Brevet FR2914053A1 — publié le 20080926

La présente invention se rapporte à un piège à poussières pour chaudières notamment en fonte fonctionnant avec un combustible solide par exemple du bois ou du charbon. Il est connu que la combustion de combustibles solides, notamment celle du bois, produit des gaz et fumées de combustion chargés en particules solides. Si les particules lourdes restent dans le foyer et sont évacuées avec les cendres, celles plus légères sont emportées par le flux aéraulique et se déposent sur les parois des carneaux du corps de chauffe sur lesquelles passent les fumées de sortie chargées de ces particules appelées globalement des cendres volantes. Ces dépôts sont particulièrement abondants sur le trajet des fumées dans les chaudières en fonte dans lesquelles le flux aéraulique chemine horizontalement le long des carneaux avant de s'échapper par le conduit de fumées. Or, il se trouve que dans ces carneaux, les structures d'échange sont horizontales ou présentent des ailettes horizontales, ce qui favorise encore les dépôts à un point tel que leur évacuation fréquente s'avère nécessaire. Cette nécessité représente une contrainte trop importante pour le chauffage domestique et une solution appropriée doit être trouvée pour éviter ces dépôts qui engendrent un nettoyage trop fréquent. On connaît de nombreuses façons et de nombreux dispositifs destinés à dépoussiérer les fumées des particules solides volantes les plus lourdes. On distingue d'abord une variété de procédés et de moyens consistant à nettoyer et à laver les fumées et d'autres moyens destinés à rendre les fumées propres par une meilleure combustion, une post combustion, une gazéification ou une pyrolyse. Ces systèmes nécessitent un matériel cher et complexe avec d'éventuelles interventions chimiques. Pour d'autres, il faut un brûleur spécial. On distingue ensuite des procédés de séparation physique par cyclone ou autres ou par des filtres mécaniques, liquides ou électrostatiques. Ces moyens s'avèrent également chers et nécessitent un entretien régulier car le risque de colmatage est souvent important. Les dépoussiéreurs centrifuges présentent une bonne efficacité. Cependant, ils sont bruyants, encombrants et chers. Par ailleurs, des difficultés subsistent pour adapter le rendement de dépoussiérage aux exigences écologiques actuelles. De plus, ces techniques sont, soit impossibles à appliquer à des chaudières domestiques, soit difficilement supportables du point de vue économique. L'invention a pour but d'apporter une solution efficace, statique, durable et fiable ne nécessitant aucun entretien et à moindre coût. Pour débarrasser les fumées de ces particules fines ou poussières susceptibles de se déposer sur les structures d'échange, on prévoit selon l'invention un bloc de dépoussiérage traversé par les fumées qui, grâce à ses chicanes, réalise un travail de séparation des particules en retenant les plus lourdes qui tombent au fond du foyer. Ainsi, seules les particules les plus fines traversent le dépoussiéreur et sont emportées par le flux aéraulique dans le conduit de fumées. Celles-ci, particulièrement légères, ne se déposent pas sur les parois mais au contraire sont évacuées à l'extérieur de la même façon qu'un produit volatil. Le piège à poussières selon l'invention peut avantageusement être réalisé sous la forme d'une pièce distincte à rapporter à l'arrière du foyer sur le trajet ascendant de sortie des fumées avant leur passage dans les carneaux. Les particules les plus lourdes, freinées, n'arrivent pas à traverser le passage en chicanes et chutent par gravité dans le foyer d'où elles sont évacuées par le dispositif d'enlèvement des cendres. On retrouve ainsi les avantages d'un ensemble statique, fiable, peu encombrant, robuste et d'un faible coût. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple et accompagnée des dessins dans lesquels : . la figure 1 est une vue en perspective du piège à poussières selon :L'invention, . la figure 2 est une vue en perspective de l'arrière montrant le piège à poussières en place à l'intérieur d'une chaudière, l'élément échangeur arrière de celle-ci étant dessiné en transparent, . la figure 3 est une vue en perspective de l'intérieur de la chaudière en regardant vers l'élément échangeur arrière, . la figure 4 est une vue en élévation montrant le piège à poussières selon l'invention en place, le trajet des fumées et des poussières étant visualisé par des flèches. L'intérêt de cette invention réside dans la facilité de montage et d'intégration de ce piège à poussières dans le corps d'une chaudière sectionnable, c'est-à-dire dont le corps de chauffe est constitué par la succession de blocs échangeurs assemblés entre eux, dont les parties inférieures juxtaposées forment la chambre de combustion et dont les parties supérieures juxtaposées forment au moins un étage de canaux échangeurs le long desquels passe le flux aéraulique sortant de la chambre de combustion. Ces canaux sont appelés traditionnellement carneaux. La chaudière représentée à titre d'exemple non limitatif sur les dessins est de petite puissance. Elle présente un corps de chauffe 1 ne comportant selon l'exemple, que trois blocs échangeurs à savoir un échangeur avant 2, un échangeur intermédiaire 3 et un échangeur arrière 4. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à un corps de chauffe à trois échangeurs et l'échangeur ici qualifié d'intermédiaire est de façon plus générale l'avant dernier échangeur. Au contraire, elle s'étend aux chaudières de toutes les puissances pouvant exister. Le piège à poussières 5 selon la présente invention vient se monter ou se placer en s'insérant dans l'espace existant pour le passage des fumées et gaz de combustion entre l'échangeur intermédiaire 3 ou avant dernier échangeur et le dernier échangeur 4. Il peut se monter et se trouver placé de différentes façons entre la paroi 6 de face arrière de l'échangeur intermédiaire 3 et celle en regard du dernier échangeur. Il existe dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures trois voies parallèles de carneaux dont deux carneaux latéraux 7 et 8 et un carneau central 9 d'évacuation. Bien entendu, l'invention s'applique aussi à des dispositions et conformations intérieures différentes. Le piège à poussières 5 peut occuper en épaisseur toute ou presque toute la largeur d'un compartiment arrière de renvoi 10 c'est-à-dire le passage des gaz et fumées de combustion entre les deux échangeurs 3 et 4. Ce compartiment arrière de renvoi 10 est défini comme délimité par l'échangeur arrière 4 et la paroi 6 de face arrière de l'échangeur intermédiaire 3 jusqu'à l'entrée des carneaux. On indiquera ci-après l'emplacement du piège à poussière 5 dans l'exemple représenté sur les figures mais celui-ci ne doit pas être considéré comme limitatif. Le piège à poussières 5 selon l'invention se présente sous la forme d'une pièce en tôle pliée 11 comportant un plan-support vertical ou plaque-support 12 se terminant vers le haut par deux ailes parallèles obliques de déviation et de calage 13 et 14 délimitant entre elles un évidement 15. Les ailes obliques 13 et 14 servent de déflecteur et de support. Elles peuvent éventuellement prendre appui chacune sur l'épaulement 16 ou 17 d'entrée d'un carneau. La plaque-support 12 est destinée à servir de plaque dorsale au piège à poussières 5 selon l'invention. La plaque-support 12 présente différentes ailettes perpendiculaires sous la forme de déflecteurs plans en position inclinée par rapport à l'horizontale et disposés en chicane de manière à former deux voies principales de passage 18 et 19 sensiblement symétriques, à espace convergeant vers le haut entre lesquelles se trouve une voie médiane de retour 20 à espace divergeant vers le haut et à déviateur de répartition 21 sous la forme d'un déflecteur biplan du type dièdre à angle obtus ouvert regardant vers le haut et placé en position médiane. Chaque voie principale de passage 18 ou 19 peut se trouver par exemple, mais non obligatoirement, en alignement avec l'entrée de chaque carneau correspondant. Chaque voie principale de passage 18 ou 19 est constituée du bas vers le haut d'un premier étage sous la forme de deux déflecteurs inclinés convergeant vers le haut 22,23 et 24,25 formant un espace se rétrécissant vers le haut et débouchant sur un deuxième étage formé d'un déflecteur transversal et incliné 26,27 par rapport à la direction du flux et surmonté par un deuxième déflecteur 28,29 quasi parallèle mais décalé dans l'espace vers la partie centrale formant à chaque fois une chicane 30, 31. Chaque déflecteur plan est une plaquette rectangulaire de dimensions et de formes variables telles que représenté sur les figures. La voie médiane de retour 20 est occupée partiellement par le déviateur de répartition 21 et formée dans sa première partie par un espace divergent délimité par les déflecteurs 23 et 24. L'ensemble mécanique formé de la plaque-support 12 et des déflecteurs présente une épaisseur telle qu'il occupe la totalité ou la quasi totalité de l'épaisseur du compartiment arrière de renvoi 10 par lequel passent les gaz et fumées de combustion. La longueur du piège à poussières 5 lui permet d'occuper toute la largeur du compartiment arrière de renvoi 10 délimitant avec les déflecteurs adjacents des voies d'extrémité 32 et 33. Cette structure et disposition en chicanes freine le flux aéraulique sortant, et l'oblige à se diviser et à perdre sa charge en particules lourdes. En effet, la présence de ces obstacles plans en chicanes formant ensemble une sorte de labyrinthe oblige le courant aéraulique à suivre de nombreux chemins incurvés et allongés. Au cours de la traversée de cette chicane, les particules d'une certaine taille emportées de la chambre de combustion par le flux aéraulique sont suffisamment freinées et butent contre les parois. Cet effet provoque leur descente par gravité contre l'entraînement ascendant du flux aéraulique. Elles chutent dans un réceptacle d'extrémité du dispositif d'évacuation des cendres ou dans l'espace d'extrémité de la vis sans fin du dispositif d'extraction et d'évacuation des cendres. On réalise ainsi une séparation efficace des particules contenues dans les fumées en particules fines volatiles qui sont emportées dans le flux aéraulique vers le conduit de fumées et en particules moins fines arrêtées par le piège à poussières et descendant vers le dispositif de collecte et d'évacuation des cendres dont l'extrémité se trouve juste en dessous. Les flèches en traits pleins sur la figure 4 montrent bien les trajets ascendants du flux aéraulique et par conséquent ceux empruntés par les particules fines traversant le piège à poussières. Celles-ci sont emportées vers les carneaux 7 et 8 comme le montrent les flèches en gros traits tramés. Par contre, les particules plus lourdes chutent par la voie médiane 20 dont le volume est convergent vers le bas et par les voies d'extrémité 32 et 33 constituant des zones moins soumises à la pression du flux aéraulique ascendant. On examinera maintenant les emplacements et dispositions possibles du piège à poussières selon l'invention à l'arrière du corps de chauffe de la chaudière dans le compartiment de renvoi. Comme on peut le voir sur les figures, dans la variante représentée à titre d'exemple, le piège à poussières 5 est placé contre la face interne du dernier élément échangeur 4. Les déflecteurs 26 à 29 sont en contact avec cette face interne. Le seul contact du piège à poussière 5 avec la face arrière 6 de l'élément intermédiaire 3 est celui des ailes obliques 13 et 14 obligeant les fumées à passer par les chicanes du piège à poussières 5. Il est supporté de chaque côté de sa base dans cette position par des saillies transversales 34 et 35 du dernier échangeur (figure 3) et maintenu dans cette position par le calage résultant d'appuis sur les formes intérieures en regard des échangeurs concernés. Cet emplacement et cette position concernent l'exemple de réalisation représenté. Ils ne doivent pas être considérés comme limitatifs. En effet, divers autres sont possibles en fonction de la conformation intérieure propre de chaque échangeur. Ainsi, on peut aussi envisager que la plaque-support 12 vienne se rapporter contre la paroi 6 de face arrière de l'échangeur intermédiaire 3 ou plus généralement de l'avant dernier échangeur du corps de chauffe de la chaudière et se caler en dessous ou juste en dessous de l'entrée des carneaux. Elle peut aussi être maintenue simplement par calage dans le compartiment arrière de renvoi 10, et ceci entre la paroi de face arrière 6 et l'échangeur arrière 4. Le calage peut résulter de l'appui des ailes obliques 13 et 14 sur les épaulements 16 et 17 d'entrée des carneaux et d'un appui de calage contre la face arrière du dernier échangeur 4. Les ailes obliques 13 et 14 réalisent alors la liaison avec l'entrée des carneaux. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux seuls moyens particuliers décrits mais au contraire en embrasse toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Piège à poussières pour séparer les cendres volantes des particules fines contenues dans les fumées de combustion d'une chaudière du type sectionnable présentant des échangeurs à carneaux par exemple latéraux et centraux et fonctionnant à partir d'un combustible solide caractérisé par une pièce comportant des chicanes occupant au moins partiellement la section de passage d'un compartiment de renvoi (10) existant entre la paroi de face arrière (6) de l'avant dernier échangeur ou échangeur intermédiaire (3) avant l'entrée des fumées dans les carneaux et la face arrière du dernier échangeur (4), le piège à poussières (5) se présentant sous la forme d'une plaque-support (12) comportant des déflecteurs disposés en chicane sur le trajet des fumées, ces déflecteurs occupant en largeur, totalement ou partiellement, la section de passage des gaz et fumées de combustion dans le compartiment de renvoi (10) entre la sortie de la chambre de combustion et l'entrée dans les carneaux et se trouvant à l'arrière du corps de chauffe de la chaudière. 2. Piège à poussières selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il se trouve au-dessus de l'extrémité du dispositif de collecte et d'évacuation des cendres de la chaudière. 3. Piège à poussières selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la plaque-support (12) portant les déflecteurs disposés en chicane se poursuit vers le haut par deux ailes obliques de déviation et de calage (13) et (14) formant déflecteur de part et d'autre d'un évidement (15). 4. Piège à poussières selon la revendication 1 ou 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il est placé à l'arrière du dernier échangeur (4), le dos de la plaque-support (12) regardant vers la face arrière (6) de l'avant dernier échangeur et en prenant appui sur des saillies transversales (34) et (35) de l'échangeur arrière. 5. Piège à poussières selon la revendication 1 ou 2 ou 3 caractérisé en ce que les deux ailes obliques de déviation et de calage (13) et (14) formant déflecteur prennent appui sur la face arrière de l'avant dernier échangeur (3) ou l'épaulement d'entrée des carneaux latéraux (7) et (8). 6. Piège à poussières selon les revendications 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que les déflecteurs sont disposés en oblique selon deux voies principales de passage (18) et (19) symétriques, séparées par une voie médiane de retour (20) dans laquelle est placé un déviateur (21), les déflecteurs d'extrémités délimitant à chaque fois avec la paroi adjacente de l'échangeur une voie d'extrémité (32) et (33). 7. Piège à poussières selon la revendication précédente caractérisé en ce que les déflecteurs sont disposés en étages dont un premier étage formé de deux groupes de deux déflecteurs en oblique (22,23) et (24,25) délimitant entre eux à chaque fois un espace se rétrécissant vers le haut et un deuxième étage formé de deux groupes de deux déflecteurs (26,28) et (27,29) en position transversale par rapport à la direction générale de passage du :Flux dans le premier étage et décalés dans l'espace l'un par rapport à l'autre. 8. Piège à poussières selon la revendication 6 caractérisé en ce que la voie médiane de retour (20) et les voies d'extrémité (32) et (33) sont convergentes vers le bas alors que les voies principales de passage (18) et (19) sont convergentes vers le haut. 9. Piège à poussières selon la revendication 35 6, caractérisé en ce que le déviateur (21) est un dièdre regardant vers le haut et placé en position médiane. 10. Piège à poussières selon la revendication 7, caractérisé en ce que les déflecteurs de chaque premier groupe de chaque étage sont disposés convergents sur le trajet des fumées et en ce que les déflecteurs d'extrémité de ces groupes forment à chaque fois avec la paroi adjacente de l'échangeur un espace convergeant vers le bas constituant des voies d'extrémité (32) et (33) pour la descente des poussières vers le foyer.10