Brevet FR2901014A1 — publié le 20071116

La présente invention concerne une chaudière à combustible solide, conçue pour l'utilisation du bois en bûches selon le principe de la combustion à flamme inversée. La chaudière peut également fonctionner avec divers brûleurs automatiques utilisant notamment du bois en plaquettes ou en granulés, ou des céréales. L'objet de l'invention est d'offrir un corps de chauffe performant et économique à construire, se substituant aux corps de chauffe à échangeur tubulaire, plus onéreux, et généralement plus encombrants; tout particulièrement, le présent corps de chauffe est approprié aux combustibles qui produisent des cendres, celles-ci étant susceptibles de se déposer partiellement dans les échangeurs. L'échangeur pro-posé, de hauteur importante et de grande longueur, permet à la chaudière de fonctionner avec un bon rendement et sans perte de charge importante, avec des gaz de combustion contenant des poussières en suspension, sans nécessiter d'entretien trop contraignait. Les dessins annexés illustrent la description qui va suivre: 20 - La figure 1) représente la chaudière disposée de profil, en coupe selon un plan vertical axial. - La figure 2) représente la chaudière disposée de face, en coupe selon un plan vertical. - La figure 3) représente la chaudière en coupe selon 25 un plan horizontal passant par l'échangeur. La chaudière comporte une chemise d'eau (1) qui constitue les parois latérales ainsi que le dessus et le dessous du corps de chauffe. L'eau y circule en entrant par le dessous de la paroi inférieure, et en sortant par le dessus de la 30 paroi supérieure. La paroi postérieure (2), calorifugée sur sa face externe, est percée a sa partie supérieure, dans l'axe médian, d'un orifice circulaire coiffé, à l'extérieur, par la buse (3). La paroi anterieure (4) est pouvue des ouvertures de charge- 35 ment, de décendrate et de ramonage, lesquelles sont munies de leurs élémentse fermeture c .lori 'ugé i . Le volume interne de la chaudière est divisé en trois compartiments superposés qui sont: le magasin à combustible (5), en position centrale, la chambre de combustion (6), sous-jascente au dit magasin (5), et l'échangeur (7,7',7") situé au-dessus de celui-ci. Le magasin (5), dont le plancher, ou sole, est revêtu de réfractaire, communique avec la chambre (6) par un orifice (8) pratiqué au centre dudit plancher; cet orifice (8), de forme allongée dans le sens antéro-posté- rieur, est prolongé en dessous par au moins trois parois verticales, en inox réfractaire, constituant, selon une version préférée, les parois latérales et la paroi postérieure de la tuyère d'éjection (18), tandis qu'au-dessus, cet orifice (d) est coiffé d'une grille de même métal réfractaire. Sur chacune des parois latérales du magasin (5) sont fixées deux barres verticales (19) constituées chacune d'une tige métallique coudée à angle droit à ses extrémités et soudées par celles-ci è. ladite paroi. Lesdites barres (19) forment entre elles par paires antagonistes un évasement vers le bas favorisant la descente du combustible stocké. Avantageusement, ces barres (19) ménagent, entre le combustible et la paroi, un espace permettant le passage des rampes d.'air primaire (144) et (14') qui seront décrites ci-dessous, ledit espace favorisant aussi la répartition de l'air comburant sur les cotés du chargement. La chambre de combustion (6), dont le plancher est revêtu de réfractaire, communique avec l'échangeur (7,7',7") par les conduits de transfert (9) et (9'). Ces conduits (9) et (9'), formés de trois parois profilées en "U", en tôle pliée par exemple, sont fixés verticalement à la paroi postérieure (2), laquelle constitue la quatrième paroi desdits conduits, ceux-ci étant placés au voisinage immédiat des parois latérales du magasin (5). La portion de la paroi postérieure (2) comprise entre les conduits de transfert (9) et (9') est garnie d'une protection thermique en matériau réfractaire. L'échangeur (7,7',7") constitue le compartiment supérieur du corps de chauffe; son plancher est muni, en position centrale de préférence, d'un dispositif de dériva- tien qui, lorsque l'obturateur est en position ouverte, permet aux produits de combustion d'arriver directement à, la buse. L'échangeur (7,7',7") est constitué de trois parcours parallèles séparés par deux cloisons verticales (10) et (10'), dont une extrémité est au contact de la paroi postérieure (2) tandis que l'autre extrémité se prolonge vers l'avant sans atteindre la paroi antérieure (4), ce qui met en communication les parcours latéraux (7) et (7') avec le parcours central (7"); à l'arrière, ce dernier est prolongé par la buse (3). La paroi antérieure (4), dans sa partie correspondant à l'intervalle entre la porte de chargement et la porte de décendrage, comporte sur sa face interne le caisson répartiteur d'air (12). Celui-ci communique avec les rampes d'air primaire (14) et (14') qui longent horizontalement les parois latérales du iaagsin (5). Lesdites rampes son :percées de trous d'injection calibrés et régulièrement espacés sur leurs faces interne et infélil:l..Cu. Le .iials71J11 (l2) euu également en oo1alUniC Iiioii avec les rampes d'air secondaire (15) et (15'). Selon une version préférée, les rampes (15) et (15'), de section carrée, sont fixées sur la face externe des parois latérales de la tuyère (18) dans l'angle que forment celles-ci avec le plafond de la chambre de combus- tion (6). Ces rampes (15) et (15'), dans la portion oû elles sont en contact avec ladite tuyère (18), sont percées de trous calibrés et régulièrement espacés, lesdits trous correspondant avec d'autres perforations, identiques en nombre et position, et d'un calibre au moins égal aux précédents, pratiquées dans la paroi latérale de ladite tuyère (lL). Dans l'axe de symétrie du caisson (12), la paroi antérieure (4) est percée de l'orifice (13); celui-ci est coiffé par le tunnel d'air (16) avec lequel il communique, et qui se prolonge horizontalement d'un coté, à droite par exemple, plaqué à ladite paroi (4), son extrémité libre débouchant au-delà de l'angle de la paroi externe de la chaudière. Cette extrémité est munie d'un volet de régulation (17), commandé par un thermostat non représenté. Un ventilateur peut être incorporé au tunnel (16), dans le but d'activer la combustion.. Le fonctionnement est facile à comprendre si l'on se réfère aux dessins annexés: le combustible, chargé dans le magasin (5), se consume grâce à l'air comburant primaire; cet air, admis par le volet (17), emprunte le tunnel (16), puis. est introduit dans le caisson (12) où il est échauffé; il est enfin injecté dans le magasin (5) au moyen des rampes d'air primaire (14) et (14'). A l'intérieur du magasin(5)1 la combustion est incomplète et produit des gaz combustibles. Pour sortir du magasin, le dispositif de dérivation, étant fermé,ces gaz traversent la couche de braises et franchissent la grille de sole, puis ils passent par l'orifice (8), et sont introduits dans la tuyère (18) où ils brûlent à haute température en se combinant à l'air seLendâ:i.ie injecté par las rampes (15) at (1j ). .LJa. 1lamaie se développe dans la chambre de combustion (6) où une partie de la chaleur est échangée avec les parois latérales et inférieure. Les produits de combustion quittent la chambre (6) par les conduits de transfert (9) et (9') et atteignent les parcours latéraux (7) et (7') de l'échan- eux', où ils circulent vers l'avant, ils passent ensuite dans le parcours central (7") où ils circulent vers l'arrière et sont enfin évacués par la buse (3). Après un certain temps de fonctionnement, de l'ordre de plusieurs semaines, on peut constater des dépôts de cendres dans l'échangeur, principalement sur le plancher de celui-ci. On peut vérifier, par des mesures thermiques, que le rendement de la chaudière n'en est pas sensiblement affecté, ce qui est en accord avec le fait que le plancher de l'échangeur est un simple cloisonnement et ne joue aucun rôle direct dans l'échange thermique. De même, les pertes de charge aérauliques ne sont pas sensiblement augmentées pendant une longue période de fonctionnement, en raison des dimensions importantes de l'échangeur. Revendications 1) Chaudière à combustible solide à flamme inversée comportant une chemise d'eau (1) qui constitue la paroi supérieure, les parois latérales et la paroi inférieure du corps de chauffe, et qui délimite partiellement un magasin à combustible (5), une chambre de combustion (6) sous-jascente, et un échangeur horizontal (7,7',7"), situé au-dessus dudit magasin (5), la paroi antérieure (4) comportant, sur sa face interne et au-dessous de la porte de chargement, le caisson répartiteur d'air (12) qui communique avec les rampes d'air primaire (14) et (14') et avec les rampes d'air secondaire (15) et (15'), ce caisson (12) communicant également avec un tunnel extérieur d'amenée d'air (16), l'extrémité libre de ce tunnel étant coiffée par un volet de régulation (17) et pouvant contenir un ventilateur, la chambre de combustion (6) étant reliée à l'échangeur (7,7',7") par deux conduits de transfert (9) et (9'), chaudière caractérisée en ce que lesdits conduits (9) et (9') sont fixés sur la face interne de 7.a paroi postérieure (2) au voisinage des parois latérales du magasin (5). 2) Chaudière selon revendication 1) remarquable en ce que la portion de la paroi postérieure (2) comprise entre les conduits de transfert (9) et (9') comporte un reeetement réfractaire. 3) Chaudière selon les revendications 1) ou 2) remarquable en ce que l'échangeur est constitué de deux parcours latéraux (7) et (7'), parcourus d'arrière en avant par les fumées, et d'un parcours central (7") parcouru en sens inverse du précédent,lesdits parcours (7) (7') et (7") communicant entre eux par leur extrémité antérieure. 4) Chaudière selon l'une quelconque des revendications ci-dessus remarquable en ce qu'elle associe la combustion à flamme inversée à un échangeur horizontal à double sens de flux, constitué de trois parcours parallèles disposés sur un même plan horizontal