdes), profondément dans le foyer 2. Parallèlement, en se rapprochant de sa position relevée, le volet 41 modifiera l'orientation ainsi que la répartition de part et d'autre de ce volet, du flux provenant de la buse 3, et permet un soufflage (notamment des particules les plus fines et légères) du combustible de plus en plus profondément dans le foyer 2. Entre les positions basses et relevée du volet 41, l'influence combinée de l'action mécanique et de l'action pneumatique permettent d'obtenir une répartition régulière du combustible dans le foyer 2.Comme expliqué plus haut, une telle répartition régulière à un effet extrêmement favorable pour la combustion, et particulièrement dans le cas où celle-ci s'effectue sur une grille. En outre, il est intéressant de remarquer que la combinaison des effets pneumatique et mécanique, et leurs influences respectives sur essentiellement les particules les plus légères et les plus lourdes du combustible, font que le dispositif d'alimentation 1 est relativement peu sensible aux variations des caractéristiques du combustible, ce qui permet de garantir une combustion encore plus régulière de celui-ci. En se reportant aux figures 1 à 3, un premier mode de réalisation va maintenant être décrit plus complètement. D'après ce mode de réalisation, le mécanisme d'entraînement 4 est essentiellement constitué par un vérin 43, dont la partie fixe ou corps est solidaire de la chute 12, tandis que sa partie mobile ou tige est reliée à un excentrique 44, lui-même solidaire en rotation du volet pivotant 41. Plus précisément, le vérin 43 est un vérin amorti dont le corps est monté pivotant sur une poutre 34, elle-même solidaire de la chute 12. L'extrémité libre de la tige du vérin 43 est pour sa part liée à une extrémité de l'excentrique 44 opposée à l'axe X-X', par une articulation parallèle à cet axe. On comprend bien que, puisque le corps du vérin 43 est fixe et que sa tige est articulée sur l'excentrique 44, lorsque la longueur de ce vérin 43 varie, l'excentrique 44 tourne autour de l'axe X-X'. Le mécanisme d'entraînement 4 est agencé de sorte que pour une longueur minimale du vérin 43, le volet pivotant 41 soit en position relevée, et que pour une longueur maximale du vérin 43, le volet pivotant 41 se trouve en position basse.Bien que ceci ne soit pas illustré, le volet pivotant 41 est avantageusement raccordé au mécanisme d'entraînement 4 par un système de réglage des positions basse et/ou relevée, et donc apte à ajuster l'amplitude du pivotement du volet 41. Pour le mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 3, ce système de réglage pourra comprendre au moins une cale fixée de façon démontable et ajustable sur la tige du vérin 43 et apte à en limiter le coulissement. En ce qui concerne le système de réglage de la position basse, celle-ci correspond à une longueur maximale du vérin 41 qui peut être ajustée. En outre, le débit de fluide pourra être modulé de façon à obtenir un débattement du volet plus ou moins rapide. Sur la figure 2, on voit que le volet 41 est monté à rotation autour de l'axe X-X' à l'aide d'un arbre 42 s'étendant suivant cet axe. Le volet 41 est rendu solidaire en rotation de l'arbre 42, qui est lui-même monté à pivotement sur la chute 12. Ici, l'excentrique 44 a la forme d'un levier et comporte à son extrémité opposée à la tige du vérin 43, une douille montée sur l'arbre 42 et rendue solidaire de ce dernier par une vis de serrage ou un point de soudure. Comme on le voit sur la figure 2, à l'extrémité de l'axe 42 opposée à l'excentrique 44, on fixe, par exemple à l'aide d'une vis 442, ou encore avec un point de soudure, un bras 445. Ce bras est disposé de manière à pouvoir venir en contact avec un capteur de fin de course, monté sur la chute de façon réglable, et apte à commander le vérin 43. On comprend que même si le volet 41 est agencé de sorte que son extrémité la plus proche de la paroi 21 se trouve à une distance prédéterminée du foyer 2, la chaleur de ce dernier aura néanmoins tendance à engendrer des déformations de ce volet et du mécanisme d'entraînement 4. Pour éviter que ces déformations ou dilatations différentielles n'altèrent le fonctionnement du dispositif 1, le volet 41 est monté sur l'arbre 42 avec un point fixe du côté du levier 44, tandis que son extrémité située à proximité du bras 445 est libre en translation. Cette extrémité peut ainsi coulisser suivant X-X' par rapport à celuici, sur une distance prédéterminée dite jeu axial.Ceci ressort bien de la figure 3 où l'on voit que la liaison entre l'arbre 42 et une douille interne 441 d'un roulement dont la douille externe est fixée à la chute 12, s'effectue par l'intermédiaire d'une vis 443 dont l'extrémité libre fait saillie dans une gorge 423 formée dans l'arbre 42 et s'étendant suivant X-X'. De fait, quand le volet 41 et l'arbre 42 sont soumis à des variations de températures et subissent des variations dimensionnelles, ces variations sont absorbées par le déplacement relatif de la gorge 423 et de la vis 443. Maintenant, un autre mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 4 va être décrit. Ici, le mécanisme d'entraînement 4 comprend un disque 444 entraîné en rotation, par exemple à l'aide d'un moteur conventionnel, et dont est solidaire un téton 46. Le disque 444, qui pourrait également être remplacé par un levier ou tout autre excentrique analogue, peut tourner (comme indiqué par la flèche R) autour d'un axe Y-Y' parallèle à X-X'. Le téton 46 est immobilisé sur le disque 444 de façon excentrée, c'est-à-dire avec une certaine distance radiale par rapport à l'axe Y-Y'. Ce téton 46 s'étend à l'intérieur d'une lumière oblongue 47 formée dans un bras 44 solidaire en rotation du volet 41. Le bras 44 est donc à peu près similaire à l'excentrique portant la même référence sur la figure 1, à l'exception de ce qu'il comporte une lumière dans laquelle le téton 46 peut librement coulisser. On comprend déjà que si le disque 444 tourne autour de son axe Y-Y', dans le sens indiqué par la flèche R ou dans le sens inverse, le téton excentrique 46 se déplace dans la lumière 47, et provoque un mouvement pendulaire autour de l'axe X-X' du bras excentrique 44, qui lui-même génère un déplacement du volet 41 entre sa position basse et sa position relevée. Ici, on remarquera que si l'on relève le volet 41 en le faisant pivoter suivant le sens trigonométrique sur la figure 4, son extrémité libre opposée à l'axe X-X' vient en contact avec la paroi 21. Ainsi, il pourrait être avantageux que dans le dispositif 1 conforme à l'invention, le volet pivotant 41 en position relevée obture, au moins partiellement, la chute 12. Toujours à propos du mode de réalisation de la figure 4, un système de réglage des positions basse et relevée du volet 41 peut être constitué par des moyens, tels qu'une rainure radiale formée dans le disque 444, aptes à ajuster la distance radiale entre l'axe de rotation Y-Y' du disque 444 faisant office de levier, et le téton excentrique 46. Par exemple, ce système pourra consister à fixer de façon démontable le téton 46 dans une telle rainure radiale, à l'aide d'une vis de serrage. I1 va de soi que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais comprend tous les équivalents et les combinaisons des moyens techniques illustrés, si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en combustible solide pour une chambre de combustion ou foyer (2), et du type comprenant une conduite dite chute (12), débouchant dans le foyer (2) et inclinée pour que le combustible chute dans le foyer sous l'effet de la gravité, ainsi qu'une buse de projection d'air sous pression (3) prévue dans la chute (12) et orientée vers le foyer (2), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un mécanisme d'entraînement (4) qui coopère avec un volet mobile (41) monté dans la chute (12) en regard de la buse de projection (3), de sorte que le volet pivote en permanence autour d'un axe (X-X') sensiblement horizontal et perpendiculaire à la direction longitudinale de la chute (12), entre une position basse et une position relevée, afin de constituer un tremplin mobile pour le combustible et de faire varier l'orientation du flux dtair projeté par ladite buse (3) en fonction de sa position. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volet pivotant (41) est raccordé au mécanisme d'entraînement (4) par un système de réglage des positions basse et/ou relevée, et donc apte à ajuster l'amplitude et éventuellement la vitesse du pivotement (D) du volet (41). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement est constitué par un vérin (43) dont la partie fixe ou corps est solidaire de la chute (12), tandis que sa partie mobile ou tige est reliée à un excentrique (44), solidaire en rotation du volet (41). 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le vérin (43) précité est un vérin amorti, et que le système de réglage des positions relevée et basse du volet (41) comprend au moins une cale fixée de façon démontable sur la tige du vérin (43) et apte à en limiter le coulissement. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement (4) comprend un disque (444), levier ou analogue entraîné en rotation, par exemple à l'aide d'un moteur, et dont est solidaire un téton excentré (46) qui coulisse dans une lumière (47), elle-même formée dans un bras (44) solidaire en rotation du volet (41). 6. Dispositif selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que le système de réglage précité est consituté par des moyens aptes à ajuster la distance radiale entre l'axe de rotation du disque ou levier (444) et du téton excentré (46). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le volet précité (41) est monté dans la chute par l'intermédiaire d'un arbre pivotant (42) dont il est solidaire en rotation, un coulissement ou jeu axial prédéterminé cet arbre (42), et donc du volet (41), par rapport à la chute (12) étant possible. 8. Dispositif selon I'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'en position relevée du volet (41), celui-ci obture au moins partiellement la chute (12) précitée. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'en position relevée du volet (41), le flux d'air précité balaye essentiellement la face supérieure de ce dernier. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'en position basse du volet (41), le flux d'air précité balaye essentiellement la face inférieure de ce dernier, ainsi qu'une paroi (121) de la chute située en regard de cette face du volet (41).